福建煤系石墨与晶质石墨地质特征及成因分析

程 乔，陈泉霖，张书光，林子华，潘 潘，丁正云，邓瑞锦，江晓龙

（1.福建省煤田地质勘查院，福建福州 350005；2.福建省煤田地质非常规能源调查研究院，福建福州 350005；3.福建省煤田地质局，福建福州 350005；4.中化地质矿山总局福建地质勘查院，福建福州 350013；5.广东省有色金属地质局九三五队，广东惠州 516001）

0 引言

石墨按其结晶形态可以分为隐晶质石墨和晶质石墨，福建由于构造活动强烈，岩浆活动活跃导致地层中既有隐晶质（煤系）石墨产出，又有晶质石墨产出。近几年来，福建省开展了一系列石墨勘查或调查，对煤系石墨和无烟煤鉴别提出科学划分标准，估算了福建省煤系石墨资源量［1-4］；福建省武夷山市桃棋-建阳岭根墙地区晶质石墨矿资源远景调查成果丰富［5-7］，桃棋、岭根墙矿区矿床规模达中型。

1 煤系石墨矿床特征

1.1 煤系石墨分布概况

中二叠统童子岩组是福建最重要的含煤层位，所赋存的煤炭资源占全省煤炭资源总量的98%。以该组煤层为矿源层，受印支运动、燕山运动以及燕山期岩浆活动等多因素影响煤变质程度较高，发生石墨化形成煤系石墨［8-9］。依据福建省富煤带划分情况，福建煤系石墨主要分布于三个含煤带的四大煤田：西含煤带的将乐-武平煤田，中含煤带的永安-大田煤田及龙岩-永定煤田，东含煤带的永春-尤溪煤田。在此基础上，王路、陈泉霖等划分出了大田-漳平与永安-安溪两条煤系石墨成矿区带［8］。

1.2 煤系石墨地质特征

福建煤系石墨由煤演化而成，为接触变质成矿，主要赋存于中二叠统童子岩组（P2t）中，与煤共生。其固定碳含量一般为55%～94%，挥发分含量一般为1.47%～7.22%，属于同层异矿，相对较薄，可选性差。宏观上既有无烟煤典型的原生条带结构也有石墨典型的鳞片结构。前人将福建地区煤系石墨样品从宏观上大致分为三种类型：第一类，构造变形强烈的鳞片状煤，样品多较脆且易碎，光泽以半亮—光亮为主，层面存在构造光亮面，其裂隙发育较少，层间联系较弱，易破碎，煤体具整体变形和揉皱现象；第二类，构造变形稍强的碎粒-碎裂煤，样品易碎成小块，光泽以半暗—半亮为主，可见构造光亮面；第三类，未经构造变形的原生结构煤，原生条带结构明显，断口清晰，偶见构造光亮面［1］。陈义林等于永安煤田煤系石墨中发现了目前全球范围内直径最大的碳洋葱（外径55nm），具重要经济意义［10］。

1.3 典型煤系石墨矿区概况

通过福建省煤系石墨赋存规律及资源评价项目调查，大田-漳平煤系石墨成矿区带内漳平可坑矿区煤系石墨结晶程度好，石墨化程度较高，在福建地区具有一定的典型代表性［3］。

漳平可坑石墨矿位于福建省漳平市，处于华南褶皱带东部，闽西南拗陷西南部，区域断裂带政和-大浦断裂带西侧，区域主构造线方向为北北东向。矿区范围内无岩浆岩出露，矿区周边构造岩浆活动强烈，岩浆岩较发育，总体呈北东向展布，其分布主要受区域构造控制，构成复式岩体，具有多阶段、多期次活动特点。矿区内地层呈单斜层状产出，石墨矿体赋存于中二叠统童子岩组含煤地层（图1）。根据中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室对漳平可坑矿区11 件煤系石墨样品进行工业分析（FCad、Vdaf）、X 射线衍射分析及拉曼光谱分析，矿区煤系石墨固定碳含量为57.18%～84.85%，固定碳平均品位为76.05%；挥发分（Vdaf）为2.85%～6.65%，平均挥发分（Vdaf）4.60%，达到了煤系石墨的工业品位（表1）。同时X 射线衍射分析结果表明碳层间距d002介于0.336 1～0.340 7nm，拉曼参数R2介于0.343～0.510，结合王路、曹代勇、邓瑞锦等提出的不同类型煤-煤成石墨划分模板，有4 件样品为Ⅰ类煤成石墨（碳层间距0.335 4nm＜d002≤0.337nm，拉曼参数R2≤0.65），7 件样品为Ⅱ1 类煤成半石墨（碳层间距0.337nm＜d002≤0.344nm，拉曼参数R2≤0.70）［4，10-12］。

