程 喬，陳泉霖，曹代勇，鄧瑞錦，林曉炎，王 路，丁正云

(1.福建省煤田地質(zhì)勘查院，福州 350005；2.福建省煤田地質(zhì)非常規(guī)能源調(diào)查研究院，福州 350005；3. 福建省煤田地質(zhì)局，福州 350005；4.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

目前研究普遍認(rèn)為，煤系石墨由煤及煤系炭質(zhì)泥頁(yè)巖在高變質(zhì)作用下形成，屬于隱晶質(zhì)石墨的主要類型[1-4]，其變質(zhì)作用主要為巖漿接觸變質(zhì)以及構(gòu)造應(yīng)力作用。自2004年石墨烯被成功制備后，石墨的應(yīng)用價(jià)值不斷提升，逐漸成為了現(xiàn)代科技發(fā)展不可缺少的礦產(chǎn)之一，在此背景下，我國(guó)近幾年對(duì)石墨的研究也在不斷深入。其中，眾多學(xué)者對(duì)晶質(zhì)石墨的成因、成礦規(guī)律及成礦模式做出研究，為我國(guó)的晶質(zhì)石墨開采帶來(lái)了可觀的產(chǎn)量。但在煤系石墨研究上存在著諸多空白和不足，比如成礦模式的不明確、鑒別指標(biāo)和無(wú)煙煤存在交叉和重疊等等，都在一定程度上影響了煤系石墨的合理開發(fā)利用，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，本文在“福建省煤系石墨賦存規(guī)律及資源評(píng)價(jià)”研究課題的基礎(chǔ)上[5]，同時(shí)汲取國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于成礦模式研究的思路和方法，以福建地區(qū)中二疊統(tǒng)童子巖組為研究對(duì)象，初步探討了福建省煤系石墨的成礦模式，以期為福建省石墨產(chǎn)業(yè)化提供依據(jù)，進(jìn)而推動(dòng)福建地區(qū)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 煤系(隱晶質(zhì))石墨賦存層位

煤系石墨與煤是同體異礦，所以煤系石墨礦床的產(chǎn)出與其賦存的煤層密切相關(guān)。中二疊統(tǒng)童子巖組是福建省最重要的含煤層位，所賦存的煤炭資源占全省煤炭資源總量的98%，其次是上三疊統(tǒng)大坑村組、焦坑組和上二疊統(tǒng)翠屏山組，占資源總量的1.5%，而其它含煤地層僅占資源總量的不足0.5%[6]。童子巖組含煤地層在諸多賦煤地層中分布范圍最廣，儲(chǔ)量最大，能夠?yàn)槊旱氖峁┳銐虻奈镔|(zhì)基礎(chǔ)，故選取童子巖組含煤地層做為研究對(duì)象。童子巖組自下而上分為三個(gè)巖性段，其中，童子巖組一段、三段含煤，以碎屑濱岸帶沉積體系為主；二段不含煤，屬于淺海沉積體系。

2 成礦地質(zhì)背景

2.1 巖漿活動(dòng)

煤的石墨化發(fā)生必然需要較高的溫度，而熱源則為巖漿巖侵入形成的熱場(chǎng)，張旗等指出，巖漿熱場(chǎng)指的是在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，在一個(gè)局部的地區(qū)出現(xiàn)的巖漿活動(dòng)，使該區(qū)域地?zé)崽荻让黠@上升，形成一個(gè)局部區(qū)域的瞬間熱場(chǎng)，熱場(chǎng)的規(guī)模通常很小，離巖體約幾米至幾公里。

福建省經(jīng)歷了前加里東期、加里東期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期的多期次巖漿侵入活動(dòng)，其中燕山期侵入規(guī)模最大[5,7]，遍布整個(gè)省區(qū)，對(duì)煤系地層的影響最強(qiáng)。燕山期早期巖漿侵入活動(dòng)較弱，以中酸性巖類為主，并有雙峰式火山巖建造，主要分布于政和-大埔斷裂帶及其以西地區(qū)，對(duì)中部含煤帶和西部含煤帶內(nèi)煤的演化影響較大；燕山期中期為擠壓構(gòu)造環(huán)境，侵入活動(dòng)最為鼎盛，分布廣、規(guī)模大，約占全省侵入巖面積的44.5%，以正長(zhǎng)花崗巖為主，次為二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖等，該期巖漿侵入影響范圍較高，導(dǎo)致閩西南地區(qū)煤的變質(zhì)程度較高，均達(dá)到無(wú)煙煤-石墨階段；燕山期晚期侵入巖面積分布僅次于中期，約占全省侵入巖面積的27%，中酸性、酸性巖類發(fā)育，主要集中在政和-大埔斷裂帶以東，該期的巖漿侵入主要影響東部含煤帶內(nèi)煤層。半石墨-石墨則主要分布在燕山期中、晚期侵入巖附近，可見，燕山期中晚期的巖漿侵入活動(dòng)為煤向石墨演化提供主要熱能。

