湖北興山周家灣石墨礦地質特征及找礦前景探討

摘要：石墨是我國不可或缺的重要戰略資源，其中湖北省宜昌地區石墨礦以大鱗片著稱，興山縣周家灣石墨礦大地構造位置為揚子陸塊、揚子克拉通基底、黃陵基底之黃陵背斜核北部之圈椅埫穹隆東翼。石墨礦賦存于水月寺（巖）群富鋁質片巖大理巖組下端上亞段，主要巖性為黑云斜長片麻巖，為沉積變質型礦床。礦區內三個礦體，均呈似層狀產出，厚度2.00m～26.73m，礦體固定碳平均品位7.48%，礦石質量沿走向變化穩定，沿傾向逐漸變貧。片徑>100目占比81.71%，礦石為優良的鱗片狀晶質石墨礦。本文總結了周家灣石墨礦地質特征及礦床成因，為礦區深部及外圍找礦勘查提供地質依據。

關鍵詞：黃陵背斜；石墨礦；地質特征；成礦機理；找礦潛力

引言

石墨是碳的一種同素異形體，化學性質穩定，具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱震、強度大、韌性好、自潤滑強度高、導熱、導電性能好等特有的物理化學性能，廣泛應用于冶金、機械、電子、化工、輕工、軍工、國防、航天及耐火材料等行業（劉丹丹，2016），是當今高新技術發展必不可少的非金屬材料。中國的石墨礦資源儲量占世界第一位，其中晶質石墨礦物資源儲量4.73×10⁸t，隱晶質石墨礦資源儲量近億噸。我國石墨成形地質條件好、分布廣泛，儲量大、質量好，是我國有優勢的礦產之一（尹麗文，2011）。周家灣石墨礦位于宜昌市夷陵區樟村坪鎮犁耳坪村境內，東距三岔埡石墨礦區約3km，霧殷公路途經礦區西南側，其與S312省道相連，經此省道可直達弘洋水運碼頭，運距約90km，交通較為便利。通過對周家灣石墨礦的地質特征總結并分析其找礦潛力，對該地區石墨找礦有重要指導意義。

1.區域地質背景

黃陵斷穹位于湖北省宜昌市北部，大地構造位置為揚子陸塊、揚子克拉通基底、黃陵基底（田成勝等，2019）。斷穹呈橢圓形穹隆型式，周緣為斷裂圍割（湖北省區域地質志[M]，2006）。斷穹核部出露中太古代至新元古代各類表殼巖（李福喜和聶學武，1987）和變質深成侵入巖。

周家灣石墨礦大地構造位置處于黃陵斷穹（黃陵背斜）核北部之圈椅埫穹隆東翼。地層區劃為楊子區八面山分區黃陵小區（圖1）。區域出露地層為上太古界—下元古界水月寺（巖）群中的變質巖系（魏國安等，2011）、（邱鳳等，2015）、（劉圣德等，2015），從原始沉積物來看，下部為片麻巖變粒巖（巖）組的原巖為火山沉凝灰巖。中部富鋁質片巖大理巖（巖）組、石墨片麻巖含鐵巖（巖）組、石墨片麻巖片巖鈣硅酸鹽巖（巖）組的原巖為含碳富鋁泥質巖、泥砂質巖、石英砂巖和碳酸鹽巖。上部黑云斜長—二長片麻巖（巖）組的原巖為火山沉凝灰巖。反映了水月寺巖（巖）群在早期和晚期均處于火山噴發活動為主的不穩定構造環境。而在中期（火山噴發活動間歇期），海相沉積發育，沉積環境穩定，從而形成了水月寺巖（巖）群中的上下兩套孔茲巖系（Bhatia M R，1983），分別為石墨片麻巖片巖鈣硅酸鹽巖（巖）組和富鋁質片巖大理巖（巖）組。上孔茲巖系石墨片麻巖片巖鈣硅酸鹽巖（巖）組的韻律性差，沉積厚度小，一般含有石墨；下孔茲巖系富鋁質片巖大理巖（巖）組韻律性好，沉積厚度大，石墨富集較上孔茲巖系集中，形成區內重要的石墨工業礦層（邱鳳等，2015）。本礦區礦體即賦存于下孔茲巖系富鋁質片巖大理巖（巖）組中。