表1 可坑矿区煤系石墨样品分析结果Table 1 Sample analysis complete list of coal-based graphite in Kekeng mining area

图1 可坑矿区地质简图与采样点（据参考文献［3］修改）Figure 1 Geological sketch and sampling locations of Kekeng mining area（modified from reference［3］）

2 晶质石墨矿床特征

2.1 晶质石墨分布概况

福建晶质石墨赋存于古元古界麻源岩群大金山岩组（Pt1d），该岩组以含晶质石墨为特征［13］。大金山岩组（Pt1d）从武夷山至建阳断续分布，自20 世纪70年代以来，该区断续发现石墨矿床（点）。林子华、潘潘等在福建省武夷山市桃棋-建阳岭根墙地区开展晶质石墨矿资源远景调查工作，提交了2 处大型晶质石墨矿产地［5-7］。

2.2 晶质石墨地质特征

古元古界麻源岩群大金山岩组（Pt1d）原岩为一套基性火山岩含有机质的砂泥质碎屑建造，岩性主要为硅线石英黑云片岩、硅线石黑云石英片岩、长石石英黑云片岩、长石黑云石英片岩、黑云斜长变粒岩，夹晶质石墨矿层［7］。早期区域变质作用使大金山岩组（Pt1d）中的有机质富集形成鳞片状晶质石墨，后期经岩浆活动以及混合岩化作用等，区内石墨进一步富集呈大鳞片石墨，属于矿化过程中碳质迁移和富集成矿［6］。矿石矿物成分主要为鳞片状晶质石墨，脉石矿物主要为片状黑云母、粒状石英、粒状长石、针状纤维状矽线石以及少量黄铁矿等，矿石类型为石墨片岩型矿石、石墨变粒岩型矿石、石墨混合岩型矿石三种。武夷山-建阳地区晶质石墨固定碳含量一般在2.5%～8.0%，厚度变化较大，从几米到几十米不等，可选性好。

2.3 典型晶质石墨矿区概况

武夷山市桃棋矿区经过晶质石墨矿资源远景调查及后续详查工作基本查明了矿体的空间分布、规模、形态、产状以及矿石的质量特征等，提交了石墨矿资源量两千多万吨，矿物量七十多万吨，矿床规模达中型，在福建地区具有一定的典型代表性［6］。

桃棋矿区位于武夷山市桃棋村，矿区内石墨矿体赋存于大金山岩组石墨片岩、石墨变粒岩、石墨混合岩层位中，矿体呈层状、似层状产出。共有4个含矿层（Ⅰ—Ⅳ号矿层），圈定了24个石墨矿体（图2），矿体长150～1 000 m，厚2.0～44.2m；矿体走向总体为北东向（10°～30°），个别矿体30°～60°，倾向为南东或北西向，倾角为13°～43°。矿石矿物成分主要为鳞片状晶质石墨，脉石矿物主要为片状黑云母、粒状石英、粒状长石、针状纤维状矽线石及少量石榴子石、黄铁矿等［6-7］。鳞片状晶质石墨是铅灰（黑）色—钢灰色，半自形鳞片状，不透光，反射光铅灰色，大部分矿物呈浸染状均匀分布，少部分沿裂隙充填，浸染状赋存状态呈单晶鳞片形式嵌布在其他矿物晶粒间或被长石、石英、黑云母矿物包裹（呈包含结构），鳞片有弯曲。片径为0.04～1.80mm，以0.2～0.6 mm 为主，片径＞0.147 mm（100目）占比92.4%，为大鳞片石墨［6］。

图2 桃棋矿区地质简图（据参考文献［6］修改）Figure 2 Geological sketch of Taoqi graphite mine（modified from reference［6］）