2.2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)控制巖體的侵入途徑和與巖體的接觸方式，如斷裂構(gòu)造常成為巖漿侵入的主要通道，沿?cái)嗔褍蓚?cè)煤系地層受巖漿熱變質(zhì)程度較大，發(fā)生硅化、絹云母化等蝕變現(xiàn)象，斷裂附近煤的演化程度較高，有利于發(fā)生石墨化[8]。

自二疊系沉積以來(lái)，研究區(qū)經(jīng)歷了華力西-印支、燕山、喜馬拉雅3次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)區(qū)域內(nèi)石墨的形成和賦存有重大影響[9-10]。印支-燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成區(qū)內(nèi)地層總體上表現(xiàn)為撓曲變形，形成一系列北北東向緊閉-寬緩型褶皺，其中華力西-印支期的褶皺變形十分強(qiáng)烈，區(qū)域性的褶皺主要見于閩西南地區(qū)。印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為形成不同的逆沖推覆斷層，其中基底逆沖推覆斷層對(duì)童子巖組煤系地層影響較小，僅其上層覆蓋地層被置換；層間逆沖推覆斷層造成童子巖組煤系地層厚度增加，有利于煤系石墨的形成；蓋層逆沖推覆斷層使童子巖組煤系地層結(jié)構(gòu)支離破碎，使煤系石墨成礦難度加大。燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為形成不同的滑覆構(gòu)造，其中底部和層間滑覆構(gòu)造造成煤系地層的缺失，不利于形成煤系石墨礦產(chǎn)資源，頂部滑覆構(gòu)造對(duì)煤系地層的影響較小。喜馬拉雅期主要表現(xiàn)為斷塊差異隆升活動(dòng)，對(duì)煤系地層的賦存影響相對(duì)較小。

3 煤系石墨成礦模式

煤系石墨由煤層在巖漿熱、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素的作用下形成，由于福建省巖漿侵入期次多、范圍廣，多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，多因素作用相互滲透導(dǎo)致煤系地層發(fā)生不同程度的熱變質(zhì)，煤層則形成不同石墨化程度的隱晶質(zhì)石墨。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，中部條帶永安—大田—漳平一帶、東部條帶安溪地區(qū)是福建地區(qū)煤系石墨成礦帶，對(duì)該地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造、巖漿發(fā)育特征進(jìn)行研究，同時(shí)依據(jù)各要素對(duì)成礦作用的影響，總結(jié)出福建地區(qū)煤系石墨的3種成礦模式。

3.1 封閉式成礦模式

封閉式成礦模式以大規(guī)模巖漿侵入為煤的石墨化帶來(lái)充足的熱能，同時(shí)，受相反方向的推覆構(gòu)造擠壓，形成一封閉式環(huán)境(圖1)，礦層受構(gòu)造應(yīng)力作用呈現(xiàn)出揉皺、鱗片狀結(jié)構(gòu)或糜棱結(jié)構(gòu)等韌性變形特征。該成礦模式主要以中部含煤帶南段的龍巖-永定煤田內(nèi)礦區(qū)為主。燕山期大面積的巖體侵入，與煤系地層接觸面積較大，包圍煤系地層或位于其底部，巖性以斑狀-似斑狀黑云母花崗巖為主，中部含煤帶西側(cè)自NW向SE方向的推覆構(gòu)造和沿政和-大埔斷裂帶自SE向NW方向的推覆構(gòu)造，相互擠壓構(gòu)成封閉式環(huán)境，礦區(qū)周圍斷層對(duì)煤系地層影響較小，但隔離煤系地層與外界的接觸，成為煤系地層熱變質(zhì)的隔熱層，起到保溫作用，不利于巖漿熱的散失，形成一密閉加熱環(huán)境，同時(shí)，煤層受應(yīng)力擠壓出現(xiàn)流變特征，韌性變形環(huán)境有利于構(gòu)造應(yīng)力促進(jìn)煤向石墨演化，形成巖漿熱疊加應(yīng)力成礦機(jī)制，因此，煤的石墨化程度較高。典型礦區(qū)如漳平可坑礦區(qū)、烏坑礦區(qū)和烏石隔礦區(qū)，主要以半石墨-石墨為主。

