中国石墨资源概况及晶质石墨成矿规律

中国石墨资源概况及晶质石墨成矿规律王力;樊俊雷;李雷;康磊【摘要】初步概括了中国石墨矿产资源现状,总结了晶质石墨矿床的成矿规律、成矿模式及主要找矿标志.中国石墨矿产资源储量巨大、种类齐全,资源分布呈现“分布广泛、东多西少、个别富集”的特征,区域变质型晶质石墨矿床是主要矿床类型,晶质石墨主要成矿规律为“构造定区、沉积控源、变质限量、热液提质”,即大地构造格局决定晶质石墨矿床的有利区分布,富有机质陆源碎屑沉积体系主控炭源供给和赋矿层位分布,变质作用深度及期次限定石墨矿体总量,混合岩化过程对提升矿石品质具有不可忽视的作用.典型晶质石墨矿床的形成一般经历沉积成岩—区域变质—混合岩化3个阶段.地层、岩性、沉积环境、构造以及地球物理异常等是石墨找矿的良好标志.【期刊名称】《地质学刊》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】8页(P310-317)【关键词】石墨资源;晶质石墨;成矿规律;区域变质;成矿模式;找矿标志【作者】王力;樊俊雷;李雷;康磊【作者单位】陕西煤田地质勘查研究院有限公司,陕西西安710021;陕西煤田地质勘查研究院有限公司,陕西西安710021;西安西北有色地质研究院有限公司,陕西西安710054;大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069【正文语种】中文【中图分类】P619.25+2石墨是C元素的结晶矿物之一，素有“黑金子”的美称，呈钢灰色、黑灰色，具半金属光泽，有滑感，易污手(汤贺军等，2015)。

石墨既具有非金属矿物的一般性能，又兼有金属和有机塑料的某些特性。

晶质石墨资源是我国重要的非金属矿产，在军工与现代材料工业及高新尖技术发展中至关重要(李思远等，2016)。

石墨是中国得天独厚的优势资源，从发展新兴产业以及保持我国优势地位的角度，石墨矿产应列为优先勘查矿种，进一步加大勘探投入(张艳飞等，2014)。

面对国民经济和高新产业发展对石墨矿产尤其是晶质石墨资源的巨大需求，有必要对石墨资源及成矿特征进行系统梳理。

通过概括我国石墨资源现状，归纳晶质石墨矿产分布特征和成矿规律，探讨石墨成矿关键问题，以期总结地质找矿规律，寻找更多具有战略资源潜力和开发利用价值的石墨矿产，为我国占领石墨新材料研究制高点提供地质基础保障。

据美国地质调查局数据，截至2013年，全球己探明的天然石墨储量约1.3亿t(李超等，2015)。

石墨矿产在多个国家均有发现，但可供工业利用的石墨矿床仅集中于少数国家，多数国家只产出某一类石墨矿产，中国是少数几个石墨矿产种类齐全的国家之一。

20世纪40年代以来，中国的石墨工业逐渐兴起。

经过多年发展，从最初的简单手工作业到建立起比较完整的勘探、生产、加工体系，直至形成20世纪80年代山东南墅、黑龙江柳毛、内蒙古兴和三大石墨生产基地。

21世纪初期，全国共有石墨生产及加工企业约300家，从业人员5万多人，年产量达140万t(其中晶质石墨35万t)，产值12.5亿元(段惠彬，2001)。

地质勘探成果显示，中国石墨资源丰富，总保有量居世界之首。

石墨矿的规模以大中型为主。

根据地质成因和结晶形态的不同，石墨矿石一般分为晶质(鳞片状)和隐晶质(土状)两大类，晶质石墨又分为鳞片状和致密块状2种(曹宏，2008)。

晶质石墨由于其可浮性、润滑性、可塑性比其他类型石墨优越，因而具有更高的经济和工业价值。

2014年统计显示，我国已查明晶质石墨基础储量达5 749万t，隐晶质石墨储量为2 166万t(邵厥年等，2014)。

晶质石墨矿的规模以大中型矿居多，占矿产地总数的70%(大型矿占26%、中型矿占44%)，全国晶质石墨保有矿物储量约88%集中分布于大型矿中(王星等，2015)。

我国石墨资源分布广泛，目前已发现在25个省(市、自治区)有石墨矿点，共91个矿区(张福良等，2013)。

从全国范围来看，石墨资源分布呈现“分布广泛、东多西少、个别富集”的特征。

晶质石墨主要分布在黑龙江、山西、四川、山东、内蒙古5省，保有储量占全国80%以上，其中黑龙江省晶质石墨储量最多；隐晶质石墨主要分布于内蒙古、湖南2省，保有储量占全国67%以上(王家昌等，2013；李超等，2015；安江华等，2016；唐臣，2016)(图1、图2)。

