四川省南江縣廟坪石墨礦成礦地質(zhì)特征及成因探討

王紅軍+侯學(xué)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(zhì)條件優(yōu)越。根據(jù)初步勘查成果，認(rèn)為該區(qū)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(hào)礦體規(guī)模便達(dá)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(zhì)大理巖或大理巖中，礦體產(chǎn)出于巖漿巖接觸外帶，并受構(gòu)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(chǎn)出。結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖礦鑒定、測(cè)試成果，認(rèn)為該區(qū)成礦物質(zhì)來源主要為有機(jī)碳，此外還包括圍巖后期發(fā)生脫碳反應(yīng)形成的無機(jī)碳，石墨礦是沉積變質(zhì)并經(jīng)后期熱變質(zhì)疊加改造而形成。對(duì)成礦地質(zhì)特征及成因的研究將為整個(gè)成礦區(qū)帶的石墨礦勘查、礦床成因分析及分布規(guī)律研究等提供參考。

關(guān)鍵詞：石墨礦 成礦地質(zhì)特征 成因探討 四川南江

中圖分類號(hào)：P611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（c）-0045-03

近年來，隨著新能源、新材料產(chǎn)業(yè)的興起，晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)品的深加工也被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)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(qū)內(nèi)相繼發(fā)現(xiàn)了坪河、尖山等一大批具有一定規(guī)模的石墨礦產(chǎn)地，石墨礦成礦地質(zhì)背景優(yōu)越。目前所發(fā)現(xiàn)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(duì)比性。前人對(duì)坪河、尖山石墨礦床的形成進(jìn)行了一定的研究，認(rèn)為成礦物源主要為原巖沉積過程中帶入的有機(jī)碳，其形成過程均受到構(gòu)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(zhì)調(diào)查總結(jié)廟坪地區(qū)石墨礦成礦地質(zhì)特征，并結(jié)合室內(nèi)巖礦鑒定、測(cè)試成果探討石墨礦成因，為該區(qū)石墨礦勘查及綜合研究提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于龍門山陸內(nèi)復(fù)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(gòu)造帶南緣，鷹咀巖-關(guān)壩構(gòu)造區(qū)上兩復(fù)式背斜構(gòu)造帶南東翼。區(qū)域地層走向以北東-南西向?yàn)橹鳎曰鬃冑|(zhì)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(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖組合構(gòu)成，先后經(jīng)歷了古島弧、后造山裂谷和被動(dòng)大陸邊緣演化過程。

研究區(qū)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(gè)巖性段。其中，第一段主要巖性為淺灰色、灰白色厚層白云質(zhì)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(gòu)成的中厚層白云質(zhì)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(qū)內(nèi)主要含礦層位。

研究區(qū)先后經(jīng)歷了呂梁、燕山等多期構(gòu)造活動(dòng)，構(gòu)造格架較復(fù)雜，褶皺構(gòu)造以褶皺變形為主，規(guī)模較小，表現(xiàn)為巖層受構(gòu)造應(yīng)力擠壓揉皺變形。斷裂構(gòu)造分為北東向和近南北向兩組，其中北東向構(gòu)造規(guī)模較大，以壓扭性為主，構(gòu)造帶內(nèi)劈理化發(fā)育，局部可見拉伸線理和布丁體，在區(qū)內(nèi)呈近似平行狀產(chǎn)出；近南北向構(gòu)造為北東向構(gòu)造的次級(jí)斷裂構(gòu)造，規(guī)模較小，對(duì)礦體形態(tài)的破壞作用較大。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)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(guī)則產(chǎn)出，整體呈北東-南西走向，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，傾向270°～325°，傾角48°～87°，局部近直立。礦體整體北東段產(chǎn)狀較陡，南西段產(chǎn)狀較緩，但由于褶皺變形強(qiáng)烈，局部產(chǎn)狀變化又有較大變化。礦體上下頂?shù)装鍘r性主要為白云質(zhì)大理巖、大理巖。區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的礦體為Ⅰ號(hào)礦體，礦體沿走向延伸約1 000 m，寬度7～80 m。其他礦（化）體規(guī)模均比Ⅰ號(hào)礦體小，且受構(gòu)造破壞強(qiáng)烈。

2.2 礦石物質(zhì)成分及嵌布狀態(tài)

2.2.1 礦石物質(zhì)組成

對(duì)區(qū)內(nèi)地表及深部石墨礦石物質(zhì)成分進(jìn)行綜合研究發(fā)現(xiàn)，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(lán)灰色多色性，無內(nèi)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(chǎn)出，葉片粒徑為0.05～0.5 mm，團(tuán)粒粒徑0.2～1 mm，具草黃—紫灰強(qiáng)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(chǎn)出，少量具明顯定向排列，大顆粒方解石可見解理及雙晶發(fā)育，具高級(jí)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(chǎn)出，具高級(jí)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(jí)灰白。

