柴达木盆地西北缘交通社石墨矿矿床地质特征及成因研究

张灵桧

(青海省第五地质勘查院，青海 西宁 810000)

晶质石墨具有导电、导热、耐高温、化学性质稳定、润滑、可塑等性能，被广泛用于化工、核工业、冶金、航天、军工等领域，是我国重要的战略性矿产资源。我国已发现的大型石墨矿床主要集中于黑龙江、内蒙古等地。近年来在柴达木盆地西北缘阿尔金山地区陆续发现多处晶质石墨矿床(点)，如黑长梁山石墨矿化点、大通沟南山石墨矿床、黄矿山北晶质石墨矿点，希果拉晶质石墨矿床等[3-7]。交通社石墨矿床位于柴达木盆地西北缘阿尔金山地区，经历多期造山运动，区内岩浆活动强烈，断裂、褶皱发育、岩石变质程度较深，成矿条件优越。以往前人在该地区工作多偏重于有色金属、贵金属及盐类、天然气等矿床的探寻，并根据不同的成矿地质条件划分出了不同的成矿区带[1-2](图1)。本文立足于石墨矿床，总结其成矿地质条件、矿床地质特征及蚀变特征、矿床成因，对柴达木盆地西北缘地区石墨矿成矿规律的研究、找矿和勘查工作具有一定指导作用。

图1 柴周缘成矿区带划分及石墨矿床(点)分布图[2]

1 区域成矿地质背景

研究区位于柴达木盆地西北缘，海西州茫崖市冷湖镇西120km处。大地构造位于柴达木陆块，为柴达木后造山前陆盆地盖覆且由元古界结晶岩系和岩浆岩系组成的块体[8]。区内断裂、褶皱构造较为发育，岩浆活动强烈，超基性—中酸性侵入岩广泛分布，侵入时代主要为海西期、印支期。侵入岩从超基性—酸性均有出露，以中酸性侵入岩较为发育。本区属柴达木地层区中的柴达木北缘地层分区，地层主体为古元古界达肯大坂岩群，少量出露中侏罗统及新近系，山体边缘及沟谷区均为新生代第四系陆相沉积(图2)。

图2 柴达木盆地西北缘区域地质简图

该地区属于柴北缘变质带的产物，变质岩分布范围广、变质程度较深，达角闪岩相。变质作用以区域变质作用、动力变质作用和接触变质作用为主，其中以区域变质岩出露面积最大，主要分布于黄矿山、盐场北山、俄博梁北山一带；接触变质岩主要分布在侵入岩周围；动力变质岩主要分布在断裂带中。根据我国已有石墨矿床成因及工业类型，可将石墨矿床划分为区域变质型、接触变质型和岩浆热液型三大类[9]，而区域变质型晶质石墨矿床分布最为广泛、最具工业价值[10]。本文所研究的交通社石墨矿床赋存于古元古界达肯大板岩群变质地层中，与区域变质作用密切相关。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层相对单一，主要为大面积分布的古元古界达肯大坂岩群上岩组(图3)。其次为下侏罗统大煤沟组，第四系广泛分布于沟谷、阶地及山间宽谷平滩上。

图3 交通社石墨矿区地质图

达肯大坂岩群上岩组为一套高级变质岩系。由两个岩段组成，分别为片麻岩段及大理岩段。片麻岩段在矿区内大面积分布，总体呈近北西—南东向展布。岩性主要为一套深变质的黑云斜长片麻岩、花岗片麻岩、黑云斜长角闪岩及二云母片岩等组成。大理岩段少量分布于矿区西北部及中南部，石墨矿化带及石墨矿体均赋存于该套地层中。岩性主要为大理岩、含石墨大理岩、石英岩、石英片岩，含石墨石英片岩等中高级变质岩系。大理岩中片理化强烈。受后期变质变形作用，加之受区域阿尔金断裂作用的影响，岩石中片理多扭曲变形，小型揉皱较发育，局部较破碎，地层中沿节理及脆弱部位侵入大量不同时期的中酸性岩脉。地层总体走向为近南北向。大理岩以褐铁矿化大理岩、含石墨大理岩为主。

