湖北三岔垭石墨矿床地球化学特征和成因探讨*

夏锦胜 汪君珠 严 宏 彭佑举 王 洋 陈胜华

（1.六盘水市自然资源局;2.六盘水市水务局;3.贵州省地矿局一一三地质大队）

石墨矿产是我国的一种战略资源，素有“黑金子”的美称。我国石墨矿产资源极其丰富，总储量位居世界前列，据美国地质调查局（USGS）最新发布的《Mineral Commodity Summaries 2021》，我国石墨储量为7 300万t，约占全球石墨总储量的22.8%，仅次于土耳其，位居世界第二［1］。目前，我国石墨矿床中对石墨矿床碳质来源有2种成因争论，分别为有机成因和无机成因，对石墨矿床成因的主流观点主要有区域变质型、岩浆热液型和接触变质型3种，目前我国对各石墨矿床关于矿床成因的研究比较少，研究程度较低。湖北三岔垭石墨矿床成因问题和石墨成矿物质来源问题研究程度相对较低，本文通过野外地质调查和室内石墨矿石显微镜鉴定，并结合石墨矿固定碳分析和碳同位素测试，进而研究三岔垭石墨矿床地质特征和成因。

1 区域地质背景

三岔垭石墨矿床大地构造位置位于上扬子台坪黄陵断穹北部，圈椅倘穹窿南东翼。区内出露地层主要有中太古代野马洞岩组，中太古代东冲河片麻杂岩，古元古代力耳坪岩组及古元古代黄凉河岩组［2］（图1）。野马洞岩组主要为一套混合岩化的斜长角闪岩、黑云斜长变粒岩，在研究区分布较少；中太古代东冲河片麻杂岩在研究区出露面积较大，岩性主要为英云闪长质片麻岩、奥长花岗质片麻岩和花岗闪长质片麻岩，是典型的TTG岩套；古元古代力耳坪岩组在研究区分布较广，主要分布在矿区南部和东部，耳坪岩组主要为一套厚层细粒斜长角闪岩、绿帘斜长角闪岩、绿帘角闪（片）岩，偶夹黑云斜长片麻岩条带；黄凉河岩组为矿区的赋矿地层，在研究区分布最为广泛，多与东冲河片麻杂岩相间分布，岩性主要为石墨片岩、含石墨黑云斜长片麻岩、榴线英岩及大理岩、钙硅质岩组成；研究区出露岩浆岩主要为花岗闪长岩、钾长花岗岩、二长花岗岩、斜长花岗岩和辉绿岩、辉长岩脉等。区内主要发育北西向断层，断层多切割区内地层和岩体［3］。

2 矿区地质背景

矿区主要出露黄良河组下段和上段地层，下段地层分布最为广泛，为矿区主要赋矿地层，根据岩性由下至上划分为3层，主要由片岩、片麻岩、黑云斜长片麻岩、含石墨片岩、含石墨黑云斜长片麻岩和大理岩等岩性交替有韵律的重复出现。上段地层岩性主要为含石榴石斜长角闪岩和含石榴石黑云母斜长片岩（图2）。矿区断层构造发育，分布有10余条断层，呈北东、北西分布，断层间距通常大于10 m，断层内矿体被断层分割，导致区内矿体呈不连续分布。区内岩浆岩主要为基性浅成侵入岩和酸性侵入岩，岩体多沿地层间裂隙分布，产状多与地层产状一致，呈层状或似层状产出。其中辉绿岩分布最广，多沿矿区构造断层分布，矿体多被其切割，变花岗斑岩主要分布在矿区北部［3］。

3 矿床地质特征

区内矿体主要赋存在黄良河组下段地层中，矿体呈似层状或透镜状产出，多被区内辉绿岩体和断层切割，矿体比较破碎，大体可以分为6个主矿体（图2），矿体厚1.11～36.95 m，倾向120°～130°，倾角60°～70°，矿区石墨矿石主要为含石墨片岩（图3（a）），次为含石墨黑云母斜长片麻岩，含石墨片岩颜色为深灰色到灰黑色，结构为花岗鳞片变晶，片状构造，组成矿物主要为石英、绢云母、白云母、石墨和少量黄铁矿［2］。显微镜单偏光镜下呈浅灰带褐色（图3（b）），显微镜正交偏光镜下多色性呈灰色带棕到蓝灰色（图3（c）），含有少量磁铁矿或黄铁矿（图3（d）），大鳞片石墨占75%，其中鳞片大于1 mm的约占5%，鳞片0.5～1 mm的占约33%，鳞片0.3～0.5 mm的占约30%，鳞片0.15～0.3 mm的占约17%；中小鳞片石墨占15%，其中鳞片0.05～0.15 mm的占约12%，鳞片小于0.05mm的占约3%（表1）。

?

