新疆东准噶尔地区石墨矿成矿特征及成因探讨

彭素霞，陈向阳，陈隽璐，白建科，赵文川

(1.国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室,中国地质调查局西安地质调查中心,陕西 西安 710054； 2.武警黄金部队第五支队，陕西 西安 710100)

新疆东准噶尔地区是新疆金属矿产和能源矿产的重要成矿带。近几年，随着找矿方向的转变，寻找非金属矿产石墨取得了重大进展和突破，新发现孔可热石墨矿、达布逊石墨矿、黄羊山1号和2号石墨矿等多处大型、超大型石墨矿床，其层位稳定，厚度大，品位富，且露天易开采，已探(332)+(334)级工业晶质石墨固定碳矿物量达6 600万t，矿石远景储量超过3亿多吨，并达到优质级别。这改变了中国石墨矿“东多西少”的分布格局，同时改变和提升了中国石墨资源储量在世界的地位，其巨大的找矿成果和潜力得到广大地质工作者和学者的广泛关注。目前由于该区石墨矿整体研究程度和勘查程度较低，对区域成矿地质特征的认识还有待进一步深入研究。笔者通过对该区石墨典型矿床分析，讨论区域矿床地质特征和控矿地质条件，探讨区域石墨成因，为进一步石墨找矿工作提供依据。

1 区域成矿地质背景

新疆东准噶尔地区大地构造位于西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的结合部位。晚古生代时期，两大壳块在此汇聚、碰撞引发大规模强烈的褶皱造山运动，形成一系列洋壳、火山盆地、岩浆弧和增生杂岩带，使得本区地层复杂，构造强烈，岩性多样。

区域出露地层主要是泥盆—二叠系(图1)，广泛发育火山沉积岩系，并在大部分区域沉积了一套泥盆—石炭系海陆过渡相、浅海相碎屑岩，普遍夹多套含碳质泥岩或页岩。据相关资料详细记录(新疆地调院， 2014；中国地质大学(武汉)，2014；新疆地调院，2014)，泥盆—二叠纪东准地层中多发育有碳质层并夹有煤层，个别已有石墨化，有的地层中含鳞木等大量的植物化石和海相生物化石及放射虫等微古化石。由表1可见，中泥盆—下石炭统火山碎屑(沉积)岩建造为主要石墨赋矿层位。

区域断裂构造发育，3条大断裂呈北西西—南东东向自北向南依次展布。额尔齐斯-玛因鄂博断裂与断裂带以南的晚古生代构造单元走向平行。阿尔曼太断裂是由多条北西向受强烈挤压变形的小断裂组成。卡拉麦里-默钦乌拉断裂带控制了后碰撞造山期碱性花岗岩体侵位，造就了区域性与成矿有关的碱性花岗岩带(李锦轶，2004；冉秋成等，2015；唐卓等，2015)。

岩浆大规模侵入活动主要以华里西晚期泥盆—二叠纪为主，发育超基性、基性、中性、酸性和碱性侵入岩。其中，花岗岩类分布最广，侵入于泥盆系和石炭系中，侵入岩U-Pb年龄为265～416.8Ma，多分布于302～341.1Ma，即中晚石炭期。岩体中常含围岩捕掳体，普遍有不同程度的重融后混染壳源物质、使得露头上的颜色发生变化等同化混染作用特征(新疆地调院，2014；中国地质大学(武汉)，2014；新疆地调院，2014)。

变质作用有区域变质作用、接触交代变质作用、动力变质作用3种，主要发生在加里东、华力西2个构造旋回期，分布范围大。区域变质作用主要表现为下—中泥盆统岩石发生绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等低绿片岩相浅变质。接触交代变质作用主要也分布于下—中泥盆统中，属低级浅变质岩的大理岩、砾状大理岩、结晶灰岩，变质矿物多以中高温-低压种属为主，由岩浆热侵导致，也是本区形成石墨的主要变质作用之一。动力变质作用多发生在断裂带附近，表现出构造带中的原岩在不同应力影响下发生破碎、变形和重结晶作用，形成石墨等不同类型的动力变质岩石(李俊建等，2016；赵同阳等，2017)。

