湖南石墨礦成礦規(guī)律與資源潛力分析

安江華， 唐分配， 李　杰

(湖南省地質調查院，湖南長沙410011)

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湖南石墨礦成礦規(guī)律與資源潛力分析

安江華， 唐分配， 李杰

(湖南省地質調查院，湖南長沙410011)

湖南石墨礦具有分布集中、成礦類型單一、品質優(yōu)良等特點。總結了湖南石墨礦的成礦規(guī)律，分析了接觸變質型石墨礦的典型礦床特征，并建立其成礦模式。對石墨礦的成礦區(qū)帶進行了劃分，并對成礦區(qū)帶的資源潛力進行了探討。

石墨礦；成礦規(guī)律；地質參數(shù)法；資源潛力；湖南

0　引　言

湖南石墨礦資源潛力預測采用以成礦系列理論為核心的礦床模型綜合地質信息預測方法，將石墨的成礦作用與一定的地質條件相結合，利用多年區(qū)域地質調查、礦區(qū)勘查等積累的綜合信息編制底圖，使用計算機信息技術提取相關成礦信息，以國內著名的大型礦床為典型礦床，分析其成礦要素、建立成礦模式，圈定最小預測區(qū)，使用地質參數(shù)法對湖南省內500、1 000、2 000 m以淺資源量進行預測，推薦湖南省石墨礦的勘查區(qū)，為勘查工作部署提供依據(jù)。

1　成礦地質背景

湖南地跨揚子和華夏古陸塊，大致在文家市—永興—郴州一線形成1條俯沖碰撞型拼貼帶，其北西側屬于揚子被動陸緣，南東側為華夏陸塊活動陸緣。加里東運動使揚子被動陸緣演化結束，并使華夏、揚子陸塊最終拼合形成統(tǒng)一大陸板塊，陸間盆地閉合成為陸表海環(huán)境。

自晚古生代始，湖南境內主要是板塊內部構造演化，構造變形以分層逆掩、推覆為特色，巖漿活動主要分布在基底隆起帶，以重熔型花崗巖為主體。

在湖南省依據(jù)巖石組合特征建立的164個巖石地層單位(宋裕佐等，1988)中，與石墨礦有關的地層主要有石炭系測水組的板巖-細砂巖建造(黃文彬，1976)和二疊系龍?zhí)督M的砂巖-粉砂巖-泥巖建造(黃存基，1982；邵志富等，1985；鄭國賀等，1986；蔣宏意，1994)。

湖南侵入巖發(fā)育，出露總面積約1 680 km2，與石墨礦有關的巖體主要是燕山期花崗巖，即騎田嶺巖體和天龍山巖體。

2　石墨礦資源稟賦特征

2.1礦床類型、儲量與成礦時代

湖南石墨礦成因類型簡單，主要為接觸變質型，煤層與巖體接觸，經熱變質而成為石墨礦。目前全省已發(fā)現(xiàn)石墨礦床5處，其中大型1處，小型4處。主要分布在湘南騎田嶺巖體周邊，其次在湘中天龍山巖體東側。1處大型礦床和3處小型礦床位于郴州，1處小型礦床位于婁底。

目前，湖南已查明的石墨資源量資源分布特別集中，主要在郴州和婁底。其中郴州石墨資源量占全省石墨總量的97.52%；婁底石墨資源量占全省石墨總探明量的2.58%(表1)。

表1　湖南石墨礦礦產地

湖南石墨礦的主要成礦時代取決于成礦巖體的侵入時代。郴州地區(qū)石墨礦的成礦與騎田嶺巖體密切相關，騎田嶺巖體據(jù)其黑云母K-Ar法同位素年齡值為118 Ma，屬于燕山期。與婁底地區(qū)的冷水江市寒婆坳礦區(qū)成礦密切相關的天龍山巖體，其侵入時代也為燕山期(圖1)。

圖1　湖南省石墨礦產地分布圖1-巖體界線；2-二疊系龍?zhí)督M；3-石炭系測水組；4-小型礦床；5-礦點Fig.1　Map showing distribution of graphite deposits in Hunan Province