下侏罗统大煤沟组出露于矿区中部，呈北西—南东向展布，岩性主要为砾岩、含石墨砾岩及粉砂质泥岩等，与古元古界达肯大坂岩群上岩组接触关系为角度不整合接触，该组地层中含有较多的石墨矿化，可能为沉积变质而形成。

第四系极为发育，分布广泛，主要分布于山前冲洪积扇带及山间沟谷，成因类型单一，沉积方式主要为风积。

2.2 构造

矿区内断裂构造较发育，发现主要断裂构造3条，即北西向、近东西向及北东向断裂，以北西向断裂为区内主要的控矿构造。

北西向断裂F1：位于矿区的东北部，长度5.40km，向东延伸出矿区外，宽1～3m，产状35°～60°∠65°～85°，为高角度正断层。断裂带内岩石破碎多呈棱角状、碎片状，局部呈粉末状。岩性主要为碎裂岩化花岗片麻岩、褐铁矿化石英片岩及褐铁矿化碎裂岩。

近东西向断裂F2：位于矿区的东北部，长0.60km，宽1～3m，产状173°～185°∠65°～ 75°，性质为正断层。

北东向断裂F3：位于矿区南部，长3.60km，向南延伸出矿区外，宽2～5m，产状300°～ 330°∠55°～75°，性质为右行走滑断层。地表以明显的负地形、密集的片理化带及强褐铁矿化杂色条带状蚀变破碎带形式呈现。断裂带内岩石破碎，多呈碎块状及碎片状，局部呈粉末状，具褐铁矿化、绢云母化及硅化，岩性以褐铁矿化花岗片麻岩为主。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩以脉岩为主，主要为闪长岩脉、闪长玢岩、花岗岩脉及石英脉等。中酸性脉岩最为发育，主要分布在达肯大坂岩群地层中，多呈北西向、近东西向及近南北向展布，沿岩石片理、节理等构造薄弱部位侵入，其规模一般较小。

3 矿体地质特征

矿区内石墨矿体多产于古元古界达肯大坂岩群含石墨石英片岩、含石墨石英岩内，呈层状、似层状或透镜状，倾角陡—中等。矿石类型主要为石墨片岩、石墨石英岩等。通过在矿区内开展地质勘查工作，共划分出石墨矿化带7条，编号依次为SM1～SM7；并在石墨矿化带内圈定出石墨矿体4条，编号依次为S1～S4(表1 )，存于古元古界达肯大坂岩群含石墨石英片岩中。石墨矿化带、石墨矿体总体呈北西向展布，长0.60～2.00km，宽20～50m，岩性以含石墨石英片岩、含石墨大理岩层、含石墨石英岩、含石墨砾岩为主，带内石墨矿化、褐铁矿化、硅化较发育。

表1 交通社石墨矿区矿(化)体特征

石墨矿体长200～570m，真厚度2.55～16.29m，固定碳品位2.30%～5.15%，片径大小约0.02～0.20mm(长径)。

S1石墨矿体，矿体呈北西西向延伸，矿体呈层状、似层状，形态简单。矿体产状为 36°∠63°。矿体在地表表现出分枝复合现象。矿体真厚度5.39m，平均品位 3.16%，长度为460m。

S2石墨矿体，矿体呈北北西向展布，矿体呈层状、似层状，形态简单。矿体产状为 85°∠50°。矿体真厚度3.98m，平均品位2.49%，长度为200m。

S3石墨矿体，矿体呈北西西向展布，矿体呈层状、似层状。矿体产状为210°∠47°。矿体在地表表现出分枝复合现象。矿体真厚度16.29m，平均品位4.89%，长度为570m。

S4石墨矿体，矿体呈北西西向展布，矿体呈层状、似层状，形态简单。矿体产状为215°∠45°。矿体真厚度8.71m，平均品位 2.53%，长度为200m。

4 矿石特征

4.1 矿物组成及结构构造

矿石矿物主要为石墨，含量一般4%～11%；局部含少量钛铁矿。石墨呈墨黑色，半金属光泽；镜下可见为鳞片状、叶片状，片径长一般0.01～0.10mm，以0.20mm以上的中粒级晶片少量，大部分为细粒及晶粒。石墨晶片多依长轴方向断续定向排列(图4)。

