福建老鹰山矿区石墨矿质量特征及成因浅析

1福建老鹰山矿区石墨矿床特征及成因浅析张蔚语（福建省196煤田地质勘探队，福建沙县，365500）摘要：福建老鹰山矿区石墨矿主要赋存于二叠系童子岩组一段(P1t1)地层中，属隐晶质石墨矿，其产状总体呈层状、似层状及透镜状分布，一层稳定可采，局部二至三层可采，石墨矿固定炭含量较高，达到工业品位以上，矿石质量相对较好。区内花岗斑岩较发育，为煤层变质成为石墨矿提供了热液来源。经过分析认为，矿层为煤层受热液变质作用形成，其成因类型为接触变质型，应属于后期热液接触变质层控矿床。关键词:福建老鹰山；石墨矿；特征；成因老鹰山矿区石墨矿位于永安市正东方位32km处，隶属福建省永安市槐南乡管辖，矿区有乡镇至各村的水泥路相通，交通条件好。1区域与矿区地质特征简述1.1区域地质简况矿区处于政和—大埔NNE向断裂带附近［1］，岩浆活动强烈。同时，该区及周围为煤系地层暴露或半隐伏区，周围已有煤矿开采，具备较好的含煤条件。为石墨矿的形成提供了物源和热源。图1矿区地质略图QB矿区边界及拐点第四系Jc3侏罗系长林组地层Pcp2二叠系翠屏山组地层Pt1二叠系童子岩组地层Cc3Pq1石炭系船山组－二叠系栖霞组地层Cl1石炭系林地组地层不整合线Q滑脱断层及编号F0正断层及编号F4勘探线及编号4ZK801651.02m施工见矿钻孔位置、编号及孔深老鹰山J3cP2cpJ3cP1tP1tF0C3c-P1qC3c-P1qF1F4F2F2ZK801651.02mZK803416.08mZK1203546.98mZK403442.10m8101264ZK1002356.09mZK802292.01mZK402389.12m2ZK405ZK805398.95m476.08mλπZK301307.72mF1C1lπ石英斑岩脉ZK1002356.09m施工未见矿钻孔位置、编号及孔深λ21.2矿区地层矿区出露的地层从老至新有：石炭系下统林地组（C1l）、石炭系上统船山组—二叠系下统栖霞组（C3c—P1q）、二叠系下统童子岩组(P1t)、上统翠屏山组（P2cp）及中生界侏罗系长林组（J3c）及第四系(Q)［2］。矿区由于侵入岩发育，岩石蚀变强烈，化石基本不可见，根据邻近矿山地质资料，区内主要含矿层位应为二叠系下统童子岩组第一段（P1t1）。1至3层可采，均为薄煤层。1.3岩浆岩本区岩浆侵入活动强烈，矿区南东部出露一系列呈脉状的酸性岩脉，岩性主要为石英斑岩（λπ）。根据钻孔揭露,矿区深部岩浆岩发育，几乎孔孔有见，主要呈脉状侵入，单层厚度可达数十米，围岩蚀变强烈，造成煤层的强烈石墨化。大致可分为两期，早期沿F0断层侵入，发育在船山组—栖霞组灰岩中，岩性主要为花岗斑岩，局部为二长、长石斑岩；二期沿F1断层侵入，发育在F1与F2断层之间，穿过童子组、翠屏山组砂岩、粉砂岩，岩性以二长、长石斑岩为主，局部为花岗斑岩，上部为长林组凝灰质砂砾岩覆盖，地表未见出露。（图1）。1.4地质构造矿区位于广平倒转向斜西南部转折端的南西侧，属倒转向斜的正常翼的西翼，构造相对较简单。区内地层总体为中缓倾角的向斜构造，局部呈舒缓波状起伏。轴向北北西，向南南东倾伏，两翼倾角较缓，约为15—30°，局部略陡。P2cP1tF2C3c-P1qC3c-P1qP2cpP1tP1tQZK801690.72m0ZK803659.10mZK805729.08mQP2cpJ3cP1tC1lC3c-P1qF0F1ZK802650.37m侵入岩体石墨矿层3004005006002001007003图2矿区8线剖面略图区内断层较发育，主要为北东向的缓倾角的滑脱断层，局部呈北北东向。此外发育一条近南北向陡倾角的正断层。主要有F0、F1、F2和F4［2］。（图1、2）。2矿体地质特征2.1矿体形态、产状及规模矿区内石墨矿体共有三个矿层，矿体均赋存于二叠系童子岩组一段(P1t1)地层中。矿体主要位于矿区中、东部岩后垄一带，矿体产状与围岩地层层理产状一致，为中缓倾角的向斜构造，局部呈舒缓波状起伏。