江西宜黃南華山礦區成礦地質特征及成因分析

賴長金，龍 悟，吳遠亮

（1.南京大學地球科學與工程學院，江蘇 南京 210000；2.江西省地質礦產勘查開發局贛西地質調查大隊，江西 南昌 330000）

1 地質背景

1.1 地層

礦區出露地層主要為南華-震旦系下部洪山組、寒武系外管坑組變質巖系，及第四系聯圩組（Qhl）。變質巖系走向一般為50°～70°，傾向南東，傾角一般為45°～60°。地層由老至新敘述如下：

南華-震旦系洪山組：下段（Nh-Z1h1），主要為白云母石英片巖、二云母片巖、黑云二長片巖等；上段（Nh-Z1h2），巖性主要為變粒巖、含云母長石石英巖等。

1.2 構造

礦區基本構造為由一個緊閉向斜和背斜組成的復式褶皺構造。向斜核部為外管坑組，兩翼為洪山組頂部地層，背斜核部為洪山組頂部地層，兩翼為外管坑組。褶皺軸向均為50°～70°，向北東傾覆。褶皺兩翼產狀均傾向南東，傾角30°～55°。另外在礦區外圍北東和南西部各見一條北東向的斷層。斷層發育在花崗巖內，對礦體影響不大。

1.3 巖漿巖

礦區巖漿巖發育，為棠陰巖體（鄧國輝等，1995）的一部分。呈一系列巖株狀產出，總體呈北東向帶狀展布，與礦區構造線基本一致，礦區內出露面積約0.28Km2。

1.4 混合巖化與圍巖蝕變

由于巖體侵入于震旦—寒武系變質巖中，同化混染圍巖，使圍巖發生蝕變等熱接觸變質作用。在接觸帶內側具細粒邊及圍巖捕虜體，圍巖中貫入大量的同源花崗質巖脈，常伴有同化混染現象，接觸帶常發育含電氣石的偉晶巖脈。圍巖有熱蝕變現象，變質礦物為石榴石、矽線石。

2 礦體分布、礦石特征

2.1 礦體分布

礦區初步查明3條質石墨礦體（自北向南編號分別為V1、V2、V3）。礦體賦存于寒武系外管坑組底部。

V1礦體：出露于礦區北西部，走向66°，傾向156°，傾角51°。礦體層層狀、次層狀產出。礦體厚在8m～20m之間，固定碳品位5%～30%。V2礦體：出露于礦區中部，礦體走向約37°，傾向127°，傾角46°。礦體呈層狀、似層狀產出。礦體厚度1.80m～6.30m，固定碳品位3.56%～16.13%。V3礦體：出露于礦區南東部，礦體走向25°～35°，傾向115°～125°，傾角55°～65°。礦體主要呈層狀、似層狀，局部透鏡狀。礦體厚度4.5m～12.90m，固定碳品位3.00%～7.70%。

2.2 礦石結構構造

2.2.1 一礦石構造

片狀構造：礦石中的云母類礦物及石墨等片狀或柱狀礦物呈連續的平行排列，其次石英、磁鐵礦等粒狀礦物被壓扁或拉長，長軸方向呈定向排列。

條帶（條紋）狀構造：石墨、云母等片狀礦物呈自形—半自形鱗片狀或板狀晶體聚集成條帶狀，不均勻分布，呈連續的平行排列。

塊狀構造：礦石中石英顆粒主要呈他形粒狀，無明顯定向排列。石墨晶體在礦石中主要呈細小鱗片狀、星點狀，分布均勻，多產于石英顆粒間隙中，局部呈束狀集合體。

2.2.2 二礦石結構

鱗片變晶結構：礦石的主要礦物白云母、石墨、黑云母等片狀礦物組成，它們一般呈平行定向排列，形成結晶片理。粒狀礦物較少，以石英為主，顆粒較細，一般沿片理方向壓扁拉長明顯，沿長軸方向呈條帶狀分布于片狀礦物間。

