我國矽卡巖型石墨礦床成因類型及其意義

顏 開，楊 剛，張小林，李 芃

(1.中國建筑材料工業地質勘查中心(中國非金屬礦工業有限公司)，北京 100035；2.中國建筑材料工業地質勘查中心新疆總隊，新疆 烏魯木齊 830000；3.中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110004)

石墨具有獨特的物理化學性能，被譽為“21世紀支撐高新技術發展的戰略資源”，各國相繼將石墨列為關鍵礦產或戰略礦產。近幾年我國首次將晶質石墨列為戰略性礦產，加大了石墨找礦和勘查投入，發現了一批大型、超大型石墨礦，石墨成礦規律研究的不斷完善，為石墨找礦、勘查和深部找礦預測提供了思路。本文從石墨成因類型角度出發，探討國內矽卡巖型石墨礦床特征，以期為石墨找礦提供新思路。

1 石墨礦床成因類型

關于石墨礦床類型的劃分，以往學者提出多種劃分方案。1953年，前蘇聯學者查哈羅夫提出分為深成礦床(與巖漿有關的霞石正長巖建造和矽卡巖中的硅灰石—透輝石—方柱石—石墨建造)和變質礦床(結晶頁巖中的石英—冰長石—黃鐵礦—石墨建造、變質頁巖中的石灰—石墨建造)；1974年《非金屬礦》分為霞石正長巖、矽卡巖、結晶片巖(脈狀)、變質煤層中的石墨礦床5種類型；1985年，科里亞金分為巖漿礦床、偉晶巖礦床、接觸交代(矽卡巖型)礦床、氣成—熱液礦床、受變質礦床(相當于區域變質礦床)及風化礦床6種類型；1986年，趙東甫等[1]提出霞石正長巖、混染花崗巖、矽卡巖、結晶片巖中的層狀、結晶片巖中的脈狀、變質煤層石墨礦床6種類型。2000年，馮本智等[2]提出巖漿型、矽卡巖型、區域變質型、接觸變質型、熱液型脈狀石墨礦床5種類型。以上學者提出了矽卡巖型石墨礦床成因類型，但沒有提出矽卡巖型石墨礦床成因類型的案例，也沒有總結矽卡巖型石墨礦床成因類型的地質特征。

1989年莫如爵等[3]、2015年李超等[4]將石墨礦床成因類型分為3種，分別為區域變質型(雞西柳毛、蘿北云山、山東萊西南墅及北墅、內蒙古興和、魯山背孜礦、湖北三岔埡石墨礦等)、巖漿熱液型(新疆玉泉山、蘇吉泉等)、接觸變質型(湖南郴州魯塘、福建永安老鷹山等)。2008年，楊鳳辰[5]分為區域變質型、接觸變質型、巖漿熱液型及煤系變質型4種類型；2016年，肖克炎等[6]提出沉積變質型和接觸變質型2種類型；2017年，劉敬黨等[7]提出劃分為3大類5小類，分別為區域變質礦床(南墅深變質型、坪河淺變質型)、接觸變質礦床(魯塘煤變質型)和巖漿熱液礦床(蘇吉泉花崗巖型、托克布拉克花崗質熱液脈型)。2017年張小林等[8]、2019年高樹學等[9]、2019年李作武等[10]提出分為區域變質型(大安溝、柳毛、興和、南墅、三岔埡)、接觸變質型(磐石、魯塘、板子廟)、巖漿同化混染型(黃羊山、蘇吉泉、青果、地果)3種類型。另外，還有學者按碳質來源進行劃分，但存在爭議。多數學者認為是有機成因[11-12]，也有認為屬于無機成因，陳衍景等[13]認為是有機成因和無機成因并存，但是至今沒有發現獨立無機碳成因的石墨礦床。以上學者均沒有提出矽卡巖型石墨礦床成因類型。

綜上所述，區域變質型、巖漿同化混染型、接觸變質型石墨礦床類型已得到業界公認，但矽卡巖型石墨礦床鮮有提及，在國內也沒有相關的礦床案例。作者在參與《中國礦產地質志》研編過程中，通過全面系統梳理我國已發現的石墨礦床資料，認為新疆和靜扎克斯臺石墨礦床和遼寧中安鎮土堡子村南山石墨礦床[14]具有矽卡巖礦床特征，可能屬于矽卡巖型石墨礦床成因類型，試圖從學術研究的角度加以總結探討。

2 矽卡巖型石墨礦床特點

2.1 國外矽卡巖型石墨礦床

矽卡巖型石墨礦床在加拿大安大略、魁北克均有分布，礦床產于深成火成巖與石灰巖接觸帶的透輝石、石榴子石矽卡巖中。礦體呈透鏡狀、巢狀，鱗片狀石墨呈浸染狀分布于矽卡巖中。礦體厚十幾米，長達100～150m，石墨品位一般10%～20%。美國的安德路達克也有此類礦床。這類礦床石墨質量好，但分布稀少。