2.2礦石質量

湖南省的石墨礦礦石質量優(yōu)良。冷水江市寒婆坳礦區(qū)石墨礦石的固定碳質量分數(shù)為59.46%～94.97%，一般為79%～88%；礦石灰分質量分數(shù)為1.07%～36.84%。郴州市魯塘石墨礦的石墨片徑為0.1～3.0 μm，平均值1.5 μm；礦石固定碳質量分數(shù)為60.43%～88.38%，一般為73.36%；礦石水分為0.43%～9.19%。礦石中除石墨礦外，還有高嶺石、伊利石、石英及少量黃鐵礦、白鐵礦、褐鐵礦等密度均在2.5～3.0 t/m3以上的混入物，大于石墨礦的密度，采用浮選可使固定碳含量增高。湖南省的石墨礦多為地下開采，選礦方式有手選法等。

3　石墨礦預測類型

參考《礦產資源工業(yè)要求手冊》中關于石墨礦礦床類型的劃分(邵厥年等，2010)，湖南省的石墨礦屬于含煤碎屑巖接觸變質型石墨礦床。國內與該類型石墨礦成因相同的還有福建的老鷹山石墨礦(張蔚語，2010)。

礦床特征：接觸變質型石墨礦是原含煤地層經侵入巖的熱接觸變質作用而形成的石墨礦，該類型礦床產出的必要條件為含煤地層和巖體的同時存在，并且兩者呈接觸關系，此類礦床產出的地層時代有石炭紀、二疊紀，尤以二疊紀最為豐富。產于二疊系中的石墨查明儲量占湖南省石墨資源總量的97.52%。

3.1典型礦床式

3.1.1魯塘式位于東南褶皺系、湘桂粵贛褶皺帶南嶺褶皺區(qū)中次一級構造魯塘—沙田復式向斜中。產于二疊紀上統(tǒng)龍?zhí)督M，原巖為潟湖-潮坪-濱海相的砂巖-粉砂巖-泥巖建造。石墨礦床形成的必要條件是含煤地層和巖體同時存在，二者接觸發(fā)生變質作用，煤層在熱變質過程中形成石墨礦。石墨礦體呈層狀賦存于龍?zhí)督M地層中，礦石為顯晶質細鱗片狀石墨集合體，多為自形—半自形晶體，呈鑲嵌結構，致密塊狀構造。礦石礦物主要由石墨組成，質量分數(shù)一般為70%～86%，脈石礦物有伊利石、高嶺石、低溫石英等。原巖按變質作用強弱分為強變質帶和中—弱變質帶2個變質相帶，形成不同的礦物組合及巖石組合。礦體頂板多為強黑云母紅柱石空晶石角巖或強角巖化含黃鐵礦結核粉砂質泥巖，底板多為強變質細粒石英砂巖(圖2)。

圖2　魯塘—沙田復式向斜(據(jù)鄭國賀等，1986)1-龍?zhí)督M下段；2-龍?zhí)督M上段；3-大隆組；4-硅質巖；5-頁巖；6-粉砂質頁巖；7-粉砂質泥巖；8-粉砂巖；9-石英砂巖；10-炭質頁巖；11-煤層及編號；12-地質界線Fig.2　Lutang-Shatian synclinorium(after Zheng et al., 1986)

3.1.2寒婆坳式產于早石炭系測水組下部，原巖為1套厚度及分布均不穩(wěn)定的板巖-細砂巖建造，厚度波動大，反映當時沉積環(huán)境不穩(wěn)定。石墨礦體走向與巖體外形近一致，構造較復雜，小斷層、小褶曲發(fā)育。礦區(qū)中部天龍山巖體呈舌狀向東突出，礦體受巖體形態(tài)影響，形成南北2個礦段。礦體呈似層狀產出，形態(tài)、厚度不穩(wěn)定，受擠壓力強的部位礦體變薄尖滅，受力薄弱部位礦體富集膨脹。礦石質量變化主要受巖體控制，礦體距巖體越近，礦石變質程度越深，質量越佳，反之質量越差。礦區(qū)由南向北，礦體與巖體距離漸趨擴大，礦石變質程度逐漸變淺，由石墨而漸變?yōu)榘胧鷰r蝕變較發(fā)育，灰?guī)r、泥質灰?guī)r普遍大理巖化、硅化或形成鈣質角巖。黏土巖、粉砂巖變質為紅柱石板巖或石英角巖(圖3)。