图4 石墨矿石矿物镜下照片

石墨矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构、片麻状构造、片状变晶结构，片状构造。

4.2 石墨晶粒粒度

区内圈定的石墨矿体品级均为晶质石墨(片径＞0.001mm)，少部分为正目石墨(片径＞0.147mm)，大量为细粒级(0.2mm＜片径＞0.02mm)。石墨镜下特征：目估含量50%～70%，片径大小约0.02～0.2mm(长径)，棕黄色，片状，强非均质性，主要沿岩石片理定向排列。

4.3 矿石质量

矿石中石墨鳞片具弯曲变形现象，呈半定向排列不均匀分布在各类脉石矿物之间，长轴方向与岩石构造方向一致，局部呈不规则状集合体。石墨呈浸染状分布在石英等脉石矿物颗粒之间，这种石墨结晶好，粒度相对较粗，呈鳞片状、叶片状，沿着岩石片理分布，具备定向分布特征，石墨品位变化较大，局部呈揉皱状，为后期构造作用所造成。

根据光片鉴定结果统计，矿石中晶质石墨片粒径在0.01～0.147mm(＜100目)的石墨占总体石墨含量的30%～40%，粒径在0.147～0.175mm(100～80目)的石墨占总体石墨含量的10%～20%，粒径在0.175～0.287mm(80～50目)的石墨占总体石墨含量的10%～20%，粒径大于0.287mm(＞50目)的石墨占总体石墨含量的20%。所以，交通社地区的晶质石墨品质为优级。

交通社石墨矿石具有镁铝低硅钙高的特征，一般不同石墨矿床中矿石铁、硫、磷等有害杂质的含量不同，有害杂质的含量为Fe2O3为3%～10%，S为1%～4%，P2O5为0.02%～0.55%，交通社石墨矿床矿石中有害杂质含量不高，且通过选矿工艺后即可脱除。

4.4 脉石矿物成分

脉石矿物主要为石英，黑云母，少量斜长石，矿物特征如下。

(1)石英多呈细粒粒状，少量呈柱状，粒度0.02～0.38mm，具波状消光变形结构部分颗粒依长轴方向定向排列，部分杂乱分布。

(2)黑云母呈细鳞片状，深棕褐色，带淡绿色色调，片长0.01～0.10mm；见一组极完全解理，解理具弯曲现象；晶片多包含矿石矿物。

(3)斜长石呈细粒粒状，灰白色，杂乱分布于石英、云母之间。

4.5 围岩蚀变特征

4.5.1 矿体围岩

石墨矿体主要赋存于古元古界达肯大坂岩群变质地层中，含矿岩性主要为含石墨石英片岩、含石墨石英岩，矿体主要受地层控制。围岩主要为花岗片麻岩、大理岩及石英岩。围岩与矿体界线清晰，呈整合接触关系。

4.5.2 蚀变类型

矿区内与石墨矿化关系密切的蚀变主要以石墨矿化、硅化、褐铁矿化为主，碳酸盐化次之。

(1)石墨矿化：主要是地层中有机质经过岩浆活动及变质作用而形成的矿化蚀变。呈灰黑—铅灰色，细小鳞片状及粉末状分布，污手，具有滑腻感。蚀变与石墨矿成矿关系密切，是寻找石墨矿的直接找矿标志。

