四川省南江县庙坪石墨矿成矿地质特征及成因探讨

王红军+侯学文+岑海涛+魏继生

摘 要：庙坪石墨矿地处南江-旺苍石墨成矿带，成矿地质条件优越。根据初步勘查成果，认为该区有望成为继坪河、尖山石墨矿之后又一超大型石墨矿基地，仅I号矿体规模便达1 km，平均厚度为87.39 m，平均品位为5.12%；石墨矿体主要赋存于白云质大理岩或大理岩中，矿体产出于岩浆岩接触外带，并受构造控制；矿石自然类型为大理岩型石墨矿，石墨矿物主要呈鳞片状、叶片状，聚集于脉石矿物之间，或沿裂隙产出。结合野外地质调查和室内岩矿鉴定、测试成果，認为该区成矿物质来源主要为有机碳，此外还包括围岩后期发生脱碳反应形成的无机碳，石墨矿是沉积变质并经后期热变质叠加改造而形成。对成矿地质特征及成因的研究将为整个成矿区带的石墨矿勘查、矿床成因分析及分布规律研究等提供参考。

关键词：石墨矿 成矿地质特征 成因探讨 四川南江

中图分类号：P611 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（c）-0045-03

近年来，随着新能源、新材料产业的兴起，晶质石墨矿产品的深加工也被广泛应用到各个领域。四川省南江县庙坪石墨矿地处南江-旺苍石墨矿成矿带，在区内相继发现了坪河、尖山等一大批具有一定规模的石墨矿产地，石墨矿成矿地质背景优越。目前所发现的石墨矿床均分布于米仓山基底南缘中元古界火地垭群麻窝子组碳酸盐夹含碳碎屑岩与晋宁-澄江期岩浆岩体的接触外带，各矿床之间既有差异也存在可对比性。前人对坪河、尖山石墨矿床的形成进行了一定的研究，认为成矿物源主要为原岩沉积过程中带入的有机碳，其形成过程均受到构造、岩浆岩等因素的影响，但总体研究程度较低。该文通过野外地质调查总结庙坪地区石墨矿成矿地质特征，并结合室内岩矿鉴定、测试成果探讨石墨矿成因，为该区石墨矿勘查及综合研究提供参考。

1 成矿地质背景

研究区位于龙门山陆内复合造山带和大巴山前陆冲断带夹持部位——米仓山基底逆冲构造带南缘，鹰咀岩-关坝构造区上两复式背斜构造带南东翼。区域地层走向以北东-南西向为主，以基底变质岩系为主要特征，由后河群混合岩化斜长角闪岩、片麻岩和变粒岩组合，以及火地垭群变质碎屑岩、碳酸盐岩组合构成，先后经历了古岛弧、后造山裂谷和被动大陆边缘演化过程。

研究区出露地层为中上元古界火地垭群麻窝子组（Pt2-3m），共划分为3个岩性段。其中，第一段主要岩性为浅灰色、灰白色厚层白云质大理岩夹深灰色、灰色中厚层大理岩和少量千枚岩；第二段为浅灰色、灰色、深灰色、浅紫红色等构成的中厚层白云质大理岩夹大理岩、含石墨大理岩和少量千枚岩；第三段为深灰色、灰色千枚岩夹少量薄层大理岩，该段岩性以大面积千枚岩出露为主要特征。麻窝子组第二段为区内主要含矿层位。

研究区先后经历了吕梁、燕山等多期构造活动，构造格架较复杂，褶皱构造以褶皱变形为主，规模较小，表现为岩层受构造应力挤压揉皱变形。断裂构造分为北东向和近南北向两组，其中北东向构造规模较大，以压扭性为主，构造带内劈理化发育，局部可见拉伸线理和布丁体，在区内呈近似平行状产出；近南北向构造为北东向构造的次级断裂构造，规模较小，对矿体形态的破坏作用较大。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

