云南牟定县戌街晶质石墨矿特征及找矿标志

梁 刚，李灿清，杨 宇，骆怀鹏

(云南省核工业二○九地质大队，云南 昆明 650032)

矿区位于元谋变质核杂岩体南部，西邻滇中中生代红色盆地，东靠元谋-绿汁江深大断裂带。区内出露地层皆为元古界苴林群普登组。

1 矿区地质

1.1 矿区地层

据云南省地质矿产局第一地质大队(1987)，矿区出露地层皆为元古界苴林群普登组，可进一步划分为两个段，即第一段(Ptp1)和第二段(Ptp2)。其中第二段(Ptp2)为含矿岩系，总厚度为492.36m～925.88m。又可进一步细分为7个岩性层。各地层单元由新至老分述如下。

(1)普登组第二段第七层(Ptp2-7)：白云斜长片岩、二云斜长片岩及二云石英片岩，下部夹一层含有个体粗大的石榴石二云石英片岩，本段底部有一层稳定的厚度5m～10m的黄绿色斜长角闪片岩。作为与下伏地层的分界标志。尤以颜色鲜艳、变余微细层理颇为发育而异常醒目。本段固定碳含量约0.4%，厚82m～98m。

(2)普登组第二段第六层(Ptp2-6)：石墨白云石英片岩、石墨二云石英片岩、与含石墨的红柱石二云斜长片岩、斜长白云片岩等。该段是矿区的第二含矿层位，其间含1～2层工业矿体，厚度小、品位低、不稳定，仅局部可采，价值有限。单个矿体厚1.30m～7.75m，多数仅有1m～2m，固定碳品位仅有3%～4%。本段固定碳平均含量2.00%左右，厚2.34m～26.29m。

(3)普登组第二段第五层(Ptp2-5)：电气二云石英片岩、石榴二云石英片岩、斜长二云片岩、白云石英片岩。以常含有细微针状电气石和个体较大石榴石瘤状凸起为特征。本段与上覆地层接触关系清楚，固定碳平均含量0.4%左右，厚118.32m～230.37m。

(4)普登组第二段第四层(Ptp2-4)：富含高铝矿物-蓝晶石、矽线石、红柱石(同时出现)的白云石英片岩、斜长石英片岩、二云石英片岩。尤以蓝晶石呈眼球状、扁豆状顺片理方向富集分布为特征，构成下伏含矿层顶板的明显标志层。本段固定碳含量平均0.4%，厚18.73m～160.83m。

(5)普登组第二段第三层(Ptp2-3)：石墨白云石英片岩、石墨电气石英片岩间夹含石墨的二云石英片岩、白云石英片岩及斜长白云片岩。由矿区中部向两侧，石墨白云石英片岩逐渐被含石墨的各类片岩所替代成为夹层。此段为本矿区的主要含矿层位，本段以独特的颜色-刚灰色，染指，普遍含有少量(5%以下)红柱石、斜长石。矿体中特有的钠云母化、成层性好、片理发育为特征，厚33.08m～72.20m。

(6)普登组第二段第二层(Ptp2-2)：蓝晶白云石英片岩、白云石英片岩、斜长白云片岩。各类片岩中含少量铁铝石榴石、红柱石和蓝晶石。矽线石以呈针状集合体为特征。蓝晶石多成骸晶形式出现，由红柱石包含而成。本段顶部为富含米状蓝晶石的白云石英片岩。本段固定碳含量0.5%左右，厚70m～80.51m。

(7)普登组第二段第一层(Ptp2-1)：二云石英片岩、斜长二云石英片岩、下部夹斜长角闪片岩。斜长角闪片岩呈黄绿色，由于深浅矿物相间排列，显片状构造，常见绿帘石、阳起石(化)。此段与上覆地层呈渐变过渡，在宏观上色调截然不同，分界线之上为紫灰色，之下为褐黄色。本段固定碳含量平均0.3%左右。厚59.4m～166.67m。

(8)普登群第一段(Ptp1)：区内普登岩群下段出露不全，仅见其顶部层位，主要为灰黄色黑云二长片麻岩，间夹黑云片岩。片麻岩主要由石英(30%)、微斜长石(30%)、斜长石(20%)组成，副矿物有磷灰石、榍石、锆石、金红石、磁铁矿等。黑云母及暗黑矿物顺片理方向断续分布，与石英、微斜长石、斜长石等浅色矿物黑白相间排列，显示典型的片麻状构造，较发育。与上覆地层呈整合接触，接触关系清楚，厚度大于70.42m。

