福建省煤系石墨成矿模式初步探讨

程 乔，陈泉霖，曹代勇，邓瑞锦，林晓炎，王 路，丁正云

(1.福建省煤田地质勘查院，福州 350005；2.福建省煤田地质非常规能源调查研究院，福州 350005；3. 福建省煤田地质局，福州 350005；4.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

0 引言

目前研究普遍认为，煤系石墨由煤及煤系炭质泥页岩在高变质作用下形成，属于隐晶质石墨的主要类型[1-4]，其变质作用主要为岩浆接触变质以及构造应力作用。自2004年石墨烯被成功制备后，石墨的应用价值不断提升，逐渐成为了现代科技发展不可缺少的矿产之一，在此背景下，我国近几年对石墨的研究也在不断深入。其中，众多学者对晶质石墨的成因、成矿规律及成矿模式做出研究，为我国的晶质石墨开采带来了可观的产量。但在煤系石墨研究上存在着诸多空白和不足，比如成矿模式的不明确、鉴别指标和无烟煤存在交叉和重叠等等，都在一定程度上影响了煤系石墨的合理开发利用，造成了资源的严重浪费。因此，本文在“福建省煤系石墨赋存规律及资源评价”研究课题的基础上[5]，同时汲取国内外学者关于成矿模式研究的思路和方法，以福建地区中二叠统童子岩组为研究对象，初步探讨了福建省煤系石墨的成矿模式，以期为福建省石墨产业化提供依据，进而推动福建地区矿业经济发展。

1 煤系(隐晶质)石墨赋存层位

煤系石墨与煤是同体异矿，所以煤系石墨矿床的产出与其赋存的煤层密切相关。中二叠统童子岩组是福建省最重要的含煤层位，所赋存的煤炭资源占全省煤炭资源总量的98%，其次是上三叠统大坑村组、焦坑组和上二叠统翠屏山组，占资源总量的1.5%，而其它含煤地层仅占资源总量的不足0.5%[6]。童子岩组含煤地层在诸多赋煤地层中分布范围最广，储量最大，能够为煤的石墨化提供足够的物质基础，故选取童子岩组含煤地层做为研究对象。童子岩组自下而上分为三个岩性段，其中，童子岩组一段、三段含煤，以碎屑滨岸带沉积体系为主；二段不含煤，属于浅海沉积体系。

2 成矿地质背景

2.1 岩浆活动

煤的石墨化发生必然需要较高的温度，而热源则为岩浆岩侵入形成的热场，张旗等指出，岩浆热场指的是在一个很短的时间内，在一个局部的地区出现的岩浆活动，使该区域地热梯度明显上升，形成一个局部区域的瞬间热场，热场的规模通常很小，离岩体约几米至几公里。

福建省经历了前加里东期、加里东期、印支期、燕山期和喜马拉雅期的多期次岩浆侵入活动，其中燕山期侵入规模最大[5,7]，遍布整个省区，对煤系地层的影响最强。燕山期早期岩浆侵入活动较弱，以中酸性岩类为主，并有双峰式火山岩建造，主要分布于政和-大埔断裂带及其以西地区，对中部含煤带和西部含煤带内煤的演化影响较大；燕山期中期为挤压构造环境，侵入活动最为鼎盛，分布广、规模大，约占全省侵入岩面积的44.5%，以正长花岗岩为主，次为二长花岗岩、花岗闪长岩等，该期岩浆侵入影响范围较高，导致闽西南地区煤的变质程度较高，均达到无烟煤-石墨阶段；燕山期晚期侵入岩面积分布仅次于中期，约占全省侵入岩面积的27%，中酸性、酸性岩类发育，主要集中在政和-大埔断裂带以东，该期的岩浆侵入主要影响东部含煤带内煤层。半石墨-石墨则主要分布在燕山期中、晚期侵入岩附近，可见，燕山期中晚期的岩浆侵入活动为煤向石墨演化提供主要热能。

2.2 构造运动

复杂的构造形态控制岩体的侵入途径和与岩体的接触方式，如断裂构造常成为岩浆侵入的主要通道，沿断裂两侧煤系地层受岩浆热变质程度较大，发生硅化、绢云母化等蚀变现象，断裂附近煤的演化程度较高，有利于发生石墨化[8]。

自二叠系沉积以来，研究区经历了华力西-印支、燕山、喜马拉雅3次大的构造运动，对区域内石墨的形成和赋存有重大影响[9-10]。印支-燕山期构造运动造成区内地层总体上表现为挠曲变形，形成一系列北北东向紧闭-宽缓型褶皱，其中华力西-印支期的褶皱变形十分强烈，区域性的褶皱主要见于闽西南地区。印支期构造运动表现为形成不同的逆冲推覆断层，其中基底逆冲推覆断层对童子岩组煤系地层影响较小，仅其上层覆盖地层被置换；层间逆冲推覆断层造成童子岩组煤系地层厚度增加，有利于煤系石墨的形成；盖层逆冲推覆断层使童子岩组煤系地层结构支离破碎，使煤系石墨成矿难度加大。燕山构造运动表现为形成不同的滑覆构造，其中底部和层间滑覆构造造成煤系地层的缺失，不利于形成煤系石墨矿产资源，顶部滑覆构造对煤系地层的影响较小。喜马拉雅期主要表现为断块差异隆升活动，对煤系地层的赋存影响相对较小。