区内含矿岩系为中上元古界火地垭群麻窝子组第二段灰黑色中、薄层含石墨大理岩，矿体呈层状、似层状不规则产出，整体呈北东-南西走向，产状与地层产状一致，倾向270°～325°，倾角48°～87°，局部近直立。矿体整体北东段产状较陡，南西段产状较缓，但由于褶皱变形强烈，局部产状变化又有较大变化。矿体上下顶底板岩性主要为白云质大理岩、大理岩。区内规模最大的矿体为Ⅰ号矿体，矿体沿走向延伸约1 000 m，宽度7～80 m。其他矿（化）体规模均比Ⅰ号矿体小，且受构造破坏强烈。

2.2 矿石物质成分及嵌布状态

2.2.1 矿石物质组成

对区内地表及深部石墨矿石物质成分进行综合研究发现，其矿物组成较简单，矿石矿物为石墨，其含量变化较大，品位在3%～30%之间。主要脉石矿物为方解石、白云石、石英、白云母、黄铁矿、针铁矿等。

2.2.2 主要矿物嵌布特征

石墨：黑色、浅褐灰色，显灰色带棕-蓝灰色多色性，无内反射，呈他形叶片状及鳞片状聚集分布于脉石矿物颗粒之间或聚集呈纹层状、条带状产出，叶片粒径为0.05～0.5 mm，团粒粒径0.2～1 mm，具草黄—紫灰强非均性。

方解石：无色，粒径主要集中在0.03～0.25 mm，其次为0.01～0.03 mm，少量粒径为0.25～2 mm，呈彼此镶嵌状产出，少量具明显定向排列，大颗粒方解石可见解理及双晶发育，具高级白干涉色。

白云石：无色，粒径主要集中在0.06～0.25 mm，其次为0.03～0.06 mm及0.25～0.5 mm，少量为0.5～2.5 mm。呈彼此镶嵌状产出，具高级白干涉色。

石英：无色，洁净，分布于方解石、白云石或石墨矿物之间，波状消光，干涉色一级灰白。

白云母：无色，半自形片状产出，粒径0.05～0.35 mm，部分可见一组极完全解理发育，平行消光，干涉色二级蓝绿。

黄铁矿：黄白色，他形晶粒状产出，粒径0.01～0.9 mm，无内反射，先均质性，磨光性一般，多独立展布，少量与针铁矿伴生产出。

针铁矿：少量为灰色微带淡蓝色，他自形晶粒状产出，粒径0.03～0.2 mm，具褐红色内反射，显蓝灰—黄棕强非均性，多呈褐红色集合体产出，集合体粒径0.15～0.2 mm，多独立展布，少量与黄铁矿伴生产出。

2.3 矿石组构及矿石类型

区内含矿岩性主要为含石墨大理岩、含石墨白云石大理岩，区内矿石结构分为粒状变晶结构、鳞片变晶结构。

粒状变晶结构：主要可见石墨矿物呈半自形-自形粒状、叶片状充填于方解石、白云石等矿物颗粒之间。

鳞片状变晶结构：石墨矿物呈细小鳞片状分布于矿物颗粒之间或呈条纹状、条带状产出。

区内矿石构造主要为块状构造、条带状构造、条纹状构造、斑点状构造、浸染状构造。

2.4 矿石化学成分及变化规律

矿石有益组分变化规律，区内石墨矿石中有益组分为固定碳（C），地表固定碳含量与深部相比明显偏低，甚至低于边界品位。通过地表取样分析，探槽工程中样品固定碳含量甚至低于浮土中固定碳含量。結合野外地质观察，认为地表矿体固定碳存在流失现象。利用深部钻孔固定碳加权平均品位作为矿区平均品位计算地表固定碳流失率，矿区地表固定碳流失率22.27%～80.47%，平均流失率为52.07%。其中，Ⅰ号矿体地表固定碳流失率22.27%～68.16%，平均流失率47.98%。

结合钻孔样品分析结果对Ⅰ号矿体深部化学成分变化规律进行总结。矿体深部固定碳含量变化范围3.01%～10.12%，平均品位5.12%，品位变化系数为39.36%，其化学成分变化稳定。

