江西棠陰—何源地區石墨礦地質特征及成因淺析

周先軍，陳立泉，劉春生，王廣友

（江西有色地質勘查一隊，江西 鷹潭 335003）

石墨由于特殊的結構而具有耐高溫性、抗熱震性、導電性、潤滑性、化學穩定性以及可塑性等眾多特性，廣泛的應用在冶金、機械、化學、電氣等眾多工業領域中。石墨礦用途的大小取決于它的結晶程度。江西棠陰—何源地區的石墨礦結晶程度高，晶型較大，具有很高的工業價值。然而目前尚未形成規模性的勘查與開發。本文通過系統收集區域地質資料、典型礦床資料，結合欽杭成礦帶贛東段找礦調研項目野外踏勘調研成果，系統總結了堂陰—河源地區石墨礦床地質特征，并對其成因進行了初步探討，為今后該地區尋找石墨礦床和引導石墨礦的礦業開發提供一些幫助。

1 地質背景

棠陰—何源地區位于撫州市南部，是江西省重要的石墨礦集區[1]，其大地構造位置位于華夏板塊東南造山帶武功山隆起、桃山—雩山隆起與武夷山隆起帶結合部位，成礦區劃屬武功山—饒南鈾鐵多金屬、非金屬成礦帶。區域上具有地層含礦性好，變質作用強烈，構造旋回發育，巖漿演化多階段多期次的特點，為石墨礦的形成創造了良好條件。目前已經勘查發現有峽山、灰山、南華山等多個石墨礦床(點)(圖1)。

1.1 地層

區內地層主要有新元古代青白口系周潭巖組、南華系萬源巖組、南華系洪山組、震旦系外管坑組以及中新生代地層。周潭巖組的巖性主要為片麻巖、變粒巖及二云片巖等；萬源巖組巖性主要為變粒巖、千枚巖及二云片巖；新元古代晚期沉積了一套以洪山組為代表的泥砂鐵質建造，為鐵礦的礦源層，主要巖性為二云片巖、二云石英片巖、磁鐵石英巖；晚震旦世海盆環境沉積了一套富含有機質的泥砂質建造，為石墨的礦源層，外管坑組呈北東向展布于棠陰—何源地區，一般構成區域復雜向斜的核部地層，主要巖性為夕線石二云母片巖、黑云母石英片巖、石墨石英片巖、石墨片巖、石墨石英巖等。

1.2 構造

區內經歷多旋回的構造運動，尤其是加里東運動以來多次的變形、變質作用和巖漿活動，在時空上有序演化、疊加、改造，各類構造行跡發育，形成了本區復雜的構造格架。

基底褶皺由周潭巖組、萬源巖組、洪山組、外管坑組構成，褶皺形態復雜，但層次比較清楚，空間分布有一定的組合規律。平面上多屬緊閉線狀褶皺，其樞紐的延伸方向主要為北東向、北西向及東西向。

斷裂構造主要為北東向、北北東向，局部見有北西向斷裂。北北東向的宜黃斷裂、南城斷裂活動時間最長，控制了陸相盆地的分布。

圖1 棠陰—何源區域地質略圖

不同階段的構造旋回和構造形變幕中，形成了相應的構造體系和構造形變，從而控制了不同的含礦沉積建造及區域成礦作用

1.3 巖漿巖

區域巖漿活動有加里東期、燕山期。加里東期的巖漿活動最為強烈，其熱力作用對成礦產生了影響。區內分布的花崗巖多呈巖株、巖基狀產出，以芙蓉山、棠陰、圳口、峽山等巖體規模較大，總體呈北東向帶狀展布，與區域構造線基本一致。花崗巖主要為兩類，一為變形(質)深成巖類，多屬準—近原地侵入—交代型巖體，其邊緣均受強力侵位剪切作用，往往交代作用形成長英質、硅質、花崗質斑塊或條帶，巖體邊緣混合巖化；另一類為原地的中深成型侵入花崗巖，巖性主要為酸性花崗巖，巖性有二云二長花崗巖、黑云母花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖等。

1.4 變質作用

區內變質巖以面型的區域變質巖、混合巖為主，其次有接觸變質巖和動力變質巖。變質程度北西淺—南東深，劃分為四個相，即低綠片巖相、高綠片巖相、低角閃巖相、高角閃巖相，呈北東—南西展布。本區位于北武夷—武功山混合巖化帶東段，系加里東期褶皺造山過程中巖體侵位或沿附近的剪切帶與圍巖發生變質、交代以及熔漿巖巖石片理注入，形成混合巖化變質巖—混合巖—邊緣混染型花崗巖巖石系列。變質作用與巖漿活動相輔相成，在巖漿上侵的過程中，其所產生的應力或攜帶流體介質，造成上部巖石的變質。