2.2 我國矽卡巖型石墨礦床

2.2.1 新疆和靜扎克斯臺石墨礦床

礦區內分布有上志留統巴音布魯克組第二段(S3b2)灰白—灰黑色大理巖化石灰巖、大理巖，局部夾灰黑色的硅質巖，為一套化學沉積建造。礦區侵入巖發育，為海西期阿不達爾喬倫超單元中—細粒二長花崗巖(圖1、圖2)。石墨礦體賦存于上志留統巴音布魯克組石灰巖、大理巖與二長花崗巖的外接觸帶，變質作用主要表現為接觸交代作用形成的矽卡巖化和熱接觸變質作用形成的角巖化。

圖1 新疆和靜縣扎克斯臺石墨礦地質圖

圖2 新疆和靜扎克斯臺PI-I’地質剖面

石墨礦體的形態、規模、產狀及品位與侵入體的形態、規模關系密切。靠近巖體部位及巖體出露密集區域，固定碳含量相對較高。共圈定7個礦體(表1)。L1位于礦區西側，分布在巖株與地層的外接觸帶，總體呈平臥“Y”形。北西側分為兩支，北支出露寬度較小，僅2～5m；南支出露寬度可達10m，且礦石質量較好、固定碳含量較高。L2-1、L2-1、L2-3位于礦區中部，由北東向南西依次分布。L2-1呈脈狀產出，固定碳含量5.05%～11.60%，礦體延深大于150m，厚度穩定。L2-2呈脈狀產出，L2-3呈似脈狀產出。L3-1、L3-2、L3-3位于礦區東部，由北東向南西依次分布在二長花崗巖體的捕虜體中，均呈脈狀產出。

表1 新疆和靜縣扎克斯臺石墨礦礦體特征

礦石的自然類型為石墨硅質巖、石墨大理巖。礦石礦物主要為石墨，以葉片狀為主，片度多位于(0.003×0.007)mm～(0.014×0.03)mm，屬 微—細粒晶質石墨。脈石礦物主要為石英、方解石、絹云母。石墨硅質巖主要分布于L1、L2-1、L2-2、L2-3中，主要由硅質及微晶狀石英組成，葉片狀石墨集合體呈分散狀分布于微晶石英之間，石墨片徑為(0.005～0.010)mm×(0.03～0.05)mm，部 分呈0.05～0.10mm寬的網脈狀。部分石墨硅質巖中含有碳質，呈條帶狀，碳質經重結晶變為細鱗片狀的石墨。石墨大理巖主要分布于L3-1、L3-2、L3-3中，巖石主要由粒狀變晶的方解石組成，方解石粒徑0.05～0.10mm，方解石間有呈帶狀分布的顆粒狀石英。石墨呈顯微葉片狀，形成條帶沿層理分布，石墨片徑大小為(0.005～0.01)mm×(0.03～0.07)mm。

2.2.2 遼寧中安鎮土堡子村南山石墨礦床

礦區內中元古界高于莊組石灰巖，呈灰色，薄層，致密塊狀，風化層為肉紅色。印支期花崗巖呈黃白色，脈狀，主要成分為長石、石英及少量的云母。花崗巖脈呈不規則狀侵入石灰巖中，有的石灰巖呈捕虜體出現于花崗巖中(圖3、圖4)。在石灰巖和花崗巖的接觸帶內，石灰巖有明顯的矽卡巖化。

圖3 遼寧中安鎮土堡子村南山石墨礦地質簡圖

圖4 遼寧中安鎮土堡子村南山石墨礦A-B剖面圖

石墨礦體位于石灰巖和花崗巖脈的接觸部位，呈不規則的帶狀，不連續。礦體傾向延深20m、走向延長90～275m，厚0.40～1.87m。礦石礦物主要為石墨，呈塊狀、個別呈鱗片狀，污手，一般含石墨50%～70%。礦石呈鱗片變晶結構、塊狀構造。

3 矽卡巖型石墨礦床成因類型的意義

新疆和靜縣扎克斯臺石墨礦和遼寧中安鎮土堡子村南山石墨礦分別產于二長花崗巖與碳酸鹽巖、花崗巖與石灰巖的接觸帶附近，具有矽卡巖化蝕變，為矽卡巖型石墨礦。姚鳳良等[15]提出 矽卡巖型礦床是指在中酸性侵入體和碳酸鹽類等巖石的接觸帶及其附近，由含礦熱液交代作用形成的，在成因和空間上與矽卡巖關系密切的接觸交代礦床。結合國外矽卡巖型石墨礦床特征，認為矽卡巖型石墨礦床形成于中酸性巖漿巖與碳酸鹽巖接觸帶附近，通過接觸交代作用形成，礦體形態受接觸帶控制，具有矽卡巖化特征。推測石墨礦床是由巖漿巖富硅熱液沿巖體及碳酸鹽巖的接觸帶進行組分交換形成含碳和硅的熱液體系，在構造帶等成礦有利空間，因物理化學條件變化，使碳質結晶析出形成石墨礦體。該成因類型的提出，可為矽卡巖型石墨找礦勘查提供參考借鑒。

目前尚未開展礦體巖石礦物組合及成礦物理化學條件等研究，亟待補充相關試驗，可為矽卡巖型石墨礦提供更多有力證據。