白云母：無色，半自形片狀產(chǎn)出，粒徑0.05～0.35 mm，部分可見一組極完全解理發(fā)育，平行消光，干涉色二級(jí)藍(lán)綠。

黃鐵礦：黃白色，他形晶粒狀產(chǎn)出，粒徑0.01～0.9 mm，無內(nèi)反射，先均質(zhì)性，磨光性一般，多獨(dú)立展布，少量與針鐵礦伴生產(chǎn)出。

針鐵礦：少量為灰色微帶淡藍(lán)色，他自形晶粒狀產(chǎn)出，粒徑0.03～0.2 mm，具褐紅色內(nèi)反射，顯藍(lán)灰—黃棕強(qiáng)非均性，多呈褐紅色集合體產(chǎn)出，集合體粒徑0.15～0.2 mm，多獨(dú)立展布，少量與黃鐵礦伴生產(chǎn)出。

2.3 礦石組構(gòu)及礦石類型

區(qū)內(nèi)含礦巖性主要為含石墨大理巖、含石墨白云石大理巖，區(qū)內(nèi)礦石結(jié)構(gòu)分為粒狀變晶結(jié)構(gòu)、鱗片變晶結(jié)構(gòu)。

粒狀變晶結(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)：石墨礦物呈細(xì)小鱗片狀分布于礦物顆粒之間或呈條紋狀、條帶狀產(chǎn)出。

區(qū)內(nèi)礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、條紋狀構(gòu)造、斑點(diǎn)狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造。

2.4 礦石化學(xué)成分及變化規(guī)律

礦石有益組分變化規(guī)律，區(qū)內(nèi)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(jié)合野外地質(zhì)觀察，認(rèn)為地表礦體固定碳存在流失現(xiàn)象。利用深部鉆孔固定碳加權(quán)平均品位作為礦區(qū)平均品位計(jì)算地表固定碳流失率，礦區(qū)地表固定碳流失率22.27%～80.47%，平均流失率為52.07%。其中，Ⅰ號(hào)礦體地表固定碳流失率22.27%～68.16%，平均流失率47.98%。

結(jié)合鉆孔樣品分析結(jié)果對(duì)Ⅰ號(hào)礦體深部化學(xué)成分變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。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(shù)為39.36%，其化學(xué)成分變化穩(wěn)定。

綜合分析地表和深部工程樣品分析結(jié)果，總結(jié)區(qū)內(nèi)礦體固定碳含量變化規(guī)律如以下幾點(diǎn)。

（1）地表固定碳含量流失現(xiàn)象嚴(yán)重，礦區(qū)固定碳平均流失率52.07%，其中Ⅰ號(hào)礦體平均流失率47.98%。

（2）Ⅰ號(hào)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(shù)為39.36%，其化學(xué)成分變化穩(wěn)定。

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

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

3 礦床成因探討

對(duì)區(qū)內(nèi)石墨礦（化）體地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)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(zhì)大理巖、大理巖中，其中含礦巖性主要為白云質(zhì)大理巖，并有少量大理巖。礦（化）體呈層狀、似層狀不規(guī)則產(chǎn)出。白云質(zhì)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(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)、鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、條紋狀、條帶狀、斑點(diǎn)狀、浸染狀構(gòu)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(xì)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(chǎn)出，少量沿礦石裂隙分布。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)演化史、礦體地質(zhì)特征、石墨礦物賦存狀態(tài)及圍巖相互關(guān)系，認(rèn)為該區(qū)礦體成因類型為沉積變質(zhì)型，其成礦作用主要經(jīng)歷了成礦物質(zhì)聚集、區(qū)域變質(zhì)作用及后期疊加改造。現(xiàn)對(duì)該區(qū)石墨礦形成的背景及過程進(jìn)行簡要闡述。

（1）成礦物質(zhì)聚集，中上元古代時(shí)期，揚(yáng)子板塊北緣開始進(jìn)入被動(dòng)大陸廣海環(huán)境，該區(qū)及尖山、坪河等石墨礦區(qū)均位于被動(dòng)大陸邊緣，同時(shí)沉積了一套淺海臺(tái)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(shí)期受沉積環(huán)境不斷轉(zhuǎn)換，沉積一套富含碳質(zhì)的碎屑巖和碳酸鹽巖，為該區(qū)及附近其他石墨礦床形成提供了初始礦源層。

（2）區(qū)域變質(zhì)作用，在經(jīng)歷了晉寧期、澄江期等多期次區(qū)域變質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中，富含碳質(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖在變質(zhì)作用過程中發(fā)生重結(jié)晶，碳質(zhì)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(qū)一帶形成諸多熱點(diǎn)，多期次巖漿巖侵入作用及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為石墨礦的形成提供了充足的熱動(dòng)力條件。由于溫度、壓力的升高，使碳酸鹽巖發(fā)生脫碳反應(yīng)，形成富含二氧化碳的流體沿構(gòu)造形成的裂隙運(yùn)移，在還原環(huán)境下轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)碳，在一定溫壓條件下變質(zhì)形成鱗片狀石墨礦物。早期區(qū)域變質(zhì)作用形成的石墨礦物也在此過程中進(jìn)一步變質(zhì)、重結(jié)晶形成較大片徑的晶質(zhì)石墨礦。

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

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