夏錦勝，孫 莉，陳昌闊，司江福，汪君珠

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2. 六盤水市自然資源局，貴州 六盤水 553000；3.貴州省地礦局113地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤水 553000)

我國石墨資源成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，資源潛力巨大，據(jù)國土資源部全國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)(2015年)統(tǒng)計(jì)顯示，我國晶質(zhì)石墨基礎(chǔ)儲(chǔ)量5 516萬t(礦物)，鐵河石墨礦區(qū)大安溝礦段累計(jì)探明礦物資源量約221.69萬t[1-2]，是我國重要的晶質(zhì)石墨礦床之一。本文通過野外地質(zhì)調(diào)查及室內(nèi)巖礦石分析測(cè)試，采用碳同位素分析手段，初步闡述了大安溝石墨礦床礦床地質(zhì)、碳同位素特征，并對(duì)礦床碳質(zhì)成因進(jìn)行分析。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于秦嶺褶皺系印支褶皺帶，白水江—白河褶皺束的中部，關(guān)帝廟—酉水復(fù)背斜的北翼。礦區(qū)主要出露中—上志留統(tǒng)地層，為濱?！獪\海相泥巖、碎屑巖和碳酸鹽巖建造[3]。

礦區(qū)主要出露志留系中—上部四個(gè)巖性段地層和第四系地層[3](圖1)。中—上志留系第三套巖性段(S2-33)地層層位穩(wěn)定，巖性比較單一，以含石榴石黑云母斜長片麻巖為主，局部可見薄層狀石英巖和大理巖透鏡體，斜長片麻巖為灰色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要由斜長石、石英和黑云母組成，局部可見少量石墨，本層厚84～514m。第四套巖性段(S2-34)地層呈帶狀貫穿于礦區(qū)，巖性主要為含石墨大理巖，為灰白色粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要由方解石、石英、透閃石等組成，該地層局部可見少量石墨，層厚116～409m。第五套巖性段(S2-35)地層為礦區(qū)主要賦礦地層，與上下地層巖性特征變化明顯，且與上下層間均有石英巖作為分層標(biāo)志，根據(jù)所含礦物不同，主要分為含石墨斜長片麻巖、硅線石二云母石英片巖和含黃鐵礦黑云石英片巖。巖石以灰—深灰色為主，鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)、片麻狀或條帶狀構(gòu)造，石墨多在含石墨斜長片麻巖中富集形成礦體，本層厚5～100m。第六套巖性段(S2-36)地層在礦區(qū)分布較廣，巖性主要為含石墨大理巖，局部夾含石墨黑云母片麻巖，含石墨大理巖多為青灰色、中—粗粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，多可見含星點(diǎn)狀石墨，地層厚114～332m。

圖1 鐵河石墨礦床大安溝礦段礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

區(qū)內(nèi)發(fā)育鐵河向斜，位于礦區(qū)中部，西起三桿旗，東到向家溝西，長約6km，總體走向 295°～115°，向南東翹起，向北西傾狀撒開，傾伏角約25°，礦區(qū)斷層發(fā)育較少，僅在礦區(qū)東南側(cè)可見一條斷層[3]。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)礦體主要出露在鐵河向斜南翼，分布面積約4km2。石墨礦體賦存在中—上志留統(tǒng)第五巖性層黑云斜長片麻巖內(nèi)，該地層厚度變化較大，石墨礦體分布也不均勻，在含礦層上、中、下部位均有石墨礦化現(xiàn)象，但該含礦地層巖性與上下地層巖性變化明顯，且多以石英巖作為分層標(biāo)志。因此，只需確定賦礦地層，就能根據(jù)工業(yè)指標(biāo)要求劃定石墨礦體范圍[3]。礦區(qū)石墨礦體沿地層走向往往出現(xiàn)尖滅或分支復(fù)合現(xiàn)象，礦體形態(tài)多呈似層狀，厚度變化較大，但無明顯變化規(guī)律，大致為南邊厚，北邊薄，東邊厚，西邊薄，礦體平均厚度為21.50m。礦體傾向主要為四周向礦體中心傾斜，傾角主要為18°～36°，走向?yàn)闁|西向[3]。礦體的分布嚴(yán)格受地層層位和褶皺構(gòu)造的控制，礦體產(chǎn)狀較平緩且呈舒緩的波狀變化，其出露形態(tài)和分布受地形影響也較明顯。

2.2 礦石特征

大安溝晶質(zhì)石墨礦賦存在含石墨片麻巖中，石墨片麻巖呈深灰色—灰黑色，粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要由石英、長石、黑云母、石墨等礦物組成。石墨呈黑灰色或鋼灰色，金屬光澤，葉片狀、鱗片狀和板狀集合體多延片理方向定向排列，顯微鏡單偏光鏡下呈淺灰?guī)Ш稚?，正交偏光鏡下多色性灰色帶棕—藍(lán)灰色，且無內(nèi)反射，并伴有少量磁鐵礦或黃鐵礦等礦物(圖2)。石墨粒徑＞0.5mm 的約占 10%，0.3～ 0.5mm 的占約 19%，0.15 ～ 0.3mm 的占約 35%，0.05 ～ 0.15mm 的占約21%，＜0.05mm的占約15%。

