肃北鹰咀山一带晶质石墨矿成矿条件和成矿规律初探

2019-09-25陈彦文沈作刚罗小红

中国非金属矿工业导刊 2019年3期

刘力，陈刚，陈彦文，沈作刚，罗小红

（中国建筑材料工业地质勘查中心甘肃总队，甘肃天水 741000)

鹰咀山一带晶质石墨成矿带为近年来甘肃省新发现的石墨成矿带，分布于塔里木陆块区敦煌陆块敦煌基底杂岩隆起南部变质岩区，矿床类型属区域变质片麻岩型，也是本省新发现的类型，可以说该地区石墨成矿规律和成矿条件研究尚首次，该类型的矿床受层位控制，有明显的地层找矿标志，故研究该区石墨矿的成矿条件和成矿规律，对指导本区及邻区进一步开展石墨矿找矿工作具有重要意义。

1 成矿条件

鹰咀山一带晶质石墨矿所处的大地构造单元为塔里木陆块区(Ⅰ)敦煌陆块(Ⅱ)敦煌基底杂岩隆起(Ⅲ)的南部，靠北紧邻安敦断陷盆地。敦煌陆块出露结晶基底变质岩系是在前加里东期基底上发展形成的，其构造运动强烈，褶皱形态复杂，断裂发育，岩浆活动频繁(图1)。

1.1 地层及含矿岩系

区内出露地层分布由老至新主要有：古元古代—新太古代敦煌岩群(Ar3Pt1D)、青白口系龚岔群窑洞沟组(Qby)、下—中寒武统黑茨沟组(∈1-2h)、上寒武统香毛山组(∈3xm)、上石炭统羊虎沟组(C2y)、新近系上新—中新统疏勒河组(N1-2s)和第四系 (Q)。敦煌岩群(Ar3Pt1D)分3个岩组，一岩组(Ar3Pt1D1)为一套二云母片岩(变粒岩)—变基性岩建造，岩性主要为石英片岩、长石石英片岩夹斜长角闪岩、石英岩等；二岩组(Ar3Pt1D2)为一套斜长角闪岩—黑云斜长变粒岩建造。岩性主要为斜长角闪岩、片麻岩、石墨斜长片麻岩、石墨石英片岩夹伟晶岩、石英岩，为晶质石墨矿赋存层位；三岩组(Ar3Pt1D3)为一套大理岩建造，岩性主要为大理岩夹石英岩。

1.2 构造及控矿作用

区内构造运动强烈，褶皱及断裂均较发育。红柳峡—红井断裂带是区域主要的断裂构造。主要由发育在古元古代的北西西向斜冲断层组成。

图1 鹰咀山一带地质图

从红柳峡到榆林河沿岸，广泛出露古元古代—新太古代敦煌岩群二岩组地层，构成敦煌复背斜的南翼。由西向东芦草沟向形、红柳峡南向形、红柳峡向形、红柳峡东向形、抱泉子南向形、科特勒乌苏北向形、独山子南向形、陶勒图南向形、陶勒图向形等向形相间分布，控制了多个矿体的形态和分布。

1.3 岩浆岩与成矿作用

区内岩浆岩有早古生代寒武—奥陶纪糜棱岩化花岗闪长岩和糜棱岩化二长花岗岩，均属于岛弧环境形成的钙碱性深成相壳幔混合源型侵入岩。这些侵入岩为石墨晶体的进一步生长变大提供了主要热源。

1.4 变质作用与成矿

区内地层属于塔里木陆块变质域—敦煌陆块古元古—新太古代变质区—敦煌基底古元古—新太古代变质地带。

区内经历了多期构造叠加和置换，在角闪岩相区域变质作用基础上叠加了热接触变质作用而形成的一套成层无序的变质程度极不均一的复杂变质岩系。岩石类型复杂多样，主要为云母片岩类、长英质岩类、大理岩类和角闪质岩类，尤以长英质岩类分布较广。长英质岩类中富含的有机质在长期和复杂的区域变质作用和热接触变质作用的影响下，炭质运移富集、结晶生产形成鳞片状晶质石墨矿体。

1.5 矿体特征与矿石质量

在鹰咀山一带自东向西的白石头沟、梧桐沟、敖包沟、掉石沟、白台沟、干沟等均已发现有晶质石墨矿，矿体受沉积变质作用控制，产状与围岩产状一致，总体上呈似层状或透镜状产出，具层控特征。矿体主要围绕斜长片麻岩与含石墨大理岩接触带分布，具多见斜长角闪片岩穿插。石墨矿化的强弱明显与褐铁矿化正相关，部分矿体产于铁矿体或铅锌矿体上下盘。

本区目前地表共圈定矿体32条，矿体长20～2 440m，平均厚度1．79～44．66m。产状158～223°∠55～82°，矿体平均品位2．92%～11．87%。

