四川省会理县金雨石墨矿矿床特征及找矿预测

万平益，王光洪，亢 威，周 勇，彭召强，程仕俊，杨永强

(1. 四川省冶金地质勘查局六〇五大队，四川 彭山 620860； 2. 中国地质大学 成矿作用与成矿过程国家重点实验室，北京 100083)

石墨作为一种典型的非金属矿物，化学稳定性较为良好，能耐高温(熔点高达3 652℃)且润滑度好，同时还能像其他金属材料一样具有导电导热的性能。因此，石墨在冶金、机械、电气、化工、纺织、轻工、建筑及国防等许多工业部门都得到广泛的应用。

中国石墨资源分布广泛，但又相对集中，呈现东多西少之势。中国的石墨矿产主要有鳞片石墨和隐晶质石墨两种类型，以鳞片状晶质类型为主，其次为隐晶质类型，致密状晶质石墨只见于新疆托克布拉等个别矿床中，工业价值不大。大型晶质石墨矿床主要分布在黑龙江、内蒙、山东、河南、陕西、四川等境内，其中黑龙江和山东石墨矿资源最为集中。大型隐晶质石墨矿床则分布在湖南境内。石墨可制取耐火材料、导电材料、散热材料、密封材料、隔热材料、耐高温材料和防辐射材料等[1-2]，也是制作石墨烯的原料之一。石墨烯可运用于高性能芯片、LED、柔性显示屏；能源领域的静电喷漆系统、高性能电池、超级电容器、太阳能电池；航空航天；海洋领域的防护涂料、复合材料、电磁屏蔽材料、隐型材料；环境领域的污水处理、海水淡化、大气污染治理；高强度橡胶、塑料；医药领域的药物输送、临床检测等[3-4]。但是，目前国内鲜有学者或科研机构针对石墨矿矿床的地质特征、矿石地球化学特征、年代学特征及石墨成矿理论和应用等方面做系统的研究工作，这就阻碍了有关石墨成矿规律的认识和找矿方向的确定。因此对于开展石墨矿矿床的系统研究，不仅有助于加深对石墨矿成矿规律的认识以及指导石墨找矿工作的进行，而且可以为国家和政府制定石墨资源战略规划等方面提供科学依据。

攀枝花地区晶质石墨矿资源十分丰富，大中型矿床主要集中分布于攀枝花市仁和区、盐边县和米易县境内，成因类型均为沉积变质型。赋矿层位：仁和区境内石墨矿含矿岩石为早元古代康定岩群冷竹关组云母石英片岩，会理县境内石墨矿含矿岩石为河口群大营山组(Pt1dy)混合岩、混合片麻岩和混合花岗岩组成，而米易县境内石墨矿含矿岩石为中元古界会理群天宝山组一段绢云千枚岩，地层时代略晚冷竹关组和大营山组，变质程度略低。因此，深入探讨会理县金雨石墨矿矿床成因、成矿规律及找矿前景，对在攀西地区寻找同类型石墨矿具有十分重要的指导意义。

1 区域地质特征

本区大地构造位置处于上扬子古陆(Ⅰ1)、川滇南北构造带康滇前陆逆冲带—康滇地轴中段(Ⅰ1-3)、康滇基底断隆带(Ⅰ1-3-2)中段。工作区位于扬子成矿省(Ⅱ-15)-康滇断隆Fe-Cu-V-Ti-Ni-Sn-Pb-Zn-Au-Pt稀土—石棉成矿带(Ⅲ-76)上(见图1)。该带可细分为攀西裂谷带Fe-V-Ti-Pt-Cu-Pb-Zn-稀土- Au-Sn成矿亚带(Ⅲ-76-①)和盐边古弧前盆地Cu-Ni- Pb-Zn-石墨成矿亚带(Ⅲ-76-②)。工作区位于盐边弧前盆地Cu- Ni- Pb-Zn-石墨成矿亚带(Ⅲ-76-②)内。区内各类矿产资源丰富，矿种较齐全，有黑色金属、有色金属、非金属，可燃性有机矿产、建筑材料及冶金辅助原料，其中沉积变质型石墨矿在该成矿带上有重大发现。

图1 大地构造位置略图(据1991年四川区域地质志修改)