圖2 大安溝石墨礦石及顯微照片

3 石墨碳同位素特征

石墨的碳質(zhì)來源問題對(duì)于研究石墨礦床的形成至關(guān)重要[4]。一般認(rèn)為，碳在地球上有4種存在形式：①以碳質(zhì)球粒隕石為代表的初始碳和以金剛石、碳酸鹽巖漿為代表的初生碳；②空氣中的CO2和與之達(dá)到平衡的地表、近地表水體中的CO2；③自然界生物體內(nèi)的有機(jī)碳；④沉積碳酸鹽中無機(jī)碳。目前爭(zhēng)論較多的是探討其有機(jī)碳成因和無機(jī)碳成因問題[4]。根據(jù)δ13C測(cè)試結(jié)果來推測(cè)石墨礦床中石墨的碳質(zhì)來源是目前主要的分析方法[5-8]。碳同位素主要由穩(wěn)定同位素12C、13C以及部分放射性同位素14C組成，而13C/12C的比值常被用來判斷石墨礦中的碳質(zhì)來源，因?yàn)?2C在生物光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物中相對(duì)集中，所以生物成因的13C/12C比值比較低，而非生物成因的13C/12C比值則相對(duì)比較高。δ13C為測(cè)試樣品中13C/12C的比值相對(duì)于標(biāo)樣中13C/12C比值偏離程度的千分率。近代沉積物中有機(jī)物δ13C范圍為-10‰～-30‰，在-20‰～-27‰之間有一個(gè)最大分布區(qū)；沉積碳酸鹽大約占73%，δ13C平均值為0‰，地幔碳的δ13C為-7‰左右[9-10]。

本文選取具有代表性的五個(gè)樣品進(jìn)行分析測(cè)試，采用同位素質(zhì)譜法，檢測(cè)依據(jù)為GB/T18340.2010。檢測(cè)流程為：①將礦區(qū)所采新鮮石墨礦石樣品磨制粉末至200目；②稱取100g左右石墨粉末至干凈燒杯中；③配置1mol/L的鹽酸；④將配好的稀鹽酸緩慢倒入燒杯中，同時(shí)用玻璃棒攪拌直至樣品不起氣泡，即所有碳酸鹽均反映完畢；⑤待樣品沉淀后倒掉上清液，留下杯中沉淀；⑥加入去離子水清洗樣品，倒掉上清液，重復(fù)清洗4～5次，直至pH試紙測(cè)試顯示呈中性；⑦將清洗后的樣品留在燒杯中并放入烘烤箱，調(diào)節(jié)溫度到60℃，烘烤24h；⑧將烘干的樣品取出并稱重備用；⑨將稱好的樣品、標(biāo)樣和空白樣用MAT253質(zhì)譜儀(Thermo Finnigan MAT 253 TRMS)測(cè)試，結(jié)果用V-PDB作參考，分析誤差在±0.2‰以內(nèi)。測(cè)試結(jié)果顯示大安溝晶質(zhì)石墨礦δ13C值在-22.69‰～-23.25‰之間，平均為-22.96‰(表1)。

表1 大安溝晶質(zhì)石墨碳同位素測(cè)試結(jié)果

通過與遼河群石墨礦床、遼寧杜屯石墨礦床、黑龍江柳毛石墨礦床及圍巖蛇橄透輝大理巖、四川中壩晶質(zhì)石墨礦床以及各地石灰?guī)r、現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)、渤海灣油田原油、煤的δ13C測(cè)試結(jié)果(表2)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，大安溝石墨礦δ13C值與遼河群石墨礦床、遼寧杜屯石墨礦床、黑龍江柳毛石墨礦床、四川中壩晶質(zhì)石墨礦床等的δ13C測(cè)試值比較接近，且前人研究表明上述幾個(gè)石墨礦床石墨碳質(zhì)來源均為有機(jī)質(zhì)[7-9]；與此同時(shí)，通過與現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)、煤、各地石灰?guī)r等的δ13C對(duì)比[5-8]，發(fā)現(xiàn)大安溝石墨礦石δ13C值與有機(jī)碳的δ13C值基本一致，與無機(jī)碳的δ13C值相差較大，綜合推測(cè)大安溝晶質(zhì)石墨礦礦床石墨碳質(zhì)來源為有機(jī)碳。

表2 含碳物質(zhì)碳同位素測(cè)試結(jié)果對(duì)比表

4 結(jié)論

鐵河晶質(zhì)石墨礦區(qū)大安溝礦段石墨礦體產(chǎn)在黑云斜長片麻巖內(nèi)，礦體形狀呈似層狀，礦石類型主要為含石墨片麻巖，次為含石墨大理巖[3]。顯微鏡下石墨呈葉片狀、鱗片狀和板狀集合體多延片理方向定向排列。石墨δ13C測(cè)試值在-22.69‰～-23.25‰之間，平均為-22.96‰，石墨δ13C測(cè)試值與有機(jī)碳δ13C值基本一致。結(jié)合前人研究成果綜合推測(cè)陜西洋縣鐵礦石墨礦區(qū)大安溝礦段石墨礦床成因?yàn)橛袡C(jī)成因的大鱗片晶質(zhì)石墨礦床[11-14]。