晶质石墨矿石自然类型有片麻岩型(石墨斜长片麻岩)和片岩型(石墨长石石英片岩)见图2、图3。矿石矿物为鳞片状石墨(3%～15%)。脉石矿物因矿石类型不同而异，常见有石英(30%～76%)、长石(0%～45%)、云母(0%～37%)、石榴石(0%～25%)、榍石(0%～5%)、金属矿物(0%～10%)等。矿石的结构为片状粒状变晶结构、鳞片粒状变晶结构、柱粒状变晶结构。矿石的构造为片状构造、片麻状构造。

通过采集有代表性的矿石样品进行了晶质石墨矿片度测试，测试结果：＞50目(＞0．287mm)占5%～10%，80～50目(0．175mm～0．287mm) 占45%～50%，100～80目(0．147mm～0．175mm) 占20%～25%，＜100目(＜0．147mm) 占20%～25%。由测试结果看出该区石墨矿属于晶质石墨矿，而且大于+100目(0．147mm)占75%～80%。

图2 石墨斜长片麻岩显微照片

图3 石墨长石石英片岩显微照片

2 成矿规律

2.1 成矿时代

我国区域变质型石墨矿矿源层的沉积时代从新太古代延续到寒武纪，变质时代主要在中条期、晋宁期和加里东期[1-5](表1)。

表1 我国主要成矿域区域变质型石墨矿床成矿时代对比

鹰咀山一带石墨矿赋矿地层为古元古代—新太古代敦煌岩群第二岩组(Ar3-Pt1D2)，沉积时代为新太古代—古元古代，变质作用发生于中条期。该地层经受区域动力热流变质作用，变质程度达到角闪岩相。

2.2 成矿物源及成因

区域变质型石墨矿床，由碳同位素显示的成矿物质来源主要为沉积地层中的有机碳(表2)[6-10]。从鹰咀山石墨矿、柳毛石墨矿和南墅石墨矿床中石墨和大理岩碳同位素特征的巨大差异也可以看出，石墨及大理岩中的碳来源不同。

表2 区域变质型矿床中石墨和大理岩的碳同位素组成对比

晶质石墨成矿可分为三个阶段。

(1) 沉积阶段：在相对稳定的岛弧或活动大陆边缘还原环境沉积的一套富含有机质的砂泥质—碳酸盐岩。

(2) 区域变质阶段：上述沉积岩在中—高级变质过程中有机碳发生重结晶作用形成石墨。

(3) 混合岩化或热接触变质阶段：在发生混合岩化的情况下，部分矿体可能遭受破坏，由于混合岩化脉岩的渗入，有的可使矿体的厚度增大，使矿石的品位相对变贫，但部分矿体在混合岩化过程中发生石墨的重结晶作用，使石墨的片度增大。同时部分矿体受热接触变质作用的影响，石墨晶体进一步生长增大，矿石质量进一步提高。

2.3 讨论

鹰咀山一带石墨矿属区域变质型晶质石墨矿床。形成石墨矿床的条件：①碳元素的富集；②较高的温度、压力；③利于有机质富集的还原环境。经碳同位素测定碳质主要来源于沉积岩中的有机质，有机质是随含泥的钙镁质同生沉积的，并形成富含有机质岩石，为晶质石墨矿床的形成奠定了物质基础。区域变质的持续作用，使得温度、压力、应力不断增大，变质作用也由浅变质最后进入中—深变质阶段，碳质也由土状过度为结晶鳞片状。混合岩化作用程度是晶质石墨能否具有工业价值的关键，混合岩化作用强烈，石墨发生重结晶，并形成大鳞片，但脉体物质相对增多，也造成晶质石墨分散、贫化；混合岩化太弱，结晶鳞片又太小，无大经济价值。因此，混合岩化中等程度为宜。

2.4 找矿标志

(1) 晶质石墨矿主要围绕片麻岩与含石墨大理岩接触带分布，或夹于含石墨大理岩中，含石墨大理岩是本区寻找石墨矿(化)体最直接的找矿标志。

(2) 晶质石墨矿的赋矿地层基本都有斜长角闪片岩的穿插，斜长角闪片岩附近的石墨矿化体品位好于其它石墨矿化体。斜长角闪片岩的原岩为基性岩脉，该类岩脉的侵入为石墨成矿起到了促进作用。含石墨大理岩附近的斜长角闪片岩是本区寻找石墨矿(化)体的另外一个找矿标志。

(3) 晶质石墨矿化的强弱明显与褐铁矿化正相关，在地表表现为风化物呈黄褐色，一般品位较高。另外有部分矿体产于铁矿体或铅锌矿体的上下盘，地表褐铁矿化强烈。因此，含石墨大理岩附近的片麻岩中的褐铁矿化，是本区石墨找矿的一个明显标志。

(4) 古元古代—新太古代敦煌岩群二岩组(Ar3Pt1D2)在鹰咀山一带广泛发育，为一套斜长角闪岩—黑云斜长变粒岩建造。其原岩建造为砂泥质—碳酸盐岩(基性火山岩)建造，原岩碳质较丰富，为石墨矿床的形成提供了物质来源，该区中深程度的区域变质作用使碳质结晶为鳞片状，混合岩化的广泛发育，但又不太强烈，使石墨重结晶形成大鳞片，提高了工业价值。由此可见，该区是寻找晶质石墨矿床的有利地区。