1.2 构造

牟定戌街石墨矿位于元谋变质核杂岩体南部，西邻滇中中生代红色盆地，东靠元谋-绿汁江深大断裂带。矿区主要构造为断裂，区内断裂一般规模较小，长数十至数百米。断裂性质以正断层为主，延伸方向斜切矿体(岩层)，在平面上表现为矿体两盘发生相对位移。区内断裂构造对矿体的破坏已基本查明，均为横(斜)穿矿体的走向断裂将矿体拦腰截断。虽然断裂使矿体产生位移，但就整体而言，所有矿体均较完整，破坏程度有限(图1)。

图1 牟定戌街石墨矿地质简图Fig 1.Geological Sketch Map of Xujie Graphite Deposit，Muoding1.普登组第一段；2.普登组第二段第一层；3.普登组第二段第二层；4.普登组第二段第三层；5.普登组第二段第四层；6.普登组第二段第五层；7.普登组第二段第六层；8.普登组第二段第七层；9.石墨矿体；10.正断层；11.勘查线；12.岩层产状

1.3 岩浆岩

矿区岩性主要为基性岩类，按岩性分两类

(1)辉绿岩(脉)：主要由辉石、普通角闪石、中基性斜长石及少量钛铁矿、磁铁矿、黑云母等组成，几乎全部变质成斜长绿泥片岩、斜长角闪透闪片岩、斜长绿泥黑云母片岩、绿泥斜长片岩等，但原岩灰绿结构在镜下仍然清晰可辨。

(2)煌斑岩类：按矿物成份不同细分主要为云斜煌岩，岩石矿物成份有斜长石(钠长石)、普通角闪石、黑云母、磁铁矿等。岩石皆已遭受变质成绿泥片岩、黑云绿泥片岩、绿泥斜长片岩等。镜下黄斑结构(全晶质板状、片状矿物交织共生)和煌绿结构仍然清楚保留着。

1.4 变质作用

(1)区域变质作用：矿区出露的变质岩层是元谋变质核杂岩体元古界普登岩群变质岩系的一部分。根据矿区所在区域地质背景、变质程度、岩石类型和变质矿物共生组合等特点，认为矿区出露的变质岩系和晶质石墨矿都是在(同期)区域变质作用下形成的。其变质程度已达中级变质阶段，其变质岩相属(斜长)角闪岩相(表1)。由于P(压力)和T(温度)条件不同可划入两个亚相：红柱石亚相出现在普登岩群下段(Ptp1)和普登组第二段(Ptp2)1～3层(Ptp2-1-Ptp2-3)；蓝晶石亚相出现在普登组第二段的4～7层(Ptp2-4-Ptp2-7)。

表1 戌街石墨矿区区域变质岩石类型及平衡共生矿物组合一览表Tab 1.Regional Metamorphic Rock Type and Equilibrium Paragenetic Mineral Assmblage of Xujie Graphite Orefield

(2)气-液变质作用：由于晋宁期姚兴村花岗岩结晶分异所析出的气水溶液、包括有益组分等，或变质作用过程中原岩脱水所形成的气液(变质热液)的影响，导致石墨白云石英片岩转化为石墨电气石石英片岩，电气石呈粗大柱状晶体，石墨晶片增大。在矿区西部有含钨石英脉产出和与其相伴出现的云英岩化。还偶尔见有含金、银硫化物石英脉，所有这些都可能是气-液变质作用的结果。

(3)动力变质作用：该变质作用局限于构造带上，主要是导致石墨碎化。除伴生有后生的绢云母、硅化(石英)细脉充填外，还有铁叶绿泥石和针铁矿相混杂的断层泥。石墨多呈填充物填于角砾间隙。

(4)退化变质作用：是矿区较为发育的一种低级变质作用。常见退化变质现象有：黑云母→浅色云母→绿泥石(伴有褐铁矿产出)；黑云母→蛭石；红柱石→绢云母→钠云母→含钒白云母及蓝晶石→红柱石四种。