混合巖化普遍出現于水月寺巖（巖）群深變質巖中，其發生于區域變質作用之后，常見一些交代現象。混合巖化作用會使區內石墨晶片增大，但品位降低（易承生等，2019）。

區域斷裂構造較發育，以圈椅埫穹隆為核心，北西向以鐵路埡斷層及東坪斷層為代表，北西西向以樟村坪斷層為代表，北東向以界嶺河斷層及大埡斷層為代表。以上斷層錯綜復雜，互相改造，為多期活動的產物。其中，穹隆周緣的富鋁質片巖大理巖（巖）組中，柔性巖層圍繞穹隆出現花邊狀，變形蟲狀次級褶皺，這些次級褶皺的軸部和轉折端，往往是石墨再富集的有利地段（顏玲亞等，2018）。

區域巖漿巖以侵入巖為主，從超基性到酸性以至偏堿性巖類均有發育。成巖時期可分為五臺旋回和楊子旋回。其中，出露的五臺旋回第四期偏堿性巖建造的圈椅埫鉀長花崗巖體、及五臺旋回第二期基性巖建造的輝長輝綠巖體，不同程度地破壞了礦體走向上的連續性。

2.礦區地質特征

2.1地層

富鋁質片巖大理巖（巖）組下段原巖由一套含炭富鋁泥質巖、泥砂質巖、石英砂巖和不純碳酸鹽巖組成。該層變質相屬高角閃巖相，劃分為兩個亞段。下亞段主要巖性為黑云斜長片麻巖、二長斜長片麻巖夾石榴石，該層長英質注入式混合巖化脈體發育。上亞段為礦區石墨含礦巖系，主要巖性為黑云斜長片麻巖，下部夾一層0～20m厚的透鏡狀白色石英巖，中部夾大理巖及石墨片巖，上部白色煙色石英團塊發育。黑云斜長片麻巖中長英質注入式混合巖化脈體發育，大理巖中蛇紋石化發育，在其兩側均形成混合花崗巖。該層產出3個石墨礦體，編號依次為Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號（湖北省興山縣周家灣礦區石墨礦普查報告，2017）。

富鋁質片巖大理巖（巖）組上段主要巖性為黑云斜長片麻巖及云母片巖互層夾二長均質混合巖，局部含矽線石、偶見十字石。變質相屬高角閃巖相，后期混合巖化強烈。

2.2構造

礦區位于揚子準地臺上揚子臺坪鄂中褶斷區黃陵斷穹北部的圈椅埫穹隆東翼，總體為傾向南東的單斜構造，∠40°～70°。礦區內發育一條走向北西西向的正斷層（F1），斷層對礦體的形態、產狀無影響。

2.3巖漿巖

礦區出露的巖漿巖是五臺旋回第二期的殷家坪巖體，其侵入富鋁質片巖大理巖（巖）組，主要為基性的輝綠巖，空間上呈巖墻產出，平面上偶見樹枝狀分叉，并在分叉末端尖滅。出露長約650m，寬10m～60m，總體走向為北西—南東，傾向北東或南西，傾角陡，局部近直立。該輝綠巖脈主要對Ⅱ號礦體起切割作用，破壞了其走向上的連續性。

2.4變質巖及變質作用

礦區內廣泛分布的水月寺（巖）群變質巖屬中—低壓相系區域熱流動力變質作用類型，其經歷長期區域動熱變質作用、混合巖化作用和不同期次構造活動疊加，形成復雜的變質巖類。根據變質巖石的組合特征及巖石的穩定礦物共生組合，反映礦區巖石的原巖主要由一套淺海相沉積的含碳泥砂質巖及碳酸鹽巖組成（易承生，2017），可劃分為兩個變質相：低角閃巖相和高角閃巖相—低麻粒巖相。礦區石墨礦成礦變質作用主要為區域沉積變質作用，變質向為高角閃巖相（張杰等，2020）。含碳泥巖或泥沙巖經多期次區域變質作用、構造的疊加及混合巖化作用，形成極為復雜的變質雜巖，其中形成的石墨片巖及含石墨黑云斜長片麻巖構成石墨的賦礦巖石。

2.5混合巖化作用

礦區位于圈椅埫鉀長花崗巖體邊緣，受花崗巖巖漿和伴生的堿質流體的滲透、注入和交代，使本區混合巖化作用較為普遍，其中混合花崗巖（γm）是變質巖與巖漿巖之間的過渡巖類，可能兼具變質巖與巖漿巖的地質特征。混合巖化對礦石類型、品位、石墨粒度有明顯的控礦作用，使礦石品位變貧，石墨片徑常發生次生加大，并致使礦層在縱向、橫向上礦石類型的不均一和不穩定性，給礦層對比帶來困難（廖宗明等，2019）。

