四川省南江縣廟坪石墨礦成礦地質特征及成因探討

王紅軍+侯學文+岑海濤+魏繼生

摘 要：廟坪石墨礦地處南江-旺蒼石墨成礦帶，成礦地質條件優越。根據初步勘查成果，認為該區有望成為繼坪河、尖山石墨礦之后又一超大型石墨礦基地，僅I號礦體規模便達1 km，平均厚度為87.39 m，平均品位為5.12%；石墨礦體主要賦存于白云質大理巖或大理巖中，礦體產出于巖漿巖接觸外帶，并受構造控制；礦石自然類型為大理巖型石墨礦，石墨礦物主要呈鱗片狀、葉片狀，聚集于脈石礦物之間，或沿裂隙產出。結合野外地質調查和室內巖礦鑒定、測試成果，認為該區成礦物質來源主要為有機碳，此外還包括圍巖后期發生脫碳反應形成的無機碳，石墨礦是沉積變質并經后期熱變質疊加改造而形成。對成礦地質特征及成因的研究將為整個成礦區帶的石墨礦勘查、礦床成因分析及分布規律研究等提供參考。

關鍵詞：石墨礦 成礦地質特征 成因探討 四川南江

中圖分類號：P611 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0045-03

近年來，隨著新能源、新材料產業的興起，晶質石墨礦產品的深加工也被廣泛應用到各個領域。四川省南江縣廟坪石墨礦地處南江-旺蒼石墨礦成礦帶，在區內相繼發現了坪河、尖山等一大批具有一定規模的石墨礦產地，石墨礦成礦地質背景優越。目前所發現的石墨礦床均分布于米倉山基底南緣中元古界火地埡群麻窩子組碳酸鹽夾含碳碎屑巖與晉寧-澄江期巖漿巖體的接觸外帶，各礦床之間既有差異也存在可對比性。前人對坪河、尖山石墨礦床的形成進行了一定的研究，認為成礦物源主要為原巖沉積過程中帶入的有機碳，其形成過程均受到構造、巖漿巖等因素的影響，但總體研究程度較低。該文通過野外地質調查總結廟坪地區石墨礦成礦地質特征，并結合室內巖礦鑒定、測試成果探討石墨礦成因，為該區石墨礦勘查及綜合研究提供參考。

1 成礦地質背景

研究區位于龍門山陸內復合造山帶和大巴山前陸沖斷帶夾持部位——米倉山基底逆沖構造帶南緣，鷹咀巖-關壩構造區上兩復式背斜構造帶南東翼。區域地層走向以北東-南西向為主，以基底變質巖系為主要特征，由后河群混合巖化斜長角閃巖、片麻巖和變粒巖組合，以及火地埡群變質碎屑巖、碳酸鹽巖組合構成，先后經歷了古島弧、后造山裂谷和被動大陸邊緣演化過程。

研究區出露地層為中上元古界火地埡群麻窩子組（Pt2-3m），共劃分為3個巖性段。其中，第一段主要巖性為淺灰色、灰白色厚層白云質大理巖夾深灰色、灰色中厚層大理巖和少量千枚巖；第二段為淺灰色、灰色、深灰色、淺紫紅色等構成的中厚層白云質大理巖夾大理巖、含石墨大理巖和少量千枚巖；第三段為深灰色、灰色千枚巖夾少量薄層大理巖，該段巖性以大面積千枚巖出露為主要特征。麻窩子組第二段為區內主要含礦層位。

研究區先后經歷了呂梁、燕山等多期構造活動，構造格架較復雜，褶皺構造以褶皺變形為主，規模較小，表現為巖層受構造應力擠壓揉皺變形。斷裂構造分為北東向和近南北向兩組，其中北東向構造規模較大，以壓扭性為主，構造帶內劈理化發育，局部可見拉伸線理和布丁體，在區內呈近似平行狀產出；近南北向構造為北東向構造的次級斷裂構造，規模較小，對礦體形態的破壞作用較大。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