粒狀鱗片變晶結構：礦石中的粒狀礦物較鱗片變晶結構更多，是介于鱗片變晶結構和粒狀變晶結構之間的過渡類型。片狀礦物有石墨、云母等，呈片狀—鱗片狀集合體沿片理方向排列，分布于粒狀礦物間。粒狀礦物以石英為主，呈他形不規則狀，長軸方向定向排列。

表1 南華山石墨礦變質巖系主量元素分析結果表

2.3 礦物組成及其形態

2.3.1 礦石礦物

通過光學顯微鏡下巖礦鑒定和掃描電鏡（SEM）觀察，礦石礦物主要為晶質石墨。石墨主要呈鱗片狀、葉片狀，少數呈粒狀，或集合體狀分布。石墨片徑一般0.05mm～0.6mm，多沿石英粒間分布，呈集合體狀分布的石墨晶體約占30%～40%，集合體粒徑約為0.15mm x0.2mm～0.2mmx2.2mm。石墨在礦石中的含量一般15%～40%，見圖1。

圖1 掃描電鏡（SEM）下礦石中礦物組成及其嵌布特征

2.3.2 脈石礦物

礦區內主要的脈石礦物有石英、云母等，通常與石墨伴生或共生。石英通常與石墨不規則接觸，石英晶體生長晚于石墨，在二者接觸界面見到石英深入到石墨解理間，或者石墨由于受到石英晶體生長的擠壓而發生彎曲。有時也可以看到石英與石墨緊密共生，二者呈截然的接觸（圖1A）。云母與石墨的接觸關系比較復雜，常見到云母邊部生長石墨晶體，或石墨晶體中包裹云母顆粒；反之，亦可以見到石墨顆粒包裹在云母之中（圖1B）。

次要脈石礦物包括電氣石、綠泥石、絹云母、石榴石、黃鐵礦、磁鐵礦、輝鉬礦、金紅石、磷灰石、鋯石等。黃鐵礦呈細粒狀與石英，絹云母等形成不規則的集合體，或呈自形的粒狀孤立分布（圖1C）；輝鉬礦呈不規則的集合體分布在石英粒間（圖1D）；金紅石呈長柱、針柱狀（圖1E）；磷灰石，鋯石偶有見到。局部還見到細粒狀鉻鐵礦（圖1F），可能為原巖里殘留的重砂礦物，推測其原巖為碎屑巖。

3 成因分析

3.1 變質巖原巖恢復

根據上述礦石結構構造、礦物組合、礦物嵌布形態，以及礦體的產出特征，初步推斷礦區變質巖的原巖為沉積巖，為了恢復礦區變質巖系的原巖建造，對石墨礦石及其變質圍巖進行了主量元素分析。分析結果見表1。

圖2 變質巖Si-(al+fm)-(c+alk)圖解（Simonen，1953）

圖3 變質巖原巖構造環境判別圖解

將這7個變質巖化學成分換算成P．尼格里數值，通過(al＋fm)-(C＋alk)-Si圖解（圖2）。圖中樣品全部落入厚層泥巖、砂巖中，表明其原巖為沉積巖。礦區變質巖樣品的Al2O3/TiO2值在17.23～39.28之間，主要集中在20.29～29.33，表明礦區變質巖物質來源很可能為長英質巖石（Girty，1996）。通過SiO2/Al2O3～K2O/Na2O圖解可以判斷原巖的構造環境，YH01、YH07、YH09等三個樣品的SiO2/Al2O3～K2O/Na2O圖解見圖3，可知南華山變質巖的原巖構造環境主要為被動大陸邊緣環境。