區域變質作用通過溫度壓力的改變、流體等介質的滲透，對區內的含鐵建造、含碳建造產生了直接的成礦作用。

圖2 峽山石墨礦地質簡圖

2 石墨礦地質特征

棠陰—何源地區石墨礦均賦存在震旦系外管坑組地層中[2]，受到沉積建造的嚴格控制，屬于區域變質晶質石墨礦[3-4]。礦床(點)多位于斷隆位置，礦體形態較復雜。局部受到巖體熱暈影響，石墨晶質增大、富集，而部分礦體則受到巖體的蠶食。眾多石墨礦床(點)中以峽山、南華山石墨礦規模較大，特征典型。

2.1 峽山石墨礦

峽山石墨礦位于金溪縣城北東20km，查明資源儲量270.8萬t[5]。其構造上位于新華夏構造系隆起拗陷褶皺帶的轉換部位，船形嶺向斜的北東翼(圖2)[3]。區域除奧陶、志留、泥盆及二疊系地層缺失外，其余均有出露，但主要為南華—震旦系的區域變質巖；區域斷裂構造有東西向、北東—北北東向及北西向為主；區域巖漿活動強烈，有加里東期以巖基、巖株、巖瘤產出的交代侵入體，其成礦作用表現不強，對石墨礦和變質鐵礦的富集成礦有一定的影響；有燕山期花崗巖侵入，伴隨多金屬礦化，但對震旦系外管坑組的含碳巖系未見有明顯的石墨化作用。礦層頂板為外管坑組石英片巖，底板為洪山組含鐵石英巖。

石墨礦層賦存于震旦系外管坑組下部石墨片巖段中，呈層狀、似層狀單斜產出，產狀與地層一致，走向NW-SE，傾向南西。主礦層與賦礦地層相對應，即由下往上為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦層。

Ⅰ礦層：賦存于下綠云母(含釩白云母)石墨片巖層中，由綠云母石墨片巖、云母石墨片巖組成，呈層狀產出。走向長度993m，傾向延深99～178m，平均147.0m；厚度29～133m，平均97.50m，變化系數25%；礦層傾角28～55°，平均37.7°。在傾向上局部礦層從淺部向深部有增厚主趨勢(與深部花崗巖脈發育有關)，而部分礦體有略變薄的趨勢(與深部礦層受花崗巖吞蝕有關)。

Ⅱ礦層：賦存于石墨石英片巖層中，由石墨石英片巖組成，呈似層狀、透鏡狀產出。走向長度450m，傾向延深12～120m，平均60m；厚度2～31.5m，平均10.75m，變化系數85%；礦層傾角20～59°，平均37.5°。礦層厚度變化較大，大多呈短軸透鏡體狀。

Ⅲ礦層：賦存于上綠云母石墨片巖層中，由綠云母石墨片巖、云母石墨片巖組成(沿走向相變為石英石墨片巖或為小透鏡體)，呈層狀產出。走向長度997m，傾向延深33～103m，平均74m；厚度41.5～122m，平均91.25m，變化系數33%；礦層傾角20～76°，平均41.5°。礦層厚度在傾向上淺部和深部變化穩定。

小礦體賦存于主礦層的頂板地層中，受層位制約，雖然多數小礦體在走向傾向上均被斷層破壞或為花崗巖所吞蝕，但仍顯示在橫向分布上具一定層位斷續再現的特征，多呈透鏡狀產出，沿傾向往深部往往急劇尖滅。

礦床石墨片度＞0.15mm的占34.33%～42.50%，以＜0.15mm占多數。礦床中單樣固定碳品位最高26.76%，最低0.61%，平均10.09%。其中Ⅰ礦層固定碳品位10.29%，Ⅱ礦層固定碳品位6.49%，Ⅲ礦層固定碳品位9.84%。礦床伴生V2O5與固定碳品位呈正相關，隨固定碳的富集而富集。

2.2 南華山石墨礦

南華山位于宜黃縣城東南直距11km處，礦區面積0.82m2。其構造上位于澤泉—店前倒轉向斜核部，出露地層為南華系洪山組含鐵建造、震旦系外管坑組含石墨建造[2]。受加里東期褶皺造山作用，區內地層發生強烈變形變質，晚志留世巖漿侵入，蠶食了部分礦層，同時造成區內地層的角巖化，一定程度上造成了石墨的再次富集。同時，巖漿期后氣液交代引起了圍巖矽線石化、絹云母化、綠泥石化、硅化、黃鐵礦化、方解石化、重晶石化、多金屬礦化等。

主礦層走向延長1km，斜深15～185m，礦體厚度1.1～25.6m。固定碳品位3.54%～20.68%，平均品位8.74%。初步估算固定碳資源量26萬t。富礦體固定碳含量14.11%，石墨片徑0.06～0.60mm(300～30目)，質地優良。石墨礦石根據所含石墨的晶型及其片徑大小可分為粗晶、細晶、硅質石墨礦三種自然類型。