圖3　三尖石墨礦區(qū)地質簡圖(據(jù)黃文彬，1976)1-壺天群；2-梓門橋組；3-測水組；4-石磴子組；5-孟公坳組；6-龍源花崗巖；7-斷層；8-石墨礦體；9-勘探線及編號Fig.3　Simplified geological map of the Sanjian graphite deposit(after Huang, 1976)

3.2成礦模式

湖南石墨礦均為原含煤地層經侵入巖的熱接觸變質作用而形成，各礦床最大的不同點在于原含煤地層和侵入巖的不同。以魯塘石墨礦為例，總結其成礦模式。

含煤地層二疊系龍?zhí)督M與上覆大隆組，在燕山期遇騎田嶺巖體侵入，巖漿活動帶來的大量熱能促使地層發(fā)生熱變質作用，導致煤層變質形成石墨礦。原煤固定碳含量越高，煤的質量越好，變質形成的石墨品位越好。距離巖體越近，石墨化程度越高，石墨礦、石墨化煤、煤3者為漸變關系。魯塘石墨礦距騎田嶺巖體700 m內為變質程度較高的顯晶質鱗片狀石墨礦，距離巖體1 326 m以內為顯晶質細鱗片狀石墨礦，其外為石墨化無煙煤(圖4)。

4　石墨礦資源潛力

4.1石墨礦資源定量預測

通過對典型礦床的研究及預測要素(表2)的提取(伍意德等，2010)，對湖南的石墨礦進行定量預測，獲得了騎田嶺及周邊地區(qū)和新化地區(qū)2個預測工作區(qū)2 000 m以淺的預測資源量。預測最大深度700 m，其中500 m以淺預測石墨資源主要分布在郴州市和婁底市。

4.2石墨成礦區(qū)帶

基于《中國成礦區(qū)帶劃分方案》(徐志剛等，2008)和湖南省潛力評價研究成果(羅小亞等，2013；唐分配等，2013)，結合石墨礦的自身特點，參考石墨礦的分布特征，在湖南省劃分了1個石墨礦集區(qū)，即騎田嶺西部石墨礦集區(qū)。

圖4　魯塘石墨礦成礦模式圖1-二疊系龍?zhí)督M下段；2-二疊系龍?zhí)督M上段；3-二疊系大隆組；4-燕山期侵入巖；5-煤層； 6-石墨化煤；7-石墨礦Fig.4　Metallogenic model of the Lutang graphite deposit

預測要素描述內容預測要素分類特征描述接觸變質型石墨礦有利地層含礦巖系二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M含煤地層必要沉積相潟湖-潮坪-濱海相重要巖石類型砂巖-粉砂巖-泥巖重要巖漿建造與作用侵入時代燕山期必要巖石組合黑(二)云母二長花崗巖或黑云母花崗閃長巖必要巖漿作用影響范圍距巖體1～700m內為變質程度較高的顯晶質鱗片狀石墨礦距巖體150～1326m范圍內為顯晶質細鱗片狀石墨礦，1326m以外為石墨化無煙煤必要控礦構造接觸關系侵入巖前緣、內凹部位必要物、化、遙自然重砂煤礦潛力評價工作圈出的預測結果必要礦化情況規(guī)模分類：大型1個，小型3個重要

礦集區(qū)面積423 km2，東部為騎田嶺巖體，西部為魯塘—荷葉復式向斜，兩者呈侵入接觸關系。向斜核部為二疊系大隆組，兩翼為二疊系龍?zhí)督M等，因巖體侵入，南東翼部分遭破壞，北西翼保存完整。