综合分析地表和深部工程样品分析结果，总结区内矿体固定碳含量变化规律如以下几点。

（1）地表固定碳含量流失现象严重，矿区固定碳平均流失率52.07%，其中Ⅰ号矿体平均流失率47.98%。

（2）Ⅰ号矿体深部固定碳含量变化范围3.01%～10.12%，平均品位5.12%，品位变化系数为39.36%，其化学成分变化稳定。

（3）Ⅰ号矿体沿走向，固定碳含量总体向南西方向有增高趋势，其中在KT04线到KT00线有一定起伏，但起伏变化不大。

（4）Ⅰ号矿体向深部延伸，其固定碳含量存在一定起伏，但整体呈现固定碳含量随深度增加而增大的趋势。

3 矿床成因探讨

对区内石墨矿（化）体地质特征进行总结分析，石墨矿化均赋存于中上元古界麻窝子组第二段（Pt2-3m2）含碳白云质大理岩、大理岩中，其中含矿岩性主要为白云质大理岩，并有少量大理岩。矿（化）体呈层状、似层状不规则产出。白云质大理岩、大理岩以中薄层、薄层为主，局部见厚层块状。呈深灰色、黑色，细粒变晶结构、鳞片状变晶结构，块状、条纹状、条带状、斑点状、浸染状构造。主要矿物包括方解石、白云石、石墨等，其他矿物包括石英、白云母、黄铁矿等。石墨矿物呈他形叶片状及细小鳞片状聚集分布于脉石矿物颗粒之间或聚集呈纹层状、条带状产出，少量沿矿石裂隙分布。

结合区域地质演化史、矿体地质特征、石墨矿物赋存状态及围岩相互关系，认为该区矿体成因类型为沉积变质型，其成矿作用主要经历了成矿物质聚集、区域变质作用及后期叠加改造。现对该区石墨矿形成的背景及过程进行简要阐述。

（1）成矿物质聚集，中上元古代时期，扬子板块北缘开始进入被动大陆广海环境，该区及尖山、坪河等石墨矿区均位于被动大陆边缘，同时沉积了一套浅海台地相粉砂岩、泥岩和少量碳酸盐岩等。麻窝子组和上两组等地层形成时期受沉积环境不断转换，沉积一套富含碳质的碎屑岩和碳酸盐岩，为该区及附近其他石墨矿床形成提供了初始矿源层。

（2）区域变质作用，在经历了晋宁期、澄江期等多期次区域变质作用和构造运动过程中，富含碳质碎屑岩、碳酸盐岩在变质作用过程中发生重结晶，碳质成分也在该过程中不断的聚集，呈鳞片状分布于脉石矿物颗粒之间或呈条纹状、条带状分布。

（3）叠加改造，晋宁期之后在狗家子沟、尖山、坪河等地区一带形成诸多热点，多期次岩浆岩侵入作用及构造运动为石墨矿的形成提供了充足的热动力条件。由于温度、压力的升高，使碳酸盐岩发生脱碳反应，形成富含二氧化碳的流体沿构造形成的裂隙运移，在还原环境下转变为单质碳，在一定温压条件下变质形成鳞片状石墨矿物。早期区域变质作用形成的石墨矿物也在此过程中进一步变质、重结晶形成较大片径的晶质石墨矿。

综上所述，该区矿化系富含有机质的碎屑岩、碳酸盐岩经沉积变质叠加后期热变质作用而形成，根据石墨矿物赋存状态认为该区以沉积变质作用为主，成矿类型为沉积变质岩型。矿体受一定地层岩性控制，明显与含碳质碎屑岩、碳酸盐岩密切相关。而围岩中见有透闪石矿物，表明在岩浆岩侵入过程中发生了脱碳反应并形成含碳流体；原生矿石中黄铁矿等代表还原环境的特征矿物为无机碳的析出提供了良好的氧化还原环境。反映出碳质来源既有有机的也有无机的，显示成矿作用过程中碳来源的多样性。

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