轴向北北西，向南南东倾伏，两翼倾角较缓，约为15—30°，局部略陡。矿层由炭质泥岩或煤层受热液变质作用形成的，矿石类型属隐晶质石墨矿。总体呈层状、似层状、带状及透镜状分布，具有膨胀收缩现象。矿体具挤压特征，产生片理化，局部夹有透镜状炭质泥岩，顶板为细粉砂岩，局部见高碳泥岩，底板为灰色细粉砂岩或细砂岩。沉积围岩普遍具硅化、空晶石角岩化和红柱石角岩化等热液蚀变。含矿层位中可见石墨矿化层一至数层，一层可采，局部二至三层可采，已揭示可采厚度0.78-1.07m，地表未见出露，为隐伏矿床。钻孔ZK402、ZK403、ZK405、ZK801、ZK802、ZK803和ZK805均有揭露，其中ZK403和ZK405见两层可采。2.2矿石质量特征本次基本分析项目为：Mad、Ad、Vad、FCd、Std，多元素分析项目主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、k2O、SO3、TiO2（详见表1）。矿区石墨矿化验测试成果表表1从以上分析结果可以看出，矿区石墨矿固定碳（FCd）均大于76%，平均含量为：80.09%；矿石有益成分全部达到工业指标要求，其有害杂质含量均在允许范围内，矿石质量相对较好。工程号样号采样深度样长分析项目（结果表示单位ω(B)/10-2）（m）（m）MadAdVdafFCdStd体重ZK801ZK801-01249.23250.301.0717.3019.382.7178.430.071.73ZK802ZK802-01278.06279.111.0518.6021.442.1376.890.261.72ZK803ZK803-01251.62252.400.7816.4113.242.0185.010.261.71ZK402ZK402-01278.70279.530.8318.4315.852.4282.110.0891.64ZK403ZK403-01342.42343.220.8013.5521.802.7576.040.121.71ZK403-02372.32373.120.8018.4918.602.2079.610.661.63工程号样号分析项目（结果表示单位ω(B)/10-2）SiO2Fe2O3Al2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OSO3ZK801ZK801-0159.566.1524.680.971.971.663.031.210.21ZK802ZK802-0168.538.2815.061.701.672.041.450.490.18ZK803ZK803-0148.887.0531.581.372.072.051.251.420.51ZK402ZK402-0158.966.6924.811.351.611.703.580.860.15ZK403ZK403-0151.184.8730.841.463.121.604.331.180.26ZK403-0259.2614.9818.040.871.531.592.110.440.1242.3矿石结构构造及矿石类型矿石由隐晶及微晶石墨鳞片构成集合体，以隐晶石墨为主，呈铁黑色或银灰色，块状，局部呈土状、碎块状或鳞片状，条痕灰黑色，硬度1，具滑感、染手。共生矿物有石英、粘土矿物、黄铁矿及红柱石、堇青石、夕线石、黑云母等。矿石结构：隐晶质、微、细晶鳞片状结构。矿石构造：矿石外观呈块状、碎块状或粉末状构造。2.4围岩蚀变受侵入岩体影响，矿区内围岩蚀变有矽卡岩化、硅化、绿泥石化及与热变质作用有关的角岩化、大理岩化、石墨化等，局部见铅、锌矿化现象。3石墨矿床成因分析中国目前已知的具有工业价值的石墨矿床按其成因可分为：区域变质型石墨矿床、接触变质型石墨矿床及岩浆热液型石墨矿床三种类型［3］。3.1石墨的形成条件据实验：用无烟煤在电炉中隔绝空气加热至2500摄氏度可获得工业石墨；用烟煤与CaF2混入硅酸熔融体中，然后缓慢冷却也可形成六方板状石墨晶体。