巖體呈巖基狀產出，出露面積大，為石墨成礦提供了充足的熱源；二疊系龍?zhí)督M是省內著名的含煤地層，所賦存的煤為石墨成礦提供了物質基礎。石墨礦體賦存于二疊系龍?zhí)督M煤系與騎田嶺花崗巖西側外接觸帶上，礦體呈層狀，共4組11層，主要為第2組和第4組，頂?shù)装鍨樯绊搸r；可采層為Ⅰ-2、Ⅳ-3礦層，平均厚度分別為1.62、2.28 m，結構復雜，含夾石5層以上，石墨質量分數(shù)為70%～86%，呈細鱗片狀，含碳70%以上，磷較高，硫低，中灰分。

5　 勘查部署建議

湖南石墨礦騎田嶺西部石墨礦集區(qū)面積423 km2，建議整個礦集區(qū)設置為石墨資源調查評價區(qū)，圍繞騎田嶺巖體與含煤巖系接觸帶開展1∶2.5萬的專項調查工作，重點是了解含煤巖系與巖體分布、接觸帶特點、熱變質程度、影響范圍等。鑒于部分地段曾設為煤礦，尚需要調查了解石墨礦資源的保存現(xiàn)狀，最后提出普查勘查區(qū)塊。

魯北石墨礦普查區(qū)位于魯塘石墨礦區(qū)北部，并與之緊鄰，為魯塘石墨礦的北延部分，成礦條件好，且較少開發(fā)，面積為4.16 km2，待查明其資源儲量后，可與魯塘、荷葉兩礦區(qū)的保有石墨資源一起進行總體開發(fā)，實現(xiàn)規(guī)模效益與資源的有效利用，因此建議將其設為普查勘查區(qū)。

6　結　論

(1) 湖南石墨礦具有礦床類型單一、分布集中、成礦時代跨度小的特點，現(xiàn)有石墨礦床5處，成因類型均為接觸變質型，成礦時代為燕山期，礦床主要分布在湘南騎田嶺巖體及湘中天龍山巖體周邊。

(2) 選取郴州市北湖區(qū)魯塘石墨礦和新化縣冷水江礦區(qū)寒婆坳石墨礦為典型礦床，剖析成礦要素，并建立了接觸變質型石墨礦的成礦模式。湖南石墨礦形成的必要條件是含煤地層和巖體的同時存在，并且兩者呈接觸關系，含煤地層發(fā)生變質作用。

(3) 劃分了騎田嶺西部1個石墨礦集區(qū)。對湖南的石墨礦進行了定量預測，分別獲得了500、1 000、2 000 m以淺的預測資源量。

勘查部署區(qū)的劃分，為編制湖南省石墨礦長期規(guī)劃和合理部署石墨礦找礦提供了依據(jù)。

黃文彬，1976. 湖南省冷水江市三尖石墨礦區(qū)普查找礦地質報告[R]. 長沙：湖南省國土資源信息中心.

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宋裕佐，趙恒生，陳心才，等，1988. 湖南省區(qū)域地質志[M]. 北京: 地質出版社.

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徐志剛，陳毓川，王登紅，等，2008. 中國成礦區(qū)帶劃分方案[M]. 北京: 地質出版社.

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張蔚語，2010. 福建老鷹山礦區(qū)石墨礦床特征及成因[J]. 地質學刊，34(4)：377-381.

Metallogenic rules and resource potential of the graphite deposit in Hunan Province

AN Jianghua, TANG Fenpei, LI Jie

(Hunan Institute of Geological Survey, Changsha 410011, Hunan, China)

The graphite deposits in Hunan Province are characterized by their concentrated distribution, simple metallogenic types and excellent quality. This work summarized the metallogenic rules of these graphite deposits, analyzed the typical features of contact metamorphism type deposits, and established a metallogenic model. In addition, we divided the graphite metallogenic belts and analyzed their resource potential.

graphite deposit; metallogenic rules; geological parameter method; resource potential; Hunan Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.433

2016-07-11；

2016-07-21；編輯：陳露

中國地質調查局項目“全國礦產資源潛力動態(tài)評價”(121201103000150003)

安江華(1984—)，女，工程師，碩士，主要從事地質礦產勘查工作，E-mail: 308160793@qq.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0433-05