3.2 石墨的碳質來源

本次對南華山石墨礦3件礦石樣品（YH-02、YH-03、YH-07）進行穩定碳同位素測試，測試結果見表2。

表2 南華山石墨礦礦石穩定碳同位素檢測結果

表3 南華山石墨礦石與其他樣品穩定碳同位素數據對比分析表

根據表2中的數據可知，礦區石墨礦石中δ13C的值在-26.22～-23.94之間，變化幅度不大。將本次測得數據與其他地區石墨礦或其他有機質樣品進行對比（見表3），通過對比，礦區石墨礦石碳同位素值與劉戈莊、柳毛、小岔溝、興和、南墅等石墨礦的碳同位素數值相近或在變化范圍內，而前人研究表明，上述石墨礦的碳質來源主要為有機碳；另外礦區石墨礦石碳同位素值與渤海灣油田原油、瀝青煤、煤、現代有機質等富含有機碳物質的同位素數據相近，但是遠高于以無機碳為主的石灰巖中碳同位素數據。因此推斷礦區石墨礦碳質主要來源為有機質沉積。

3.3 成礦構造演化及礦床成因

南華山石墨礦地處華夏板塊東南造山帶中的云（開）—會（稽）前緣褶沖帶的武功山隆起帶。鄧國輝等（1995）研究表明，區內在中—新元古代處于南華裂陷槽，早期海底擴張，火山活動強烈，沉積以蘭水巖組、周潭巖組和萬源巖組為代表的海相陸源碎屑夾火山碎屑建造，至中晚期火山活動減弱，沉積以洪山組為代表的淺?！詈Ｏ嗄嗌百|陸源碎屑建造，至晚期可能出現水下隆起，形成靜水滯流環境，沉積以外管坑組為代表的靜水淺海相泥砂質、含炭質碎屑巖建造（礦區石墨礦的礦源層）。

至加里東構造運動期，因華夏古陸向北西江南古陸仰沖，區內進入大規模褶皺造山和巖漿作用階段。導致先前的淺海相沉積盆地逐漸閉合消失，沉積形成的變質原巖被卷入褶皺造山帶，接受區域變質作用，最初形成了以黑云母、綠泥石為代表的低級變質巖系。隨著造山作用進一步演化，區域熱流值迅速增高，熱點形成，產生了疊加中、高溫靜壓變質作用，形成以矽線石—石榴石為代表的中、高級變質巖系。變質作用使得先前形成的含炭質碎屑巖建造的外管坑組中的有機炭質形成石墨原晶。隨著熱流值進一步升高，巖石局部重熔，形成混合巖化作用，巖石重熔進一步發展，導致了棠陰巖體（年齡值415Ma）的形成與侵位。伴隨混合巖化作用和巖體侵入導致的熱接觸變質作用，原先形成的石墨原晶鱗片進一步增大。

2010年陳鄭輝等利用Re-Os同位素體系測得與南華山石墨礦鄰近的鉛山長壽源石墨礦精確的地質年齡(424±25Ma)，這個年齡與區內加里東期巖體中鋯石的年齡(415Ma)在誤差范圍內相吻合，表明石墨礦的形成時代可能為加里東期，并且其成因與加里東期巖漿的侵入存在密切聯系，而與燕山期的多次巖漿活動關系不大。這個結論進一步證明了上述石墨礦成礦構造演化與石墨礦形成的論斷。

加里東構造運動后期，區內中生代亦經歷大規模褶皺造山和巖漿作用階段，主要是對原先形成的石墨礦層改造、破壞及保存起到極大的影響，多數地段的石墨礦層受到巖漿的侵蝕，部分改變了礦層原來的延伸方向，使礦層的形態變的更加復雜。

4 總結

綜上所述，南華山石墨礦賦存于中深變質程度的寒武系外管坑組底部，根據礦體形態產狀及礦石礦物特征，初步推斷礦區變質巖系的原巖為沉積巖；礦石及圍巖主量元素測試結果及相關圖解，證實了區內變質巖的原巖為沉積巖的推斷；礦石的碳同位素測試結果說明石墨的碳質來源為有機碳；根據區域成礦構造演化，并參照前人獲得的相鄰區域石墨礦的成礦地質年齡，表明本區石墨礦的變質成礦作用主要發生在加里東構造運動期，石墨化所需的溫度和壓力條件來源區域變質作用和巖漿侵入造成的熱接觸變質作用，因此南華山石墨的礦床成因類型為沉積變質型。