这说明石墨可在碳浓度很高和相当高的温度下还原而成［3］。因此石墨的形成至少需要两个条件，一个碳的来源，一个是热源。矿区内具备石墨矿形成首要的两个条件，一是煤系地层中含高碳质的煤层，二是岩浆岩发育。3.2成矿母岩矿区东部为一套海陆相交互相的含煤岩系。由砂岩—粉砂岩—泥岩及煤组成的，韵律十分明显，并常见铁质结核及砂岩透镜体，三分性明显，可划分下、中、上三个岩性段。下、上段为含煤段，下段含煤性较好。中段为海相泥岩、粉砂岩夹细砂岩，常含黄铁矿及钙质结核。本组是区内重要的经济底层。与下伏船山组—栖霞组呈断层接触。本区主要保留下段地层，即童子岩组第一段（P1t1）地层，岩性主要为深灰、灰黑色薄～中厚层状细砂岩（硅化强烈）、细粉砂岩（角岩化强烈）及煤层（石墨化强烈），次为粗粉砂岩、砂质泥岩，硅质胶结，水平层理发育。该层位即为本区石墨矿的成矿母岩，煤层为石墨的形成提供了丰富的碳质。3.3岩浆热液改造前述区内岩浆岩体发育，据钻孔揭露及岩矿鉴定，矿区侵入岩主要为花岗斑岩（或二长、长石斑岩），为中、酸性岩。岩性呈灰夹浅灰绿色，斑状结构，基质为显微文象结构，斑晶由斜长石、石英和黑云母组成，自形粒状，岩石具弱蚀变，以碳酸盐化为主，次为绢云母化。局部见黄铁矿散晶5分布。岩体常沿向、背斜轴部或断层等构造有利部位侵入，上覆翠屏山组(P2cp)或长兴组(P2c)地层为其盖层，封闭条件良好，熔融岩浆的高温不易扩散，为石墨矿的形成提供热源保证。花岗岩多与围岩呈齿状或枝叉状侵入接触，由于岩体侵入热力影响和褶皱断裂机理的联合作用，促使岩体两侧外接触带的地层变质，靠近岩体的无烟煤变质成石墨，形成隐晶质石墨矿床。3.4石墨矿床的接触变质特征接触变质型石墨矿床是中国石墨矿床中较主要的工业类型。此类矿床是由于岩体侵入煤系地层引起煤层接触变质而成［3］。其特征主要有：侵入岩体一般为酸性或中、酸性花岗岩、闪长岩。受变质的煤层一般为优质无烟煤，煤岩性质多属镜煤质亮煤类型；矿体呈层状、似层状、带状及透镜状分布；矿石品位一般较高，固定碳含量多为60%～80%，高者可达90%以上。据岩矿鉴定结果表明矿区内主要侵入岩为花岗斑岩（或二长、长石斑岩），为中、酸性岩。邻近矿区煤层为灰黑色—钢灰色，煤岩类型为半暗—半亮型，以粉粒状块煤、粉状煤为主，夹条带状块煤。属中灰、特低～低硫、低磷、中等发热量无烟煤［4］。矿体总体呈层状、似层状、带状及透镜状分布。矿石外观呈块状，局部呈土状、碎块状或粉末状，由隐晶及微晶石墨鳞片构成集合体，以隐晶石墨为主，共生矿物有石英、粘土矿物、黄铁矿及红柱石、堇青石、夕线石、黑云母等。区内矿石品位均大于76%，最高达85.01%。矿区石墨矿床特征与接触变质型石墨矿床的特征基本一致。综上所述，矿区石墨矿床应为接触变质成因。4结论1、老鹰山矿区位于政和—大埔断裂带附近，岩浆活动强烈，根据钻孔资料表明区内花岗斑岩发育，主要沿断层侵入，造成部份地层受热变质。2、矿区为煤系地层半暴露区，其童子岩组一段含煤地层保存较好，可见一至数层可采煤层赋存。根据取样分析，煤层均已石墨化。因此，该段地层为石墨矿的矿源层。3、通过分析认为，矿区石墨矿为二叠系下统童子岩组一段地层中的煤层受后期岩浆热液的接触热变质而形成，具备接触变质型石墨矿床的特征，属于后期热液接触变质层控矿床。4、矿区矿石类型为隐晶质石墨矿，固定碳含量较高，均达到工业品位以上，质量相对较好。通过对该矿床的地质特征及成矿条件分析，对矿区及外围寻找类似成因的矿床具有一定的指导意义。参考文献:［1］福建省地质矿产局.福建省区域地质志[M].北京.地质出版社.1985［2］张宏刚.福建省老鹰山矿区石墨矿普查工作总结[R].福建省196煤田地质勘探队.20096［3］中国矿床编委会，中国矿床［M］.北京.地质出版社,1996［4］杨树亮，福建省永安市南山煤矿(雪程坑)资源储量核实报告[R].福建省196煤田地质勘探队.2007GeologicalcharacteristicsandgenesisofGraphiteDepositsintheLaoY