(2)硅化：是矿区内最主要的蚀变类型之一，蚀变强弱不等、分布广。多呈不规则细脉状及网脉状集合体分布于含矿岩石中。

(3)褐铁矿化：是矿区内分布较广泛的一种蚀变，为金属硫化物氧化而成。呈黄褐色至红褐色，呈浸染状、粉末状分布岩石裂隙及表面中。

(4)碳酸盐化：该蚀变多见于破碎带中，呈细小网脉状分布，质软，地表常表现为粉末状，其色调多为灰白色。常与硅化、褐铁矿化等相伴生。

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

石墨矿床由富有机质的泥沙质等物质沉积经变质作用形成，需要具备两个条件：地层沉积时富含有大量有机质、沉积地层发生强烈的变质作用[11]。

交通社石墨矿床产于柴达木盆地西北缘，阿尔金断裂带内，区内断裂构造发育，岩浆活动强烈，产出构造背景多为大地构造隆起区的构造—岩浆活动带，矿体受动力和热变质作用的影响较为明显。主要赋矿层位为古元古界达肯大坂岩群变质岩地层，古元古界达肯大坂岩群岩性主要为黑云斜长片麻岩、石英岩、石英片岩、透辉石大理岩夹斜长角闪岩等，原岩岩性主要为杂砂岩、泥质岩、碳酸盐岩、基性、中基性火山岩等，沉积物物源为陆源沉积，形成环境为滨海、浅海的古沉积环境[12]。该套岩系富含有机质在变质作用下有利于形成石墨矿。另外，研究区广泛发育中酸性侵入岩体，也为石墨矿床的形成提供了良好的变质作用和热力条件。

达肯大坂岩群中富含有机碳的碳酸盐在沉积过程中，有机碳质发生初步富集。区域变质作用使有机碳重结晶转变为晶质石墨，石墨矿体多呈层状、似层状、透镜状展布，产状与围岩基本一致。后期经过混合岩化作用，以及海西期、印支期岩浆岩侵入活动对早期石墨矿床进行改造、破坏，晶质石墨进一步富集形成片径较大的鳞片状、叶状晶质石墨，储存于达肯大坂岩群石英片岩、石英岩的构造裂隙中，最终形成了可利用的晶质石墨矿床[13]。因此，矿床成因类型为区域变质型加接触变质型矿床。

综合所述，研究区内石墨矿床的形成可能经历了以下三个阶段：①沉积成岩阶段：含有机碳的海相碳酸盐岩沉积地层进行初步沉积；②区域变质作用阶段：含碳质的沉积岩在区域变质作用过程中，碳质组分自组织、重结晶汇聚，形成含石墨大理岩不同品级的石墨矿床；③构造—岩浆叠加热变质作用阶段：部分石墨矿床受到破坏，表现为石墨矿体及围岩破碎、变形、松散，或石墨矿化体沿构造裂隙分布。部分石墨矿床在经过断裂构造和岩浆活动双重作用下再度发生重结晶，提高了石墨矿石的品质。

5.2 找矿标志

(1)地层标志：交通社石墨矿体产于古元古界达肯大坂岩群变质地层中，因此，这套变质岩地层可作为晶质石墨矿床的直接找矿标志。

(2)岩性标志：交通社石墨矿体主要赋存于古元古界达肯大坂岩群变质地层中，含矿岩性主要为含石墨石英片岩、含石墨石英岩，矿体主要受地层控制。矿体与岩石的变质程度相关，变质程度越高，品位越高。

(3)构造标志：受构造—岩浆活动的改造，晶质石墨矿体主要沿构造薄弱裂隙面或张性构造界面分布。因此，大型断裂构造、次级断层、褶皱、走滑构造等，以及侵入岩与大理岩的接触带均可作为寻找石墨矿床的重要构造标志。

(4)矿化标志：矿化标志呈灰黑—铅灰色，细小鳞片状及粉末状分布，污手，具有滑腻感，石墨矿化是寻找石墨矿的直接找矿标志。

6 结论

(1)石墨矿位于柴达木盆地西北缘阿尔金山地区，区内构造发育、岩浆活动强烈。

(2)石墨矿床受地层控制明显，矿体产于古元古界达肯大坂岩群变质岩地层中，后期经过混合岩化作用，海西期、印支期岩浆活动对早期石墨矿床进行改造、破坏，晶质石墨进一步富集，增大至可利用的石墨矿床，为区域变质型加接触变质型石墨矿床。

(3)本区地层、岩性、构造和矿化蚀变标志明显，有助于本区及周边地区新的石墨矿点发现。

(4)本区成矿地质背景较好，成矿条件有利，石墨矿找矿潜力巨大，在已发现的7条石墨矿化带基础上开展进一步深部钻探验证，有望发现较大规模的矿床。