4 地球化学特征

石墨样品采自湖北省三岔垭晶质石墨矿区矿体露头。本次三岔垭晶质石墨矿床所采矿石样品主要为含石墨晶质石墨片岩6件样品。

4.1 含矿岩石固定碳分析

固定碳含量是衡量石墨矿含量的工业指标。本次实验在廊坊市中铁物探勘察有限公司测试完成，先去除样品中的有机碳，首先在600℃条件下采用烃源岩生油评价仪通入空气分析测定有机碳，使得有机碳全部被氧化，然后再将处理后的样品在1 100℃条件下采用EA-2000总碳测定仪通入氧气分析测定固定碳。对矿区具代表性的5个石墨矿石样品进行分析测试（表1），可知三岔垭晶质石墨矿床固定碳含量在14.75%～19.22%，平均为16.90%。

4.2 含矿岩石碳同位素分析

研究石墨矿床成因类型，首先要弄清楚石墨碳质来源问题。碳同位素主要由12C（98.893%）和13C（1.107%）以及部分放射性同位素14C组成。13C与12C的比值常被用来判断石墨矿中的碳质来源，δ13C‰为测试样品中13C与12C的比值相对于标样中13C与12C比值偏离程度的千分率。地壳碳中δ13C‰平均为-25‰，近代沉积物中有机物δ13C‰范围为-10‰～-30‰，沉积碳酸盐中δ13C‰平均值为0‰，地幔碳的δ13C‰为-7‰左右［4］。本研究采用质谱法对石墨碳同位素特征结合含矿底层特征分析其碳质来源，测试方法采用质谱法，测试实验在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验中心完成分析，结果见表2。可知，大安沟石墨矿δ13C‰值在-10.62‰～-11.69‰，平均值为-11.34‰。

?

通过与其他地区石墨样品及现代有机质、沥青、煤等的δ13C‰测试结果对比发现（图4），三岔垭晶质石墨矿石δ13C‰含量变化范围介于黑龙江柳毛石墨矿床、吉林集安群石墨矿床、现代有机质、渤海湾油田原油、煤、沥青煤、沥青和各地石灰岩、柳毛大理岩δ13C‰测试值之间，但更接近黑龙江柳毛石墨矿床和吉林集安群石墨矿床δ13C‰测试值。前人研究得出黑龙江柳毛石墨矿床和吉林集安群石墨矿床等矿床石墨碳质来源均为有机质［5-8］。综合推测认为，三岔垭石墨矿床石墨碳质主要来源有机碳，少量来源无机碳。

5 成因探讨

（1）测试分析可知湖北三岔垭石墨矿床石墨δ13C‰值在-10.62‰～-11.69‰，平均值为-11.34‰，其变化范围介于有机质与沉积碳酸岩之间，但更接近有机成因。根据区域地质背景可知，研究区太古代野马洞岩组和太古代东冲河片麻杂岩分布较广，赋矿地层古元古代黄良河组与太古代野马洞岩组和太古代东冲河片麻杂岩呈断层接触关系，前人研究表明，三岔垭石墨矿床含矿岩石成矿物质主要来源于野马洞组和东冲河片麻杂岩［2］，因此，推测太古代野马洞组和东冲河片麻杂岩对三岔垭石墨矿床中石墨的形成具有一定的碳组分贡献，推测三岔垭石墨矿石墨碳质主要来源有机碳，少量来源无机碳。

（2）矿区辉绿岩和变花岗斑岩等岩浆岩分布较广，岩体多与黄良河组地层呈侵入接触关系，且多切割矿体，矿体附近一般可见电气石、黄铁矿、透闪石等热交代矿物，推测区内岩体侵入对矿区大鳞片石墨的形成起到一定的改造作用。

6 结 论

（1）三岔垭石墨矿床大地构造位置位于上扬子台坪黄陵断穹北部，圈椅倘穹窿南东翼，矿体主要赋存在黄良河组下段地层中，含矿岩石主要为含石墨片岩，次为含石墨黑云斜长片麻岩。

（2）三岔垭石墨矿床中石墨多呈叶片状、鳞片状或板状集合体存在，大鳞片石墨占75%，中小鳞片石墨占15%，为典型的大鳞片晶质石墨矿床。

（3）根据三岔垭石墨矿石固定碳测试可知，石墨矿石固定碳含量在14.75%～19.22%，平均为16.90%。石墨δ13C‰测试分析可知，δ13C‰值在-10.62‰～-11.69‰，平均值为-11.34‰，分布范围介于有机质与沉积碳酸岩之间。综合推测，三岔垭晶质石墨矿床碳质主要来源有机碳，少量来源无机碳，矿床成因主要为区域变质作用，后期有接触变质作用叠加改造的可能。

致 谢野外考察阶段得到湖北省原国土资源厅的帮助，文章撰写阶段得到中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队颜玲亚主任的帮助，在此一并向他们致以谢意！