甘肃鹰咀山地区晶质石墨矿成矿模式及找矿预测模型

刘 力，陈 刚，陈彦文

(中国建筑材料工业地质勘查中心甘肃总队 甘肃 天水 741000)

1 成矿地质背景

鹰咀山地区大地构造位置处于塔里木板块—塔里木盆地(克拉通)—敦煌地块—敦煌基底杂岩南部，位于古亚洲成矿域—塔里木成矿省—敦煌成矿带—多坝沟—玉门成矿亚带上[1]，属于大陆造山带、地块与区域变质作用有关的蓝晶石、红柱石、石墨、菱镁矿、铁矿、铜矿成矿系列，中祁连山与古元古代区域变质作用有关的石墨、菱镁矿矿床成矿亚系列[2]。

2 矿床特征

2.1 成矿地质体

鹰咀山地区的白石头沟、梧桐沟、掉石沟、白台沟、干沟等地均已发现有晶质石墨矿体，赋存于古元古代—新太古代敦煌岩群二岩组中，岩性为二云石英片岩、黑云斜长片麻岩、局部石墨斜长片麻岩、夹有大理岩、斜长角闪岩。该地层为一套斜长角闪岩—黑云斜长变粒岩建造，其原岩建造为砂泥质—碳酸盐岩(基性火山岩)建造，原岩碳质较丰富，为晶质石墨矿床的形成提供了物质来源。

石墨矿体受沉积变质作用控制，产状与围岩完全一致，总体上呈似层状或透镜状产出，具层控特征。区内已圈定矿体42条，矿体长20～1 600m，厚度1.76 ～ 45.46m，固定碳含量 2.68% ～ 11.87%[3-4]。

赋矿岩石为石墨斜长片麻岩，灰色—灰白色，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，由斜长石(45%±)、石英(30%±)、绿泥石(5%±)、石墨(15%±)、金属矿物(5%±)等矿物组成。斜长石为粒状，已强烈的绢云母化，呈团状。石英为他形粒状，绿泥石为片状，石墨为晶质鳞片状。以上矿物相互掺杂，呈黑白相间的团带状显定向排列。金属矿物为土胶状褐铁矿零散分布于岩石之中。

2.2 成矿构造

区内构造运动强烈，褶皱及断裂均较发育。红柳峡—红井断裂带是区域主要的断裂构造，主要由发育在古元古代的北西西向斜冲断层组成。

从红柳峡到榆林河沿岸，广泛出露古元古代—新太古代敦煌岩群二岩组地层，构成敦煌复背斜的南翼。由西向东芦草沟向形、红柳峡南向形、红柳峡向形、红柳峡东向形、抱泉子南向形、科特勒乌苏北向形、独山子南向形、陶勒图南向形、陶勒图向形等向形相间分布，控制了多个矿体的形态和分布。

2.3 成矿作用

区内地层属于塔里木陆块变质域—敦煌陆块古元古—新太古代变质区—敦煌基底古元古—新太古代变质地带。经历了多期构造叠加和置换，在角闪岩相区域变质作用基础上叠加了热接触变质作用，形成了一套成层无序的变质程度极不均一的复杂变质岩系[5]。岩石类型复杂多样，主要为云母片岩类、长英质岩类、大理岩类和角闪质岩类，尤以长英质岩类分布较广。长英质岩类中富含的有机质在长期和复杂的区域变质作用和热接触变质作用的影响下，炭质运移富集、结晶生产形成鳞片状晶质石墨矿体。

2.4 地球物理特征

区内系统地采集了各种岩矿石的物性标本130块，并对其进行了电性参数的测量(表1)。从地表出露岩性看，工作区内主要分布区域变质作用形成的片麻岩及大理岩，低阻高极化石墨矿化异常主要分布在区域变质作用形成的片麻岩中。区域内含石墨矿石的电阻率值在1.5～2 200Ω·m、极化率值在1.12%～65.47%，呈明显的中低阻高极化现象。中低阻高极化异常主要由石墨片麻岩中石墨矿化的高导电性及均一性引起[6]。