2 矿体特征

2.1 矿体类型及特征

根据矿石自然类型将矿体划分为风化带矿体(Ⅰ-1矿体)和原生带矿体(Ⅱ-1矿体)。石墨矿石常年裸露地表及其以下50m左右为风化矿，风化矿以下为原生矿。总体上，两矿带之间是稳定并且连续产出，矿体在垂向上顺层平行产出，在平面上表现为一厚层状矿体(图2)。矿体厚度大，品位高，品位随厚度增大而升高，但并非完全呈直线正相关。

图2 牟定戌街石墨矿20号勘探线剖面图Fig 2.Section of Exploration Line 20 of Xujie Graphite Deposit，Muoding1.普登组第一段；2.普登组第二段第一层；3.普登组第二段第二层；4.普登组第二段第三层；5.普登组第二段第四层；6.普登组第二段第五层；7.普登组第二段第六层；8.普登组第二段第七层；9.风化矿体；10.原生矿体

Ⅰ-1矿体：呈层状-似层状，矿体产状与地层产状基本一致，总体走向北东 60°左右，矿体产状地表倾角缓，倾角35°～50°。矿体厚度沿走向、倾向变化不明显，单工程控制真厚度5.89m～40.52m，平均20.50m，厚度变化系数46.68%，属稳定型；单工程品位3.22～6.55×10-2，平均4.47×10-2，品位变化系数19.24%，属稳定型；控制矿体走向长1317m。

Ⅱ-1矿体：呈层状-似层状，顺层产出，连续性较好。矿体产状与地层产状基本一致，总体走向北东 60°左右，倾角50°～76°，往深部倾角变大。从已有工程控制来看，Ⅱ-1矿体厚度沿走向由矿区中间向两侧逐渐降低，厚度沿倾向有变薄的趋势，变化相对较小。单工程控制真厚度6.43m～117.99m，平均51.21m，矿体厚度变化系数61.32%，属较稳定型；单工程品位2.80～6.42×10-2，平均5.05×10-2，品位变化系数14.52%，属稳定型；控制矿体走向长1306m。

2.2 矿石类型及特征

2.2.1 按矿石矿物含量差别分两种：

(1)白云母石墨片岩：主要由白云母(15～20%)、石墨(20～25%)、石英(50～55%)三种矿物组成。矿石结构鳞片自形定向变晶结构为主，片状粒状变晶结构、压碎揉皱结构和嵌晶结构为次。矿石构造以片状构造为主，细纹状构造和角砾状构造为次。各矿体皆以此种矿石类型为主，约占矿石总量95%。

(2)石墨电气石英片岩：主要由石英(40～50%)、电气石(30～40%)、石墨(510%)组成。矿石结构以鳞片粒状变晶结构占绝对优势，其他类型的矿石结构少见。矿石构造属致密状型。以不具片状构造有别于石墨白云石英片岩。此类矿石常见于Ⅱ-1矿体 ，Ⅰ-1矿体中零星分布。

2.2.2 按矿石结构和矿石构造不同划分三种

(1)片状构造矿石：约占矿石总量90%以上，剥分性良好；

(2)角砾状矿石：约占矿石总量4%，剥分性差；

(3)致密块状矿石：约占矿石总量5%，难于剥分。

2.2.3 按矿石物理风化程度不同划分两种：

(1)风化矿石；

(2)原生矿石。

2.2.4 根据石墨结晶程度(片度)大小，选矿工艺和工业用途要求

根据石墨结晶程度(片度)大小，选矿工艺和工业用途要求，勘查区矿石工业类型属细鳞片晶质石墨矿。

2.3 石墨晶片特征及赋存状态

石墨呈铅灰色，染指、有滑感，具挠性，光洁度尚好。晶体呈微细鳞片状，{001}解理完全。一般结晶程度良好，多为自形晶(六方锥板晶等)，鳞片边界清楚，边缘平直，少数呈弯曲状态。在反射光下非均性强，双反射明显，具强吸收性。

石墨绝大部分呈单晶片、叠片连生或聚集体出现，嵌于石英、云母、电气石、斜长石等矿物晶柱间，多沿片理方向定向排列，有少数石墨分布在片理、劈理、次生缝合线或矿物裂隙间，还有极少数的石墨微细晶片被包嵌于石英、云母、褐铁矿、红柱石、电气石等矿物晶体内，给选矿带来困难。