2015年以来，大型、超大型石墨矿床勘探成果丰硕，如内蒙古浩尧尔忽洞—赛乌素整装勘查区新发现了数个超大型晶质石墨矿床，查明石墨资源储量(矿物量)达4 200万t，新疆奇台县新发现黄羊山超大型晶质石墨矿，估算资源量2 122万t。

中国石墨分布格局在未来几年会发生更大变化。

我国已知的具有工业价值的石墨矿床按成因可分为区域变质型、接触变质型及岩浆热液型石墨矿床3种类型(莫如爵等，1989)。

其中晶质石墨矿床以区域变质型为主，岩浆热液型晶质石墨矿床较为少见。

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，成矿过程受到大地构造格局、富有机质沉积体系、变质作用深度及期次、后期混合岩化过程等诸多因素叠加影响。

2.1 构造定区构造定区是指大地构造格局决定了晶质石墨矿床的有利区分布。

较稳定条件下的克拉通周缘，受其地质演变过程中一系列构造-热事件影响，同时经历与相邻地块长期作用，为多种矿床的形成提供了有利的构造环境。

沿着华北、扬子、佳木斯等古老变质基底的隆褶带和裂谷带，形成了多种与陆块汇聚、裂解作用及汇聚前后陆缘海相沉积作用有关的矿床类型(陶维屏，1985；杨春亮等，2005)。

我国石墨矿床主要产出于古老地块、地台及其周缘和断裂岩浆带上，集中分布于东部环太平洋构造带、康滇—龙门大巴—黄陵、祁连—秦岭—淮阳、天山—阴山以及金沙江—哀牢山5个成矿带(李超等，2015)。

区域变质型晶质石墨矿床主要分布于中朝准地台和扬子准地台以及吉黑、秦岭、祁连、华南、三江等褶皱系的隆起区，成矿作用受大地构造影响较大(李超等，2015；刘晓刚，2016)(表1,图3)。

2.2 沉积控源沉积控源是指富有机质陆源碎屑沉积体系主控炭源供给和赋矿层位分布。

2.2.1 炭源供给石墨的炭质来源一直是矿床成因分析的关键。

前人研究的焦点问题包括：(1)早元古代能否有大量微生物繁殖，以致为形成大型乃至超大型石墨矿床提供有机质来源；(2)不同岩石类型与石墨成因之间的对应联系如何；(3)除有机和无机成因外，是否还有其他形式的炭源形式。

由区域变质形成的晶质石墨矿床，其C元素来源长期存在有机碳和无机碳2种观点(章少华，1995)。

针对这两种对立观点均有大量的沉积学、岩石学、矿相学以及同位素地球化学等多方面依据，导致部分认识尚未统一(陈衍景等，2000)。

例如，内蒙古兴和石墨矿床的成因，早期研究认为该区石墨矿是“由碳酸盐岩层经剧烈的区域变质作用结晶分离出石墨形成”，也有的认为是“由富铁镁质及泥质的碳酸盐类沉积岩，经剧烈区域变质作用及后期动力变质作用，使碳酸气化运移而富集、重结晶，形成石墨矿床”，均属无机成因观点；后期的研究中，结合地球化学分析认为“石墨是由大量原始藻类遗体堆积后经成岩作用和变质作用而形成”，属有机成因观点(王时麒，1989)。

结合前人对各地区域变质型晶质石墨矿床的众多研究认为，石墨矿石的炭质来源主要为有机成因，原岩为富含有机质成分的陆源碎屑为主的沉积物；而来自沉积碳酸盐岩的无机成因炭源，为石墨成矿提供单一炭源的可能性较小，多数情况下与有机成因的生物碳共同为矿床提供炭源(姜继圣等，1992；章少华，1995；李光辉等，2008；王凤茹等，2010；李超等，2015)。