1.1 地层

区内出露地层主要有下元古界康定岩群、河口群，中元古界会理群，上元古界震旦系，古生界寒武系、二叠系，新生界新近系和第四系等地层。下元古界河口大营山组(Pt1dy)由混合岩、混合片麻岩和混合花岗岩组成，其下部岩性为混合片麻岩夹混合花岗、黑云石英片岩、石墨石英片岩，浅粒岩等组成，该组下部岩性层为工作区石墨含矿层。

1.2 构造

区内经历了晋宁、华力西、印支、燕山、喜山等构造运动。在会理—东川坳拉槽区域地壳收缩、挤压条件的构造背景控制下，区内层系形成了一系列的复背斜、复向斜和逆冲断裂，它们以东西向为主，南北向次之，两者叠加干涉形成本区双层结构的构造格局。下层构成下褶皱基底，发育东西向褶皱，上层构成上褶皱基底，发育南北向褶皱。许多断层是区域上的重要深大断裂。

1.3 岩浆岩

会理—东川坳拉槽的岩浆活动强烈，具多旋回多期次特征，总体上构成不完善的两大构造岩浆旋回，即晋宁旋回和华力西—印支旋回，每个旋回均包括两个阶段。主要岩浆岩为细碧岩、角斑岩、石英角斑岩、钾角斑岩、凝灰岩、钠长岩、变钠质火山角砾岩、铁质霞石碱玄岩等。此外，区域上仅个别地区见少量燕山期花岗岩脉和辉绿岩脉穿插于白果湾煤组地层中。

1.4 区域矿产及石墨矿特征

区内各类矿产资源丰富，矿种较齐全，有黑色金属、有色金属、非金属，可燃性有机矿产、建筑材料及冶金辅助原料。区域内十分重要的石墨矿产地共14处，均为晶质石墨矿，累计探明石墨矿物量2 962万t。其中大型规模5处(盐边县田坪、大箐沟；攀枝花市仁和区中坝、三道湾和米易县茅坪)。该区域石墨矿成矿主要经历3个阶段：①浅海相沉积阶段。经太古界古陆风化形成的含碳质粘土质细碎屑物，沉积成碳质粘土质粉砂—细砂岩，沉积时限24～29亿年；②区域变质阶段。随着中条期低压相系区域变质作用叠加动力变质作用，变质程度最高达角闪岩相，含碳的部分变质形成碳质片岩或石墨片岩(碳质白云母石英片岩等)，变质时限17～19亿年；③混合岩化作用。在康滇基底断隆带上表现特别明显，引起康定群部份发生重熔，形成熔浆上侵，在近距离内形成同德闪长岩、大田石英闪长岩(英云闪长岩)，其边缘为混合花岗岩，时限>17亿年。由于该期区域变质和混合岩化作用，促成石墨鳞片加长变大，形成具工业利用的晶质石墨矿床。含石墨地层多被重熔，仅部分成为混合花岗岩的“残留体”或在混合花岗岩的外接触带[5]。

2 工作区地质特征

2.1 地层

工作区出露地层除局部有震旦系(Zbd、Zbg)及新近系昔格达组(N2x)外，主要为下元古界河口群大营山组地层。根据混合岩化程度和岩性组合的不同，将矿区大营山组划分上、下两段，即Pt1dy1和Pt1dy2。其中上段(Pt1dy2)为石墨矿的主要含矿层位(见图2)。

图2 金雨石墨矿区综合平面略图

2.2 构造

工作区内构造较发育，区内盖层多呈微倾斜至水平状产出。基底层的构造形态，总的为一倾向北北西的单斜构造，倾角多为缓—中等。但次级褶皱发育，并出现不同方向和不同规模的断裂和挤压滑动面。工作区共圈出8个断层。

2.3 岩浆岩

工作区内出露岩浆岩主要为晋宁期的花岗岩(γ2)、石英闪长岩(δο2)，以及一系列沿裂隙、断层贯入的基性、中酸性岩脉。

2.4 变质作用、混合岩化作用及岩石特征

1)变质作用：区内变质岩原岩建造为沉积岩，复理式型。变质作用的特点是有递增变质带。出现了以兰晶石—硅线石为标志的多相变质。构造变质表现应力变形较强，线性褶皱大致与结晶是同时的。混合岩及花岗岩较普遍。区域变质作用的大地构造环境属线型地槽。这些特征说明区域变质作用属“区域热流动变质作用”类型[6]。本区晶质石墨主要就是在这种变质作用中形成。