2 矿床地质特征

2.1 石墨矿床类型划分

石墨矿床按成因可划分为区域变质型、接触变质型和同化混染型3类。而这三类石墨矿床均属富有机质地层再造而成的后生矿床。东准地区石墨矿床主要为后两种类型，如达布逊石墨矿和孔可热石墨矿属于接触交代型，苏吉泉石墨矿和黄羊山1号、2号石墨矿则属于同化混染型。

2.2 代表性石墨矿床

2.2.1 青河县孔克热石墨矿床

孔可热石墨矿位于研究区阿尔曼太和卡拉麦里断裂带之间。出露地层主要为下石炭统姜巴斯套组(C1j)，为砂岩、粉砂岩及泥岩组成的滨海相含碳质碎屑岩建造，亦为石墨赋矿岩层，赋矿岩石为碳质板岩(图2)。地层受岩浆热力变质作用岩石呈现角岩化、褪色、蚀变及高温的锖色和板岩化等变质特征，变质岩的岩性组合为单一碳质板岩。矿区地质特质反映出引起变质的主导因素是热力变质作用，变质级属中-低温热力变质范畴，区域变质程度较浅。

1.前寒武系；2.寒武系；3.奥陶系；4.志留系；5.上志留—下泥盆统；6.泥盆系；7.上泥盆—下石炭统；8.石炭系；9.二叠系；10.三叠系；11.侏罗系；12.白垩系；13.侏罗系花岗岩；14.二叠系花岗岩；15.石炭系花岗岩；16.泥盆系花岗岩；17.志留系花岗岩；18.新生界；19.石墨矿位置及编号；20.断裂；21.地层界线；22.地名；①.萨尔布拉克石墨矿；②.科克库都克石墨矿；③.库拉比也南石墨矿; ④.富蕴县吉别克腾石墨矿;⑤.冬牧场石墨矿;⑥.阿拉托别石墨矿;⑦.哈依尔很石墨矿;⑧.塔斯喀克石墨矿;⑨.克音喀腊石墨矿;⑩.也斯克东石墨矿;.散得克石墨矿;.孔克热石墨矿; .达布逊石墨矿;.奇台县北塔山石墨矿;.黄羊山1号石墨矿床;.黄羊山2号石墨矿床;.苏吉泉石墨矿图1 东准噶尔地区区域地质简图及石墨矿床分布意图Fig.1 Regional geological map and the distribution of graphite deposits in Xinjiang eastern Junggar

矿床地质构造为阿尔曼太3号向斜，呈北东向出露于矿区南部一带，北东翼倾向南西，倾角为50°～85°；南西翼倾向北东，倾角为50°～70°，组成向斜核部地层为下石炭统姜巴斯套组(C1j)，即石墨矿体赋存位。

石墨矿体产于下石炭统姜巴斯套组(C1j)碳质板岩和泥质粉砂岩内，矿体与地层为整合接触，由泥质粉砂岩到碳质板岩到矿体为渐变过渡，多见植物化石碎片的沉积特征，在矿体边部及周围上下多有闪长玢岩岩体出露。矿体呈层状、似层状产出，主要集中于向斜核部及翼部，随地层产状而变化，并与石炭系中细粒斑状黑云母二长花岗岩、闪长岩、辉长岩等呈侵入接触(图3a)。

矿区内共圈出4条石墨矿化蚀变带，出露总长约2 600 m,宽约200 m。带内控制矿体出露最长580 m，控制矿体最大斜深400 m，地表单工程矿体最厚42.2 m，钻孔中最大控制厚度342.12 m。固定碳品位可达30.15×10-2，平均品位可达15.96×10-2。矿石类型属晶质(鳞片状)石墨矿(图3b、图3c)，单晶鳞片直径一般在0.001～0.2 mm，伴生有益有害成分简单，为中碳石墨产品。孔可热石墨矿床内蕴经济资源量及预测资源量(332)+(334)级工业晶质石墨固定碳矿物量达3 054.82万t。

