湖北广水—红安一带晶质石墨成矿地质特征及成因探讨

王书春，王 翔

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北 武汉 430034)

晶质石墨为我国战略性非金属矿产之一，在新兴产业主要用于新一代信息技术、新能源及高端制造领域等，对支撑战略性新兴产业发展及制造强国的实现具有重要的作用[1]。广水—红安一带地处大别山地区，为湖北省晶质石墨分布区之一[2]，该地区先后开展了广水市芦花湾石墨矿普查、大别山西段晶质石墨矿资源调查评价工作，共发现芦花湾、七角山等6处晶质石墨矿床(点)，规模较小，目前均未开发利用。本文对该地区已发现晶质石墨矿床(点)的成矿地质特征、地球物理特征进行总结，探讨了矿床成因，为后期在该地区开展找矿工作提供参考。

1 成矿地质背景

广水—红安一带大地构造位置处于高桥—浠水断裂西部，一、二、三级构造单元分别为秦岭—大别造山带、桐柏—大别构造带及桐柏构造亚带[3]，成矿区带位于桐柏—大别石墨成矿带[4]。区域上地层出露从老至新为晚太古—早元古代桐柏山岩群(Ar3-Pt1t)，中元古代红安岩群黄麦岭组下段(Pt2h1)、上段(Pt2h2)，天台山组(Pt2t)，七角山组下段(Pt2q1)、上段(Pt2q2)及第四系(Q)，主要为区域变质岩，变质相以绿片岩相、绿帘角闪岩相及低角闪岩相为主[5]。黄麦岭组下段(Pt2h1)及七角山组下段(Pt2q1)为石墨含矿层位，其中黄麦岭组下段主要出露于广水北部，七角山组下段主要出露于广水—红安东部。区域构造较发育，变质作用强烈，主要为一系列的褶皱、断层及韧性剪切带。岩浆岩一般发育，主要分布于广水北部、红安西部(图1)。

图1 广水—红安区域地质简图

2 矿床地质特征

广水—红安一带有两个石墨含矿层位。一个含矿层位为中元古代红安岩群黄麦岭组下段(Pt2h1)，已发现有芦花湾晶质石墨矿床及扬九冲晶质石墨矿点[6-7]；另一含矿层位为中元古代红安岩群七角山组下段(Pt2q1)，已发现有七角山、静居庵、陈家岗、陈家湾晶质石墨矿点[7](表1)。

2.1 芦花湾矿床

芦花湾矿床位于广水北部，矿区出露地层主要为中元古代红安岩群黄麦岭组下段(Pt2h1)，由下而上依次分为2个亚段，其中第二亚段(Pt2h1-2)为石墨含矿岩系[6]，为一套白云钠长片麻岩夹钠长角闪岩、白云石大理岩建造，变质相为中压低角闪岩相。矿区北部出露少量燕山晚期花岗斑岩脉，局部见混合岩化。矿区主体构造为桂花树湾倒转背斜，背斜轴向北东东，轴面向南东倾斜，南东翼地层产状正常，北西翼地层倒转；其次北西向断裂较发育，断裂倾向北东，在桂花树湾倒转背斜的核部见北西向断裂被近东西向断裂错开。石墨矿体赋存于黄麦岭岩组下段第二亚段(Pt2h1-2)底部，主要分布在桂花树湾倒转背斜转折端及两翼，在平面上呈北东东向凸出弧形展布，部分矿体被北西向或近东西向断裂错开，且矿体在其转折端部位厚度明显增大，向两翼厚度逐渐变薄以至尖灭(图2)。自上而下分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个矿层，共17个矿体，多呈层状或透镜体状，倾角20～65°，沿走向延伸100～1 600m，倾向延伸50～300m，厚度一般3～10m，规模大小不等(图2)。其中Ⅱ-5、Ⅲ-8、Ⅲ-9为主矿体，约占矿区石墨矿资源储量的96%，其特征见表2。

表2 芦花湾矿床主矿体特征一览表

图2 芦花湾矿区地质简图

矿石自然类型以石墨片岩型为主，其次为含石墨二云钠长片岩。矿石结构主要为显微鳞片状、鳞片状、他形—自形粒状结构；矿石构造主要为片状构造，少数具稀疏浸染状构造[6]。主要由石墨、石英、云母、钠长石、黄铁矿等矿物组成。固定碳含量一般在3.01%～5.94%，石墨片径一般在0.001～0.03mm，为小鳞片晶质石墨。