2.4 石墨晶(鳞)片自然片度

根据石墨在反光显微镜下有明显强的非均性易于鉴别的特点，按石墨工业产品牌号分类，石墨片度以<0.147mm(>100目)为主，根据石墨结晶程度(片度)大小，选矿工艺和工业用途要求不同，矿区矿石工业类型属细鳞片状晶质石墨矿。

3 矿床成因

通过分析总结、类比研究，本矿区石墨矿成因类型属区域沉积-变质矿床，其主要依据如下

(1)该区处于扬子陆块区系(Ⅵ)、上扬子古陆块(Ⅵ-2)。据中国区域变质型石墨矿床分布规律，主要分布在古老地台、地块周缘，如黑龙江鸡西柳毛和萝北云山特大型石墨矿床分别位于佳木斯地块的南缘和北缘；内蒙古兴和、山东南墅特大型石墨矿床分别位于华北地台的北缘和东缘，在华北地台南缘还分布有河南鲁山背孜等一系列矿床；在扬子地台的西缘和北缘分布有四川攀枝花中坝、湖北宜昌三岔娅等典型矿床。

(2)区内含矿层赋存在较为稳定的普登组第二段第三层(Ptp2-3)含矿岩系层位内。矿体多呈似层状产出，矿体产状与地层产状基本一致。与戌街石墨矿属同一类型的伏龙基、红旗坝、姚兴村以及元谋金钢钻等多处，皆产与元谋-牟定变质岩区结晶片岩内。另外，对比国内其他区域变质成因的典型石墨矿床发现，矿体均呈似层状或透镜状产出。

(3)区内含矿岩系、含矿层及石墨矿体，成层性良好，变余层理极为发育，片岩中常见有变余砂状结构和变余沉积韵律构造，显示沉积岩的特征。变质岩中的副矿物如锆石、磷矿石、金红石、独居石等大部分属分选性好有明显的次圆形磨蚀边，具有沉积重砂的特点。

(4)变质矿物组合简单，具有富铝质粘土质沉积岩区域变质常见矿物(石英、斜长石、白云母、黑云母、绢云母、绿泥石)及特征矿物(蓝晶石、红柱石、矽线石、铁铝榴石等)。与中国区域变质型石墨矿床含矿建造的原岩性质一般为粘土-碳酸盐岩沉积这一结论相吻合(李超等，2015年)。

(5)据前人研究，区内广泛分布的含矿岩系普遍富含固定碳，平均接近1%，相当于地壳克拉克值10倍，无疑是形成石墨的矿源层。

(6)据李超等(2015年)的研究成果表明，区域变质形成的石墨矿床，其石墨的结晶程度及粒度大小与区域变质深浅有关，一般来讲，变质程度越高，石墨的鳞片粒度越大。区内石墨片粒度细微，与区域变质程度(中温-中低温)相吻合。

综上所述，该矿床形成机制是：石墨矿床原古地理环境可能为滨海相沉积区。除接受陆缘物质沉积外，并有大量原核生物(如蓝藻、微古植物等)繁殖与聚集，当其死亡，与上述陆缘碎屑物质堆积，被迅速掩埋地下，这些富含有机质的沉积物，经过区域变质作用，在中-低压、中温和还原条件下，促使原岩中有机质分解成为CO2，并在有限的空间范围(含矿层)内活化、迁移、富集，当温度缓慢下降后，则被还原、结晶成为石墨鳞片，化学反应式为：CH4+O2→C+2H2O。

4 找矿标志

经初步总结，戌街石墨矿的控矿因素与找矿标志主要为地层层位、变质矿物组合。

(1)地层标志：石墨矿床的成矿元素来源于区内地层，地层中C元素丰度越高，对成矿越为有利。区内普登组第二段第三层(Ptp2-3)含矿岩系无疑是形成石墨的矿源层。另外，区内含矿岩系赋存在较为稳定的区域变质岩含矿层位内，矿体多呈层状、似层状产出，矿体产状与地层产状基本一致。矿体厚度大品位高，连续性较好。

(2)变质矿物组合标志：矿区石墨矿床变质矿物组合简单，常见矿物(石英、斜长石、白云母、黑云母、绢云母、绿泥石)及特征矿物(蓝晶石、红柱石、矽线石、铁铝榴石等)，是寻找区域变质型石墨矿的矿物学标志。