2)混合岩化作用：工作区内石墨矿富集在混合程度高的混合岩—混合花岗岩所包围的混合岩化变质岩或残留体中。混合岩化对石墨矿形成所起的促进作用，主要是使早期生成的石墨矿产重结晶、重聚集，片度增大。

3)混合岩及其特征：主要岩石为石墨石英片岩(石墨含量大于2.50%者，称为石墨矿)；主要为条带状混合岩、条纹条带状混合岩、条痕条带状混合岩、肠状混合岩、混合片麻岩、混合花岗岩。

2.5 围岩蚀变

工作区矿体顶底板围岩以脉状注入混合岩为主。即混合岩化的硅线黑云母片岩和硅线黑云石英片岩占多数，而黑云斜长条痕状混合岩、混合片岩和混合花岗岩仅局部出现。

石墨矿石和围岩化学成分表明，矿体定底板围岩除固定碳、烧失量和SiO2的含量明显低于矿体以外，其他成分一般高于矿体。这主要是围岩中的长石和云母高于矿体的含量，而矿体中的石英普遍比围岩含量要多。固定碳在矿体的夹石和围岩中，一般含量在1.00%～2.00%，其中长英质脉体含的固定碳多在0.5%以下。

矿体与长英质、花岗质脉体直接接触，其分界线一般较明显，呈整合接触，有部分界线不清呈渐变过渡关系。矿体有分支复合，歼灭再现现象，这往往是长英质呈顺层脉状分支复合状注入—交代所形成。两者的接触，在局部有切层现象，可视为局部交代不均匀的结果。

2.6 工作区地球物理特征

经过对工作区进行自然电场法梯度测量统计可知，全区自然电位梯度较低，正极值8.0 mV/m，负极值-8.44 mV/m，一般值低于±1.00 mV/m。若以±1.00 mV/m为限，本区异常点数共计470个，占全区有效物理点12.40%，如考虑误差以±2.00 mV/m为限，异常点数为132个，占全区有效物理点3.48%。由统计结果判断，本区自然电位梯度变化不明显，不易形成强烈的梯度异常，从异常点数还可看出本区异常规模有限，这与本区岩(矿)石电参数特征一致。从自然电场法梯度测量成果图可见形成明显局部异常的区域不多，异常主要分布于测区西部的江边坡矿段及北部的摩坡佐矿段。已圈定的异常多呈串珠状，测区西部的异常走向为近东西向；测区北部的异常走向为南西—北东向。与地质图对比分析发现，异常主要分布于矿体出露位置及浅覆盖区，新近系昔格达组覆盖区域几乎无异常显示。根据实测物探数据、物性测量结果，结合已有地质资料，在工作区共圈定自然电位梯度异常4处，编号分别为ZD1、ZD2、ZD3和ZD4(见图2)；经过地表工程揭露，以及少量深部工程验证，其中ZD1、ZD4异常为矿致异常，ZD2、ZD3异常可能与石墨矿(化)体有关；通过音频大地电磁测深，大致了解了重点异常区内的地层结构、构造情况和石墨矿(化)体的深部延伸形态。通过钻孔验证，物探异常为深部工程布置提供了可靠依据，工作区物探异常显示，本区具有较好的找矿远景。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

工作区内含矿岩层为下元古界河口群大营山组上段(Pt1dy2)。矿体产于花岗岩与片麻岩的混合岩中。在工作区内含矿岩层中初步发现两条石墨含矿(化)带，分别位于工作区南西江边坡和北东摩坡佐，江边坡矿段圈定3个石墨矿体，编号为Ⅰ-1、Ⅰ-2和Ⅰ-3(见图2)；摩坡佐矿段圈定8个石墨矿体，编号为Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4、Ⅱ-5、Ⅱ-6、Ⅱ-7和Ⅱ-8(见图2)。矿体呈透镜状、似层状产出，产状与围岩一致。各矿体规模、形态及产状特征见表1，主要矿体特征如下。