圖1 封閉式成礦模式Figure 1 Enclosed type minerogenic mode

3.2 半開放-半封閉式成礦模式

半開放-半封閉式成礦模式主要位于中部含煤帶北段，永安-大田煤田內(nèi)。常以斷裂構(gòu)造為巖漿侵入提供主要通道，巖性主要以石英斑巖類、花崗斑巖類主，煤成石墨化的熱源主要來(lái)自于巖漿巖體侵入時(shí)的高溫?zé)嵋簹?，與煤層未直接接觸，斷裂構(gòu)造則成為導(dǎo)熱的通道，在斷裂帶附近常見強(qiáng)烈的硅化、綠泥石化現(xiàn)象，同時(shí)，斷裂帶又成為巖漿巖體的散熱通道，巖體熱量的散失對(duì)煤系地層的影響范圍有限，礦層受斷裂構(gòu)造的破壞作用下呈現(xiàn)出碎裂、碎粒等脆性變形(圖2)。在復(fù)雜的推覆構(gòu)造局部擠壓部位，礦層受剪切滑動(dòng)，呈鱗片狀、揉皺狀等揉皺變形，煤的石墨化作用受應(yīng)力的“催化作用”較強(qiáng)，導(dǎo)致局部煤層的石墨化程度相對(duì)較高。在該成礦模式下形成以開放式和封閉式共存的成礦環(huán)境，煤的石墨化程度差異性較大，有石墨化無(wú)煙煤-石墨。典型礦區(qū)如大田瓊口石墨礦、永安下蓋竹石墨礦、大田溪洋礦(永安后埔、塘下洋、龍?zhí)令A(yù)查區(qū))。

圖2 半開放-半封閉式成礦模式Figure 2 Semi-open type minerogenic mode

3.3 開放式成礦模式

該成礦模式中的熱源主要來(lái)自于順層侵入或沿?cái)鄬忧秩氲膸r脈(圖3)，與煤系地層直接接觸或間接接觸，巖性以花崗斑巖-輝綠巖脈為主，呈零星分布，一般巖脈影響范圍較小，同時(shí)，一系列張性斷裂構(gòu)造發(fā)育，破壞了熱源的連續(xù)性，形成一開放性環(huán)境，僅在巖脈附近煤的石墨化程度較高，典型礦區(qū)如安溪青洋石墨礦、天湖山永春煤礦。

圖3 開放式成礦模式Figure 3 Open type minerogenic mode

4 結(jié)論

1)福建地區(qū)中二疊統(tǒng)童子巖組具備較好的石墨化物質(zhì)基礎(chǔ)。頻繁的巖漿活動(dòng)為煤的石墨化發(fā)生提供了大量熱源，燕山期中晚期巖漿侵入活動(dòng)為煤向石墨演化提供主要熱能。多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為巖漿的侵入提供通道，形成了不同的侵入途徑和多樣的巖體接觸方式。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)是煤系(隱晶質(zhì))石墨成礦的主要控制因素。

2)通過(guò)對(duì)福建省區(qū)域構(gòu)造、巖漿發(fā)育特征以及煤系(隱晶質(zhì))石墨形成地質(zhì)條件研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)出福建地區(qū)中二疊統(tǒng)童子巖組煤系石墨三種成礦模式：封閉式成礦模式、半開放-半封閉式成礦模式、開放式成礦模式。此次成礦模式的探討為福建石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供依據(jù)，具有重要的參考價(jià)值。同時(shí)作為初次探討，存在著模式總結(jié)不完整的可能性，請(qǐng)各位專家教授批評(píng)指正。

致謝：本文得到中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)曹代勇教授、福建省煤田地質(zhì)局總工陳泉霖教授級(jí)高級(jí)工程師的指導(dǎo)，“福建省煤系石墨賦存規(guī)律及資源評(píng)價(jià)”項(xiàng)目組成員鄧瑞錦、王路、林曉炎、丁正云的熱誠(chéng)幫助，在此表示衷心感謝！