表1 调查区岩矿石物性参数统计

3 成矿模式

鹰咀山地区晶质石墨矿成矿可分为三个阶段[7](图 1)。

(1)沉积成岩阶段：鹰咀山石墨矿的区域构造背景为古元古代—新太古代敦煌陆块活动大陆边缘，构造长期活动，此环境中富集发育的生物有机质经分解、泥炭化并固结沉积到砂泥质—碳酸盐岩地层。

(2)区域变质作用阶段[8]：在南北向挤压力应力的持续作用下，敦煌基底隆起，沉积地层发生强烈的褶皱及断裂构造，地层普遍遭受区域变质作用，使得原泥质类岩石、碳酸盐类岩组成矿物重结晶生长变大或生成新的矿物，并伴随强烈片理化、碎裂化；同时原岩中的有机碳质随之结晶石墨化，并且沿片理、裂隙运移、富集，形成石墨矿雏形。

(3)混合岩化或热接触变质阶段[9]：石墨化地层在混合岩化过程中发生石墨的重结晶作用，使石墨的片径增大。上地壳的中、酸性深源岩浆岩以岩株形式大量侵入基底地层，同时带来大量的热源以及对围岩产生极大的压力；受高温、高压的影响，围岩基底地层产生热接触变质作用，石墨晶体进一步重结晶生长变大，形成晶质石墨矿床。

图1 鹰咀山石墨矿成矿模式图

4 找矿预测模型

4.1 预测要素分析

(1)成矿地质体：肃北县鹰咀山一带晶质石墨矿为区域变质型矿床，石墨矿完全受地层分布控制，即成矿地质体为古元古代—新太古代敦煌岩群二岩组。

(2)控矿构造：肃北县鹰咀山一带石墨矿赋存于敦煌复背斜的南翼，区内发育的断裂和褶皱促使了石墨矿形态的改造，控制了多个矿体的分布。后期古生代花岗岩和闪长岩的侵入，为石墨晶体提供了热源，促进了其进一步生长。

(3)成矿作用特征：敦煌岩群二岩组建造为砂泥质—碳酸盐岩(基性火山岩)建造，原岩碳质较丰富，受到区域变质作用，在混合岩化过程中形成了一套成层无序的变质程度极不均一的复杂变质岩系。长英质岩类中富含的有机质在长期和复杂的区域变质作用和热接触变质作用的影响下，炭质运移富集、结晶生长形成鳞片状晶质石墨矿床。

4.2 预测要素分类

归纳总结区内预测要素，并根据重要性程度将预测要素划分为必要、重要、次要三类，形成预测要素一览表(表2)。必要要素指在预测时必不可少的要素。重要要素在预测工作中可以据此确定预测区的具体空间范围，预测资源量，但并不决定预测区能否存在的要素。次要要素对划分预测区类别有一定作用，能增加预测区可信度，但不能据此估算资源量、确定空间范围。

4.3 找矿预测模型

在分析肃北县鹰咀山一带晶质石墨矿成矿地质体(古元古代—新太古代敦煌岩群二岩组)、成矿构造(敦煌复背斜的南翼)和成矿作用(区域变质)基础上，以剖面图形式表示预测要素内容及相关关系，重点分析预测要素，以低阻高级化率异常为该区有效的物探标志，建立了本区地质找矿和物探综合信息“三位一体”晶质石墨矿找矿预测模型[10](图2)。

表2 鹰咀山石墨矿预测要素一览

5 结语

甘肃鹰咀山地区具有良好的石墨矿成矿地质条件，通过分析该区成矿地质体、成矿构造、成矿作用，认为区内晶质石墨矿成矿经历了沉积成岩、区域变质作用、混合岩化或热接触变质三个阶段，总结了该区的石墨矿成矿模式，初步建立该区晶质石墨矿“三位一体”找矿预测模型，对后期开展同类地区晶质石墨找矿具有积极的指导作用，以期取得更好的找矿效果和更大的找矿成果。

图2 鹰咀山石墨矿找矿预测模型