①Ⅰ-1矿体：地表由7个探槽和1个剥土工程控制，中浅部由ZK0101、ZK1401等2个钻探工程控制，控制矿体地表走向长3 950.00 m，ZK0101控制矿体斜深为290.00 m，ZK1401钻孔控制矿体斜深为501.00 m。矿体厚度0.53～21.20 m，平均8.13 m；产状倾向295(°)～357(°)，倾角28(°)～65(°)，平均倾角48(°)；矿石品位C固2.72%～6.54%，平均4.03%；矿体厚度变化系数是83.37%，品位变化系数是17.35%，厚度变化不稳定，品位变化较稳定；含矿岩性为混合岩化石墨石英片岩，围岩主要为石英片岩和混合岩，石墨矿(化)体与围岩界线清晰。

表1 工作区矿体特征一览

②Ⅱ-1矿体：地表由3个探槽工程控制，控制地表矿体长916.00m；地表出露厚度2.75～5.32 m，平均3.30 m；矿体产状314(°)∠50(°)；矿石品位C固4.14%～6.07%，平均5.25%，矿体中石墨分布较均匀；含矿岩性为石墨石英片岩；围岩主要为混合岩和黑云石英片岩，石墨矿化体与围岩界线清晰。

3.2 矿石质量

矿石矿物为石墨，脉石矿物为石英、斜长石、白云母、黑云母等。

矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构；矿石构造主要为平行鳞片状浸染状构造，其次为条纹条带状构造等。

通过对采集的粒度分析样品镜下观察，矿石中的石墨主要以片状、叶片状颗粒以及集合体出现，连生的石墨集合体较多，因此矿物颗粒较大。江边坡矿段LD07、LD18两个样品石墨矿主要集中在128.00～1 024.00 μm之间，其中大于128.00 μm的石墨约占总量的95.00%，属于中小鳞片；而LD17石墨粒径主要在64.00～128.00 μm之间，属于小鳞片。摩坡佐矿段LD14、LD15两个样品石墨矿主要集中在24.00～128.00 μm之间，属于小鳞片；L12样品石墨矿主要集中在128.00～512.00 μm之间，属于小鳞片。因此，工作区石墨矿属于中小鳞片状晶质石墨矿。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

二十世纪20年代起，一些学者就对我国部分的石墨矿点进行过地质调查[7]。姜继圣等[8]对全国近六十个石墨矿矿点做了统计，其结果揭示了：确定属于早前寒武纪沉积的变质晶质石墨矿床在数量上占74.00%，而对应的储量则占我国已探明储量的95%以上。

王家昌等[9]指明我国石墨矿矿产资源丰富，石墨矿矿床分布广泛且储量大，石墨矿矿石质量好。我国石墨矿产资源分布有两个基本特点：①矿石种类齐全，以晶质石墨为主，又有隐晶质石墨产出；②矿产地分布既广泛又相对集中。黑龙江省晶质石墨储量最多(11 356.64万t)，占全国储量的61.00%。资源储量在450.00万t以上的地区还有四川、山东、内蒙古、河南、陕西，集中了晶质石墨资源储量的90.00%以上。我国已知的具有工业价值的石墨矿矿床按其成因可分为区域变质型、接触变质型及岩浆热液型石墨矿床3种类型。其中晶质石墨矿床以区域变质型为主，岩浆热液型晶质石墨矿床较少，接触变质型以隐晶质石墨矿床为主。

Ortega L等[10]在研究英国博罗代尔火山型石墨矿矿床时，根据碳同位素特征，判定碳来自生物有机碳，且其成矿作用主要发生在奥陶纪岩浆活动中一个较短的时间内。Richard A V[11]等通过对新泽西高原中元古代石墨矿的成矿地质特征和碳同位素特征研究，认为碳质来源于原始藻类等生物有机质，属于有机成因。我国的学者对中国石墨矿床成矿规律进行过概述[12-13]，尤其是攀西裂谷的形成与演化中形成的石墨矿[14-15]。