區內含礦巖系為中上元古界火地埡群麻窩子組第二段灰黑色中、薄層含石墨大理巖，礦體呈層狀、似層狀不規則產出，整體呈北東-南西走向，產狀與地層產狀一致，傾向270°～325°，傾角48°～87°，局部近直立。礦體整體北東段產狀較陡，南西段產狀較緩，但由于褶皺變形強烈，局部產狀變化又有較大變化。礦體上下頂底板巖性主要為白云質大理巖、大理巖。區內規模最大的礦體為Ⅰ號礦體，礦體沿走向延伸約1 000 m，寬度7～80 m。其他礦（化）體規模均比Ⅰ號礦體小，且受構造破壞強烈。

2.2 礦石物質成分及嵌布狀態

2.2.1 礦石物質組成

對區內地表及深部石墨礦石物質成分進行綜合研究發現，其礦物組成較簡單，礦石礦物為石墨，其含量變化較大，品位在3%～30%之間。主要脈石礦物為方解石、白云石、石英、白云母、黃鐵礦、針鐵礦等。

2.2.2 主要礦物嵌布特征

石墨：黑色、淺褐灰色，顯灰色帶棕-藍灰色多色性，無內反射，呈他形葉片狀及鱗片狀聚集分布于脈石礦物顆粒之間或聚集呈紋層狀、條帶狀產出，葉片粒徑為0.05～0.5 mm，團粒粒徑0.2～1 mm，具草黃—紫灰強非均性。

方解石：無色，粒徑主要集中在0.03～0.25 mm，其次為0.01～0.03 mm，少量粒徑為0.25～2 mm，呈彼此鑲嵌狀產出，少量具明顯定向排列，大顆粒方解石可見解理及雙晶發育，具高級白干涉色。

白云石：無色，粒徑主要集中在0.06～0.25 mm，其次為0.03～0.06 mm及0.25～0.5 mm，少量為0.5～2.5 mm。呈彼此鑲嵌狀產出，具高級白干涉色。

石英：無色，潔凈，分布于方解石、白云石或石墨礦物之間，波狀消光，干涉色一級灰白。

白云母：無色，半自形片狀產出，粒徑0.05～0.35 mm，部分可見一組極完全解理發育，平行消光，干涉色二級藍綠。

黃鐵礦：黃白色，他形晶粒狀產出，粒徑0.01～0.9 mm，無內反射，先均質性，磨光性一般，多獨立展布，少量與針鐵礦伴生產出。

針鐵礦：少量為灰色微帶淡藍色，他自形晶粒狀產出，粒徑0.03～0.2 mm，具褐紅色內反射，顯藍灰—黃棕強非均性，多呈褐紅色集合體產出，集合體粒徑0.15～0.2 mm，多獨立展布，少量與黃鐵礦伴生產出。

2.3 礦石組構及礦石類型

區內含礦巖性主要為含石墨大理巖、含石墨白云石大理巖，區內礦石結構分為粒狀變晶結構、鱗片變晶結構。

粒狀變晶結構：主要可見石墨礦物呈半自形-自形粒狀、葉片狀充填于方解石、白云石等礦物顆粒之間。

鱗片狀變晶結構：石墨礦物呈細小鱗片狀分布于礦物顆粒之間或呈條紋狀、條帶狀產出。

區內礦石構造主要為塊狀構造、條帶狀構造、條紋狀構造、斑點狀構造、浸染狀構造。

2.4 礦石化學成分及變化規律

礦石有益組分變化規律，區內石墨礦石中有益組分為固定碳（C），地表固定碳含量與深部相比明顯偏低，甚至低于邊界品位。通過地表取樣分析，探槽工程中樣品固定碳含量甚至低于浮土中固定碳含量。結合野外地質觀察，認為地表礦體固定碳存在流失現象。利用深部鉆孔固定碳加權平均品位作為礦區平均品位計算地表固定碳流失率，礦區地表固定碳流失率22.27%～80.47%，平均流失率為52.07%。其中，Ⅰ號礦體地表固定碳流失率22.27%～68.16%，平均流失率47.98%。

結合鉆孔樣品分析結果對Ⅰ號礦體深部化學成分變化規律進行總結。礦體深部固定碳含量變化范圍3.01%～10.12%，平均品位5.12%，品位變化系數為39.36%，其化學成分變化穩定。