岩浆热液形成的晶质石墨矿床较为少见。

众多学者先后对新疆苏吉泉石墨矿床石墨来源进行了研究(秦学庆等，1986；严正富等，1990；张国新等，1996；刘松柏等，2011)。

矿床C同位素特征揭示，石墨来自陆源碎屑沉积体系形成的炭质页岩，即成矿炭源属于有机碳，而混染花岗岩仅作为热源和成矿载体(刘松柏等，2011)。

无机碳在岩浆热液型石墨矿床中的贡献目前尚无明确定论，而岩浆能否同时为矿床提供热源和炭源也值得进一步研究。

2.2.2 赋矿层位主要石墨赋矿层的沉积时代从新太古代延续到寒武纪(刘晓刚，2016)。

赋存于前寒武纪地层的晶质石墨矿床占到全国总储量的94.2%，其中前寒武纪孔兹岩系在中国古老板块中较为发育，是晶质石墨矿床最重要的赋矿层位，含矿地层包括胶东的荆山群和粉子山群、辽东的辽河群、吉南的集安群、晋冀的桑干群、黑龙江的麻山群、内蒙古的集宁群、豫西及陕西部分地区的太华群、鄂西的崆岭群、福建的麻源群、川北的火地垭群以及川滇交界的普登群等(姜继圣等，1992；沈保丰等，2004；董春艳等，2011；周建波等，2011)。

这套地壳演化早期阶段的沉积体系以高铝、富有机质的陆源碎屑沉积为主要特征，同时夹大理岩和钙硅酸盐岩沉积，是黑龙江、内蒙古、湖北、山东、河南等主要大中型石墨矿床的赋矿层位(姜继圣等，1992)(表1)。

区域变质型晶质石墨矿床的原岩多为生物活动强烈的海相陆源沉积建造，还原条件良好，有机质丰富，为石墨成矿提供了最初的物源。

以山东莱西南墅石墨矿床为例，原始沉积物从砂岩、黏土与半黏土岩过渡到泥灰岩，对应沉积环境为浅海陆源碎屑沉积体系、半深水浊流沉积体系以及高盐度白云质碳酸盐沉积体系，而石墨矿体仅赋存于浅海陆源碎屑沉积体系之中。

C同位素测试结果证实，浅海带较稳定的沉积环境下，大量繁殖堆积的生物体是矿体炭质的原始来源(兰心俨，1981)。

这反映出孔兹岩系及与之类似的富有机质陆源碎屑沉积体系对赋矿层位分布的控制作用。

2.3 变质限量变质限量指变质作用深度及期次限定的矿体总量。

中国晶质石墨矿床含矿地层普遍比较古老，并且经历了较为强烈的区域变质作用。

中条期、晋宁期和加里东期是中国石墨矿床主要的变质时代，正是在这些范围广泛、多期次且不同程度的变质作用影响下，这些古老且富有机质的沉积地层形成了众多规模巨大、储量丰富的大型矿床，尤其是价值巨大的晶质石墨矿床(宋彪等，1997；刘平华等，2011；耿元生等，2012)(表2)。

一般来讲，石墨的鳞片粒度与变质程度的高低密切相关，结晶较好的鳞片石墨形成于角闪岩相或麻粒岩相，细鳞片结构的石墨形成于绿片岩相(裴荣富，1995；李超等，2015)。

佳木斯地块和华北地台等地石墨矿床的变质程度较高，达到了角闪岩相—麻粒岩相，所形成的石墨晶体粗大，资源储量也较大；扬子地台和华夏地块石墨矿床的变质程度为绿片岩相—角闪岩相，所形成的石墨晶体细小，资源储量也相对较小(李超等，2015)。

2.4 热液提质热液提质指混合岩化过程对提升矿石品质具有不可忽视的作用。

我国区域变质型石墨矿床中，混合岩化作用十分常见，主要表现为重结晶、局部重熔和交代作用，重熔分异作用产生一些变斑晶和长英质脉体(张天宇等，2014)。

在此过程中，部分组分在混合岩化过程中发生运移和聚集，长石、石英等造岩矿物发生伟晶化，石墨鳞片也随之越来越粗大(李超等，2015)。