矿区含矿岩石的原岩可推测为砂质、泥质沉积岩类型，还包含部分钙质沉积岩，同时夹杂极少的火成岩，总体来说是一套沉积岩建造。在古元古代2 000.00 Ma左右，矿区范围内分布着一套砂泥质的沉积建造，沉积岩中的有机碳开始形成石墨，之后在区域变质作用的影响下，沉积岩中的石墨鳞片逐渐富集，形成含矿矿石，变质作用过程中又在温度、压力和岩浆活动等的作用下，矿石及围岩中的无机碳也开始参与成矿，为石墨的形成提供新的碳质来源。因此可推测会理县金雨石墨矿矿床的演化主要是沉积变质型矿床。

根据成矿作用和含矿建造以及矿体产出形态，对比区内典型石墨矿床(中坝石墨矿)成因类型，本矿床成因类型为区域变质与热接触变质双重因素作用下形成的沉积变质型石墨矿床。

4.2 成矿条件及找矿标志

本矿床成矿条件较复杂，归纳起来有以下几点：

1)本矿床产于下元古界河口群大营山组地层中。这套地层在康滇地轴上是最老的地层。其特点：变质程度较深，属中—深变质相，混合岩化强烈，在元谋和中坝等地区已找到此类型的大型晶质石墨矿床。因此，这套变质地层是在大区域找矿方向上寻找石墨矿种的标志。

2)本矿床赋存于河口群大营山组上段第3岩性段中的石墨石英片岩中，属沉积变质矿床，受层位控制，该层位较稳定，工作区内该层厚58.00～113.00 m，而矿体多富集于河口群大营山组上段第三岩性段上、下部，故这套含矿层可作为直接找矿标志。

3)区域变质和混合岩化作用，是岩石中的矿物产生重结晶、重新排列组合。其中岩石中的碳质变成晶质石墨，其片径加大，在适当的层位和部位富集而成工业矿体。当混合岩化强烈时，岩石中长英质脉体增多，于成矿不利；当混合岩化强度中等时，岩石中长英质脉体不多，而含矿层中石墨保留较多，鳞片增大，于成矿极为不利，故后者可成为找矿标志。

5 成矿规律及成矿预测

5.1 成矿规律

1)四川省会理县金雨石墨矿赋存于下元古界河口群大营山组上段(Pt1dy2)，矿体产出于花岗岩与片麻岩的混合岩中，矿体产出受地层、构造、岩浆岩、变质作用、混合岩化等因素影响。

2)在区域变质作用过程中，在地下深处常伴随重熔作用和变质作用，使岩石经受流体相物质渗透、注入、重结晶、混合交代等复杂的变质作用，形成混合岩。

3)金雨地区石墨矿层严格受下元古界河口群大营山组上段地层控制，顺层产出，属沉积变质型晶质石墨矿床。

5.2 成矿预测

1)根据表1统计可知，目前工作区工程控制矿体长度达7 142.00 m，其中江边坡矿段主矿体Ⅰ-1矿体长度3 950.00 m，摩坡佐矿段主矿体Ⅱ-1矿体长度916.00 m；控制矿体厚度1.73～17.17 m，平均8.27 m。展示了工作区较好的找矿空间。

2)对江边坡矿段主矿体Ⅰ-1矿体深部施工了ZK0101、ZK1401钻孔(见图2)，其中ZK0101控制矿体斜深为290.0 m，ZK1401钻孔控制矿体斜深为501.0 m。可见，该矿体具有延深较大的特征，拟在P01线上施工ZK0102、在P14线上施工ZK1402，对Ⅰ-1矿体深部进行进一步验证，扩大资源量。

5.3 物探异常分析

本次自然电场法梯度测量工作共圈定异常4个，其中ZD1、ZD4异常为矿致异常；ZD2、ZD3异常因地表覆盖厚可能与石墨矿(化)体有关；通过音频大地电磁测深也证实工作区物探异常较强烈；物探异常充分展示了工作区找矿前景[16]。

6 结 语

综上所述，金雨石墨矿区石墨的碳源主要为生物碳，属于有机成因。通过综合研究，本工作区具备寻找大型或特大型石墨矿床的区域地质背景和成矿地质条件。下一步工作应加大工作区深部验证力度。同时要加强对矿床地质及矿化特征、含矿岩石地球化学、年代学以及原岩恢复等研究，总结成矿物质、来源和成矿作用，更好地为新一轮找矿行动服务。