綜合分析地表和深部工程樣品分析結果，總結區內礦體固定碳含量變化規律如以下幾點。

（1）地表固定碳含量流失現象嚴重，礦區固定碳平均流失率52.07%，其中Ⅰ號礦體平均流失率47.98%。

（2）Ⅰ號礦體深部固定碳含量變化范圍3.01%～10.12%，平均品位5.12%，品位變化系數為39.36%，其化學成分變化穩定。

（3）Ⅰ號礦體沿走向，固定碳含量總體向南西方向有增高趨勢，其中在KT04線到KT00線有一定起伏，但起伏變化不大。

（4）Ⅰ號礦體向深部延伸，其固定碳含量存在一定起伏，但整體呈現固定碳含量隨深度增加而增大的趨勢。

3 礦床成因探討

對區內石墨礦（化）體地質特征進行總結分析，石墨礦化均賦存于中上元古界麻窩子組第二段（Pt2-3m2）含碳白云質大理巖、大理巖中，其中含礦巖性主要為白云質大理巖，并有少量大理巖。礦（化）體呈層狀、似層狀不規則產出。白云質大理巖、大理巖以中薄層、薄層為主，局部見厚層塊狀。呈深灰色、黑色，細粒變晶結構、鱗片狀變晶結構，塊狀、條紋狀、條帶狀、斑點狀、浸染狀構造。主要礦物包括方解石、白云石、石墨等，其他礦物包括石英、白云母、黃鐵礦等。石墨礦物呈他形葉片狀及細小鱗片狀聚集分布于脈石礦物顆粒之間或聚集呈紋層狀、條帶狀產出，少量沿礦石裂隙分布。

結合區域地質演化史、礦體地質特征、石墨礦物賦存狀態及圍巖相互關系，認為該區礦體成因類型為沉積變質型，其成礦作用主要經歷了成礦物質聚集、區域變質作用及后期疊加改造。現對該區石墨礦形成的背景及過程進行簡要闡述。

（1）成礦物質聚集，中上元古代時期，揚子板塊北緣開始進入被動大陸廣海環境，該區及尖山、坪河等石墨礦區均位于被動大陸邊緣，同時沉積了一套淺海臺地相粉砂巖、泥巖和少量碳酸鹽巖等。麻窩子組和上兩組等地層形成時期受沉積環境不斷轉換，沉積一套富含碳質的碎屑巖和碳酸鹽巖，為該區及附近其他石墨礦床形成提供了初始礦源層。

（2）區域變質作用，在經歷了晉寧期、澄江期等多期次區域變質作用和構造運動過程中，富含碳質碎屑巖、碳酸鹽巖在變質作用過程中發生重結晶，碳質成分也在該過程中不斷的聚集，呈鱗片狀分布于脈石礦物顆粒之間或呈條紋狀、條帶狀分布。

（3）疊加改造，晉寧期之后在狗家子溝、尖山、坪河等地區一帶形成諸多熱點，多期次巖漿巖侵入作用及構造運動為石墨礦的形成提供了充足的熱動力條件。由于溫度、壓力的升高，使碳酸鹽巖發生脫碳反應，形成富含二氧化碳的流體沿構造形成的裂隙運移，在還原環境下轉變為單質碳，在一定溫壓條件下變質形成鱗片狀石墨礦物。早期區域變質作用形成的石墨礦物也在此過程中進一步變質、重結晶形成較大片徑的晶質石墨礦。

綜上所述，該區礦化系富含有機質的碎屑巖、碳酸鹽巖經沉積變質疊加后期熱變質作用而形成，根據石墨礦物賦存狀態認為該區以沉積變質作用為主，成礦類型為沉積變質巖型。礦體受一定地層巖性控制，明顯與含碳質碎屑巖、碳酸鹽巖密切相關。而圍巖中見有透閃石礦物，表明在巖漿巖侵入過程中發生了脫碳反應并形成含碳流體；原生礦石中黃鐵礦等代表還原環境的特征礦物為無機碳的析出提供了良好的氧化還原環境。反映出碳質來源既有有機的也有無機的，顯示成礦作用過程中碳來源的多樣性。

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