表1 东准地区石墨矿分布一览表Tab.1 The graphite deposits of the eastern Junggar in Xinjiang

1.细砂岩; 2.含碳泥质粉砂岩; 3.碳质粉砂岩; 4.碳质板岩; 5.含碳质沉火山凝灰岩; 6.闪长玢岩;7.工业品位石墨矿体; 8.边界品位石墨矿体; 9.地层产状图2 孔克热石墨矿区地质剖面图Fig.2 Geological cross-section of Kongkere graphite deposit

2.2.2 黄羊山2号石墨矿床

黄羊山2号石墨矿位于研究区卡拉麦里岛弧带内，产出于晚石炭世侵位的黄羊山岩体内细粒黑云母碱长花岗岩和中细粒黑云角闪碱长花岗岩接触带。矿体出露长约1.1 km，宽200～580 m不等，产状外倾，地表倾角较缓，矿体与围岩接触面产状呈陡立状(图4)，激电测深显示深部矿体形态可能为近似直立的“筒状”。该石墨矿体地表分布范围与物探激电异常中显示高极化、低阻的叠加异常区域吻合度较高，异常强度较大。

1.2号石墨矿体；2.中细粒黑云角闪碱长花岗岩；3.细粒黑云母碱长花岗岩；4.花岗斑岩脉；5.细粒花岗岩脉；6.细粒斑状含石墨浸 染花岗岩；7.全新统洪冲积物图4 东准黄羊山2号石墨矿床地质简图Fig.4 Regional geological map of Huangyangshan 2 deposit in eastern Junggar

区内断裂构造发育，并具多期次活动的特点。其中，清水-苏吉泉断裂对区内碱性花岗岩的侵位和展布有明显的控制作用。

矿石类型以中细粒含石墨混染花岗岩为主，次为中粒石墨混染花岗岩和细粒斑状石墨混染花岗岩。石墨多以细鳞片状聚集成豆状、不规则细脉状、球状及球斑状构造镶嵌于花岗岩中(图5)。

石墨片径+100目(0.147 mm)平均在30%～35%，深部石墨片度明显高于地表石墨片度，石墨均以细鳞片为主，总体上略低于规范中+100目(0.147 mm)≥40%～60%的要求。地表和钻孔矿体固定碳平均品位为7.01%，满足现行石墨规范中工业品位固定碳含量为3%～8%的要求。该类石墨有序度好，石墨化程度高，且明显高于国内大部分石墨矿，为晶质(鳞片状)石墨矿，矿床评价(333)级工业晶质石墨固定碳远景矿物量2 100万t，规模为超大型石墨矿(张小林等，2017)。

3 控矿地质条件

3.1 控矿构造

东准地区构造活动强烈，石墨矿均发育在区域性或者主断裂附近，总体控制了石墨矿体的规模、形态、产状及分布，断裂附近往往形成规模较大的片理化构造和破碎带，是石墨的重要产区。具体来说，区域变质作用主要受华力西期构造运动影响，沿断裂形成宽度不等的低温动力变质带，对地层改造使其发生区域低温动力变质作用，为石墨的形成提供了热能和动力。

a.球状、豆状石墨；b.显微镜下片状石墨；c.钻孔中球状石墨；d.显微镜下条带状、针状结构图5 黄羊山2号同化混染型石墨矿床典型照片Fig.5 Field photos ofHuangyangshan 2 typical magmatic hydrotherrnaltype graphitedeposit

3.2 控矿地层

额尔齐斯-玛因鄂博断裂以南至阿尔曼太断裂的南侧，石墨矿产出于与华力西中期的中酸性侵入岩接触的泥盆纪和石炭纪地层中，其海陆过渡相含碳质砂岩、粉砂岩、泥岩或页岩是该区含矿地层，层位稳定 ( 白建科等，2014，2017；徐学义等，2014; 李振生等，2016)。华力西期大规模岩浆活动为有机碳变质转化成石墨提供了充足的热源。