粗晶石墨礦(又稱含釩綠云母石墨片巖)見圖3a，呈黑色、薄層狀，具鱗片花崗變晶結構，似片麻狀、褶曲片狀構造。石墨含量為40%～70%，單晶石墨片徑0.05～1mm；其他礦物主要有石英(20%～40%)、含釩綠云母(5%～10%)，次有長石、電氣石、黃鐵礦、金紅石、磷灰石、榍石等。

細晶石墨礦(含釩綠云母石墨石英片巖)見圖3b，呈灰—灰黑色，薄—中厚層狀，具鱗片花崗變晶結構，片狀構造。石墨含量為20%～40%，為細小鱗片狀、葉片狀集合體，單晶石墨片徑0.04～0.15mm，其他礦物為石英50%～70%、含釩綠云母5%及少量磷灰石、電氣石、金紅石等。

硅質石墨礦(石墨石英巖)見圖3c，灰—灰黃色，薄—中厚層狀，具不等粒花崗結構、花崗交代結構，片狀、片麻狀構造，石墨含量10%～20%。

石墨伴生的有益元素為釩，主要賦存于綠云母中，其V2O5品位達0.2%～0.5%。

圖3 南華山石墨礦石

3 石墨礦成因

石墨礦的成因包括碳質來源和成礦作用。關于碳質來源的問題，長期存在著有機碳和無機碳兩種觀點的爭論[6]。李超等[7]、鞏麗等[8]在總結我國石墨礦床成礦規律時發現，無論是區域變質型石墨礦床、接觸變質型石墨礦床，還是巖漿熱液型石墨礦床，由碳同位素顯示的成礦物質來源主要為沉積地層中的有機碳。區域變質型石墨礦，主要是由于富有機質地層經過變質作用成礦[9]，其形成與區域動力熱流變質或低溫動力變質有關。在區域變質過程中，原巖的有機質在還原條件下發生脫氫、脫氧反應，結晶成鱗片狀石墨，由于變質作用持續時間長、變質程度高，區域變質型礦床中的石墨往往結晶程度高，為鱗片狀晶質石墨礦床。

棠陰—何源地區的石墨礦賦存于震旦系外管坑組地層中，石墨結晶成鱗片狀，區域變質成因。其形成大致經歷了三個階段(圖4)。

(1) 碳質沉積階段：晚震旦世，棠陰—何源地區氣候條件溫暖濕潤，低等菌藻植物和海綿生物大量繁殖，有機質堆積較多，在特定的海盆沉積環境，導致水下障壁，環境閉塞，底水滯流。被搬運到水體中的原始植物，在堆積分解中，生成和逐漸增加H2S、CH4等氣體，使水體缺氧，有益厭氧菌生存、繁衍，進一步使水體呈還原環境。同時被分解出的有機碳，不易氧化成CO2氣體逸出，在地層中保存下來，形成了一套富含碳質泥砂質類復理石建造(石墨礦源層)。

(2) 變質變形成礦階段：加里東期揚子與華夏地塊再次拼接，華南陸殼固結。強烈的造山運動伴隨區域動熱變質作用，使巖石中的有機質產生一系列的分解反應，原巖中的碳質成為粒徑較大的鱗片晶質石墨，逐漸富集而形成礦層。本期變質作用的晚期，發生了混合花崗巖化和深成花崗巖的侵入，重熔交代作用使含礦巖系中的石墨鱗片增大，富化形成石墨礦，同時發生塑性流變。

(3) 改造保存階段：中新生代強烈的北東—北北東向斷隆、斷陷和大規模的巖漿活動，對石墨層的改造、破壞、保存產生極大的影響，多數地段的石墨層受到巖漿的蠶食，部分石墨層改變了原延展方向，保存于相對斷隆部位，礦層形態極為復雜。

此外，棠陰—何源地區的石墨礦層中多伴生釩礦。通過對峽山、南華山石墨礦石化學組分統計研究表明，釩礦已接近工業品位，且與固定碳呈明顯的正相關。關于釩的來源，一般來說，沉積巖中高的V2O5含量與海生生物的富集有關[9-10]。鞏麗等[8]認為釩的高含量一般出現在有機質堆積最多的地方。釩多賦存于綠云母中，形成于區域變質作用。由此可見，釩礦伴生于石墨礦，其最終形成也經歷了同樣的三個階段。

4 結論

棠陰—何源地區獨特的地層、構造、巖漿及變質作用為區域變質晶質石墨礦的形成創造了條件。從有機質的富集，加里東期的區域成礦，到中生代的改造保存，三個階段的演化造成了區內的石墨礦呈層狀、似層狀賦存于震旦系外管坑組中，保存于斷隆部位，并且多伴生釩礦。加里東期造山運動巖漿構造的演化直接對石墨礦的形成產生了影響，但是一定程度上巖漿活動也蠶食了建造中的石墨。中新生代的巖漿構造活動則對石墨礦的賦存格局產生了進一步的影響，造成了今日石墨礦之貌。