3 成矿原因分析

3.1 隐晶质石墨成矿原因分析

煤系石墨是岩浆热和构造应力共同作用的产物，在构造-热的共同作用下，煤向石墨的演化才得以发生［3］。岩浆岩是煤层变质为隐晶质石墨的主要热源，岩浆热叠加动力变质，促进了煤中有机质结构的演化，煤的石墨化程度高，煤层石墨化较完全。

福建地区岩浆侵入的规模和强度自西向东逐渐增大，燕山期中—晚期强烈的岩浆侵入活动主要分布于中、东部含煤带中，西含煤带中煤层受岩浆热作用的影响较弱，煤的石墨化程度较差，以高变质无烟煤为主［4］，而石墨化程度较高的Ⅰ类（碳层间距0.335 4nm＜d002≤0.337nm，拉曼参数R2≤0.65）和Ⅱ1类（碳层间距0.337nm＜d002≤0.344nm，拉曼参数R2≤0.70）主要分布在中、东含煤带。复杂的构造活动，尤其是政和-大埔断裂带和永安-晋江断裂带的形成，导致煤的石墨化程度出现更多的差异性，同时形成了不同的成矿模式。中含煤带南块段的漳平-永定煤田内构造运动以滑覆构造为主，多形成封闭式成矿模式，此模式下煤的石墨化程度较高，典型矿区如漳平可坑矿区；中含煤带北块段永安-大田煤田及东含煤带德化-安溪煤田内构造运动以推覆构造运动为主，多形成开放—半封闭式成矿模式，在该成矿模式下形成煤的石墨化程度差异性较大，分布有石墨化无烟煤-石墨；西含煤带邵武-连城煤田内受构造、岩浆活动较弱，常构成开放式成矿环境，此模式下多为高变质无烟煤，仅在岩脉附近煤的石墨化程度较高。因此，福建煤系石墨主要赋存于闽西南坳陷带内。

3.2 晶质石墨成矿原因分析

区域变质型晶质石墨矿床是我国主要的石墨矿床工业类型［14］，成矿过程受到构造运动、有机质富集程度、变质作用深度、后期混合岩化作用等诸多因素叠加影响。福建地区晶质石墨矿床成因属区域变质型（沉积变质（后期改造））型，大金山岩组富含石墨片岩类或变粒岩类是本区寻找石墨矿床的重要标志［6］，主要赋存于闽北老变质岩地区。

福建省晶质石墨矿床赋存于古元古界麻源岩群大金山岩组上岩段的变质岩系中，该变质岩类原岩为一套基性火山岩-有机质砂泥质碎屑岩建造［6］，吕梁期区域变质作用使碳质重结晶形成石墨；晋宁期—加里东期的多次区域变质作用致使石墨矿进一步富集；加里东期岩浆作用和混合岩化作用导致石墨矿层厚度较大且石墨鳞片变大［6-7］。

4 结论

1）福建隐晶质石墨主要赋存于中二叠统童子岩组（P2t）内，成因属于接触变质型。其固定碳含量一般为55%～94%，与煤共生，属于同层异矿，相对较薄，可选性差，宏观上既有无烟煤典型的原生条带结构也有石墨典型的鳞片结构。福建地区受燕山期中—晚期强烈的岩浆侵入活动影响，以及复杂的构造活动，使中含煤带南块段的漳平-永定煤田内煤的石墨化程度较高，中含煤带北块段永安-大田煤田及东部含煤带内煤的石墨化程度差异较大，西部含煤带多为高变质无烟煤，仅在岩脉附近煤的石墨化程度较高。

2）福建晶质石墨赋存在古元古界麻源岩群大金山岩组（Pt1d），成因属于区域变质型。其固定碳含量一般在2.5%～8.0%，矿体厚度变化较大，从几米到几十米不等，可选性好。吕梁期区域变质作用使大金山岩组的变质岩系碳质重结晶形成石墨；晋宁期—加里东期的多次区域变质作用致使石墨矿进一步富集；加里东期岩浆作用和混合岩化作用导致石墨矿层厚度较大且石墨鳞片变大。

3）福建煤系石墨主要赋存于闽西南坳陷带内，中条带是寻找煤系石墨的主要方向；晶质石墨主要赋存于闽北老变质岩地区，老变质岩地层是寻找晶质石墨的主要层位。

4）永安煤田煤系石墨中首次发现了碳洋葱（外径55nm），为福建煤系石墨开发利用提供了重要价值取向。