3.3 控矿岩体

卡拉麦里-默钦乌拉断裂北侧发育大规模的晚石炭世碱性花岗岩和偏碱性的黑云母花岗岩，为该区同化混染型晶质石墨矿的赋矿岩石。石墨以球状、豆状和不规则脉状富集于不同期次花岗岩中。沿断裂分布的黄羊山岩体、喀腊夏特岩体、库布苏岩体、老鸦泉岩体、北塔山牧场岩体等碱性花岗岩体在空间上具有一定的相似性，均为同化混染型晶质石墨找矿的有利区域。

4 成因探讨

古生代整个东准噶尔地区处于壳体构造演化的发展阶段，尤其是晚古生代，古准噶尔洋壳向西伯利亚古陆俯冲、汇聚、碰撞，加之板块扩张、俯冲等引起大规模强烈的褶皱造山运动和岩浆活动，强烈的岛弧型火山喷发和花岗岩浆侵入活动形成陆缘岛弧及弧后盆地，断裂提供了变质动力和热源，使古生代火山沉积含碳地层发生大面积的区域变质作用叠加热流接触变质作用，为东准噶尔地区内生金属矿床及石墨等非金属矿床提供了必要的形成环境和重要的产出条件(梁培等，2017；刘家远，2001；王淑芳等，2013；张晓晖等，2002；赵浩等，2018；张栋等，2011)。

由于卡拉麦里断裂在石炭—二叠纪时期的活化发生剪切，造成多期中酸性岩浆侵位，并向碱性岩浆演化，从而使卡拉麦里-默钦乌拉大断裂以北地区出露大面积碱性花岗岩(图1)。早期中酸性岩浆上升过程中对石炭纪含碳有机质地层同化混染进行石墨化热变质改造，使得中酸性侵入体中发育不规则状、椭圆状碳质捕掳体及石墨捕掳体，晚期碱性花岗岩浆在热动力和重力作用下，对包裹其中的捕掳体再次作用，随温度降低后沉积就位(蔡雄飞等，2015；喻亨祥等，2001)。

总结东准噶尔地区石墨矿的成矿可分为3个阶段：①碳的初始富集阶段。准噶尔小洋盆随着区域构造演化反复拉张、闭合，大量浅-滨海相区域集聚了大量富含有机质的沉积，形成含碳地层或含煤地层。②碳的再富集阶段。东准地区进入造山阶段，由北向南一系列推覆运动形成一系列北西西向深大断裂及巨型的韧性剪切带，其中的区域构造演化提供了大量的区域变质条件，使得早先富集的碳在有利的成矿空间与环境中得到再次集中与富集，这也包含部分有机碳的分解与还原。③碳的富集成矿阶段。古生代，岩浆岩的侵入为矿床提供了巨量的热源与动能，在成矿有利地段使碳得到最终富集、净化与重结晶，在这一地区分为两种形式：a.在地层中，特别是韧性剪切带中，受到岩浆热的烘烤或重熔，石墨呈层状或透镜状原地就位，形成如达布逊、孔克热石墨矿；b.岩浆反复侵位过程中，捕获大量富含碳的地层或块体，混合析离结晶，在运移多层中在靠近岩体上部与边部形成球状石墨，在有利空间聚集成矿，如苏吉泉、黄羊山石墨矿(刘松柏等，2011)。

值得注意的是：由于断裂系统的反复活动，②、③阶段通常重叠或交替、反复出现，成矿流体也表现为多种来源，如岩浆热液、变质热液、地下水等等。因此矿床不仅仅局限于晶质石墨的成矿，往往伴随有与碳吸附有关的韧性剪切带型金矿，与碱性花岗岩有关的稀土、钨锡矿床等等。

5 结论

(1)东准噶尔地区石墨矿主要由额尔齐斯-玛因鄂博、阿尔曼太及卡拉麦里-默钦乌拉3大断裂控制分布和产出，其形成于志留—石炭纪，晚古生代含碳岩系地层是石墨成矿的重要物源。

(2)区域性的构造运动和岩浆活动引起大面积的区域变质作用和接触变质作用，从而形成准噶尔地块东缘被动陆缘接触变质型和同化混染型石墨成矿带。