3 煤系石墨成矿模式

煤系石墨由煤层在岩浆热、构造运动等因素的作用下形成，由于福建省岩浆侵入期次多、范围广，多期次构造运动形成的褶皱、断裂构造发育，多因素作用相互渗透导致煤系地层发生不同程度的热变质，煤层则形成不同石墨化程度的隐晶质石墨。通过研究发现，中部条带永安—大田—漳平一带、东部条带安溪地区是福建地区煤系石墨成矿带，对该地区的区域构造、岩浆发育特征进行研究，同时依据各要素对成矿作用的影响，总结出福建地区煤系石墨的3种成矿模式。

3.1 封闭式成矿模式

封闭式成矿模式以大规模岩浆侵入为煤的石墨化带来充足的热能，同时，受相反方向的推覆构造挤压，形成一封闭式环境(图1)，矿层受构造应力作用呈现出揉皱、鳞片状结构或糜棱结构等韧性变形特征。该成矿模式主要以中部含煤带南段的龙岩-永定煤田内矿区为主。燕山期大面积的岩体侵入，与煤系地层接触面积较大，包围煤系地层或位于其底部，岩性以斑状-似斑状黑云母花岗岩为主，中部含煤带西侧自NW向SE方向的推覆构造和沿政和-大埔断裂带自SE向NW方向的推覆构造，相互挤压构成封闭式环境，矿区周围断层对煤系地层影响较小，但隔离煤系地层与外界的接触，成为煤系地层热变质的隔热层，起到保温作用，不利于岩浆热的散失，形成一密闭加热环境，同时，煤层受应力挤压出现流变特征，韧性变形环境有利于构造应力促进煤向石墨演化，形成岩浆热叠加应力成矿机制，因此，煤的石墨化程度较高。典型矿区如漳平可坑矿区、乌坑矿区和乌石隔矿区，主要以半石墨-石墨为主。

图1 封闭式成矿模式Figure 1 Enclosed type minerogenic mode

3.2 半开放-半封闭式成矿模式

半开放-半封闭式成矿模式主要位于中部含煤带北段，永安-大田煤田内。常以断裂构造为岩浆侵入提供主要通道，岩性主要以石英斑岩类、花岗斑岩类主，煤成石墨化的热源主要来自于岩浆岩体侵入时的高温热液气，与煤层未直接接触，断裂构造则成为导热的通道，在断裂带附近常见强烈的硅化、绿泥石化现象，同时，断裂带又成为岩浆岩体的散热通道，岩体热量的散失对煤系地层的影响范围有限，矿层受断裂构造的破坏作用下呈现出碎裂、碎粒等脆性变形(图2)。在复杂的推覆构造局部挤压部位，矿层受剪切滑动，呈鳞片状、揉皱状等揉皱变形，煤的石墨化作用受应力的“催化作用”较强，导致局部煤层的石墨化程度相对较高。在该成矿模式下形成以开放式和封闭式共存的成矿环境，煤的石墨化程度差异性较大，有石墨化无烟煤-石墨。典型矿区如大田琼口石墨矿、永安下盖竹石墨矿、大田溪洋矿(永安后埔、塘下洋、龙塘预查区)。

图2 半开放-半封闭式成矿模式Figure 2 Semi-open type minerogenic mode

3.3 开放式成矿模式

该成矿模式中的热源主要来自于顺层侵入或沿断层侵入的岩脉(图3)，与煤系地层直接接触或间接接触，岩性以花岗斑岩-辉绿岩脉为主，呈零星分布，一般岩脉影响范围较小，同时，一系列张性断裂构造发育，破坏了热源的连续性，形成一开放性环境，仅在岩脉附近煤的石墨化程度较高，典型矿区如安溪青洋石墨矿、天湖山永春煤矿。

图3 开放式成矿模式Figure 3 Open type minerogenic mode

4 结论

1)福建地区中二叠统童子岩组具备较好的石墨化物质基础。频繁的岩浆活动为煤的石墨化发生提供了大量热源，燕山期中晚期岩浆侵入活动为煤向石墨演化提供主要热能。多次构造运动为岩浆的侵入提供通道，形成了不同的侵入途径和多样的岩体接触方式。构造运动和岩浆活动是煤系(隐晶质)石墨成矿的主要控制因素。

2)通过对福建省区域构造、岩浆发育特征以及煤系(隐晶质)石墨形成地质条件研究的基础上，总结出福建地区中二叠统童子岩组煤系石墨三种成矿模式：封闭式成矿模式、半开放-半封闭式成矿模式、开放式成矿模式。此次成矿模式的探讨为福建石墨产业发展提供依据，具有重要的参考价值。同时作为初次探讨，存在着模式总结不完整的可能性，请各位专家教授批评指正。

致谢：本文得到中国矿业大学(北京)曹代勇教授、福建省煤田地质局总工陈泉霖教授级高级工程师的指导，“福建省煤系石墨赋存规律及资源评价”项目组成员邓瑞锦、王路、林晓炎、丁正云的热诚帮助，在此表示衷心感谢！