2.2 七角山矿点

七角山矿点位于红安县西南部，矿区由东向西依次出露为中元古代红安岩群天台山组(Pt2t)、七角山组下段第一亚段(Pt2q1-1)、七角山组下段第二亚段(Pt2q1-2)、七角山组上段(Pt2q2)，七角山组下段第一亚段(Pt2q1-1)为石墨含矿岩系[7](图3)，为一套白云石英片岩夹钠长角闪岩、大理岩建造，变质相为中—高压绿片岩相。区内岩浆岩不甚发育，仅在西北部出露少量晋宁期基性侵入岩(Pt3ν)。七角山组底部发育一韧性剪切带，韧性剪切作用较强烈。矿体赋存于七角山组下段第一亚段(Pt2q1-1)中部，位于底部韧性剪切带附近，共2个矿体，呈层状分布，倾向236～245°，倾角56～60°，地表出露厚度3～6m，走向延伸1 200m，根据地球物理特征，沿倾向推测延伸大于100m。

图3 七角山矿区地质简图

矿石自然类型为含石墨白云石英片岩，矿石呈黑色、灰黑色，鳞片粒状变晶结构，片状构造。主要由石英、白云母、石墨等矿物组成，含有少量褐铁矿[7]。固定碳含量一般在2.5%～5.24%，石墨片径一般在0.002～0.05mm。

3 地球物理特征

通过对区内矿体及围岩相关的岩石电性参数测量，石墨矿体呈低电阻率和高极化的电性特征[8-9]，自然电位负异常，围岩相对则相反，两者之间电性参数差异显著。在芦花湾、七角山、静居庵、陈家岗、扬九冲、陈家湾矿区晶质石墨矿勘查过程中分别采用了自然电场法、时间域激发极化法，并在物探异常强烈地带采用山地工程进行异常查证，发现了石墨的矿体，取得了较好的找矿效果(表3、图4)。

图4 广水—红安一带晶质石墨矿体及围岩地球物理特征

表3 广水—红安一带晶质石墨矿体及围岩地球物理特征一览表

4 成因探讨

4.1 控矿因素

石墨矿赋存于中元古代红安岩群黄麦岭组下段(Pt2h1)或七角山组下段(Pt2q1)的片岩中，矿体呈层状、透镜状，围岩为片麻岩、片岩或大理岩，与矿体呈渐变过渡关系，其严格受地层控制；含矿层均为中元古代地层，区域上位于桐柏构造亚带，构造较发育，经历了长期的区域变质作用，矿区韧性剪切带、褶皱较发育或附近侵入燕山晚期岩体，进一步叠加动力变质作用、接触变质作用；石墨矿体主要分布于褶皱的核部或近核两翼、岩体或韧性剪切带附近。

4.2 成矿物质来源

石墨的成矿物质来源主要为原岩中碳质成分。含矿层黄麦岭组下段(Pt2h1)主要岩性为二云钠长片麻岩、白云钠长片麻岩夹斜长角闪岩、变粒岩、石墨片岩、含石墨二云钠长片岩、黑云斜长片麻岩，其底部一般发育为薄层白云质大理岩；另一含矿层七角山组下段(Pt2q1)主要岩性为白云钠长片麻岩、含石墨白云石英片岩、白云石英片岩、白云片岩、含石榴白云钠长片麻岩等，其下部一般发育长透镜状、似层状方解石大理岩；两个含矿层原岩均为一套富含有机质的砂泥质、粘土质、半粘土质及泥灰质富镁碳酸盐的陆源沉积岩，可为石墨成矿提供碳质来源[10-13]。

4.3 成矿机制

综合分析认为本区石墨矿床成因类型为区域变质型矿床，成矿阶段分为以下两个阶段。

(1)沉积成岩阶段：中元古代在浅海稳定的沉积环境中，富含有机质的砂泥质、半粘土质、粘土质及泥灰质富镁碳酸盐形成有序的沉积，在成岩过程中有机质发生分解、迁移，使碳质成分发生相对富集，出现某些含碳成分较高的岩段[14]。

(2)区域变质作用阶段：在区域变质作用下，叠加动力变质作用、接触变质作用，使原岩中的碳质组分发生自组织和重结晶作用，并相对集中，形成晶质石墨矿。此外，本区变质相以绿片岩相、绿帘角闪岩相及低角闪岩相为主，变质程度不高是造成石墨鳞片较小的根本原因。

5 结论

(1)广水—红安一带晶质石墨矿体严格受地层控制，含矿层为中元古代红安岩群黄麦岭组下段(Pt2h1)、七角山组下段(Pt2q1)，岩性主要为片麻岩、片岩及大理岩类，其原岩为一套富含有机碳的陆源沉积岩，为成矿提供物质来源。

(2)本区石墨矿床成因类型为区域变质型矿床，成矿阶段划分为沉积成岩阶段、区域变质作用阶段，区域变质程度不高造成本区晶质石墨鳞片较小。

(3)石墨矿体相对围岩呈现低电阻率、高极化率及自然电位负异常的电性特征，可采用时间域激发极化法、自然电场法有效指导找矿。