3.礦床地質特征

3.1礦體特征

3.2礦石特征

3.2.1礦石類型

礦區石墨礦分為石墨片巖（圖3）、含石墨黑云斜長片麻巖（圖4）兩個自然類型。

石墨片巖：總體呈金屬光澤，鉛灰色，鱗片變晶結構，片狀構造為主且連續平行排列，局部為片麻狀、眼球狀構造。鱗片片徑0.1mm～2.4mm，鱗片常被扭曲彎折。主要礦物：石英（20%～50%）、絹云母及長石（15%～35%）、石墨（15%～45%）；次要礦物：黑云母、白云母、電氣石、黃鐵礦及次生褐鐵礦、綠泥石、綠簾石、鋯石及金紅石。其中石墨與絹云母等片狀礦物緊密共生。混合巖化作用較弱，長英質脈體較少，一般<10%，呈細小脈紋隨片理彎曲。

石墨黑云斜長片麻巖：總體呈金屬光澤，鉛灰色，鱗片粒狀變晶結構，片麻狀構造。石墨呈鱗片狀，大小不一，片徑0.1mm～2.4mm，主要由石英（20%～55%）、黑云母（25%～65%）、絹云母（10%～16%）、石墨、長石（少量）、白云母及次生鐵組成，其中石墨與片狀礦物緊密共生；混合巖化作用較石墨片巖富礦石強烈，呈長英質細脈沿片麻理注入，脈體比例一般占20%～40%。

礦區礦石工業類型為晶質石墨礦。經片徑統計：>100目占比81.71%，礦石為優良的鱗片狀晶質石墨礦，詳見表2。

3.2.2礦石化學成分

通過組合分析，石墨礦石化學分成整體較穩定，除Ⅲ號礦體固定碳低于Ⅰ、Ⅱ號礦體外其他主要化學成分接近，詳見表3。

4.成礦機理分析

4.1成礦地質構造背景

周家灣石墨礦為大地構造位置處于揚子準地臺上揚子臺坪鄂中褶斷區黃陵斷穹（黃陵背斜）核北部之圈椅埫穹隆東翼。在早元古代時期，陸核形成后，處于相對穩定的陸緣海沉積盆地邊緣，接受了富含有機質碳質（楊連濤，2019）的陸源碎屑沉積和碳酸鹽巖沉積，沉積環境以海陸交互或以瀉湖相為主。經過區域變質作用后以鈣、堿性侵入巖侵入，使沉積物質發生高角閃巖相及局部的麻粒巖相的變質作用。所以本區礦床為沉積變質型礦床。

4.2成礦階段劃分

本區礦層賦存于上太古界—下元古界水月寺（巖）群富鋁質片巖大理巖（巖）群富鋁質片巖、片麻巖夾含碳酸鹽巖巖組中。原巖為富有機質的粘土質、泥質、粉砂質和碳酸鹽巖系列。建造類型為濕潤的前海陸棚沉積環境；成礦作用為中高級變質作用；褶皺構造作用因巖層的能干性差異導致能干性強的含石墨軟弱巖層在碳酸鹽巖等能干性差的地方變厚增大，石墨也相應的富集成礦；多期次不同類型的巖漿侵入及構造應力等產生的混合巖化作用使石墨的片度變大，品位降低，因而本區產出大鱗片低品位的晶質石墨礦。按照其形成過程可分為三個階段：1沉積作用階段；2區域變質成礦作用階段；3混合巖化作用階段。

5.結論

通過區域地質背景分析及周家灣石墨礦的地質特征、成礦機理分析，黃陵背斜周邊具有很高的找礦前景。其中已發現的石墨礦床有三岔埡、二郎廟、譚家溝、東沖河等。

5.1大地構造位置處于黃陵背斜，地層為太古界—下元古界水月寺（巖）群富鋁質片巖大理巖（巖）群富鋁質片巖、片麻巖夾含碳酸鹽巖巖組中，出露有古老的角閃巖相及麻粒巖相變質巖區，由片巖、片麻巖、大理巖變粒巖等組成的變質巖系，為石墨礦賦存層位。

5.2石墨礦的形成除沉積作用和變質作用外，構造作用亦有很大的控礦關聯，區域褶皺的轉折端高溫低壓條件下的變質巖層、碳酸鹽巖為石墨的形成提供地質條件，多期次不同類型的巖漿（輝綠巖體）的侵蝕作用和動力作用，為石墨礦的形成提供了溫度和動力作用（贠正利，2018），使石墨的片度變大，所以大鱗片晶質石墨礦常富集于區域轉折端及巖體侵入部位。

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