国外石墨成矿规律研究论文

变成矿床是指岩石经受变质作用后成为具有工业价值的矿石，以及由于变质作用改变了工业用途的矿床。前者如富铝岩石经变质后形成的蓝晶石类矿床、富硼岩石变质形成的硼矿床等，后者如煤变质后形成的石墨矿床等。

一、区域变质蓝晶石类矿床

区域变质形成的蓝晶石类矿床包括蓝晶石矿床、矽线石矿床和红柱石矿床，它们均为富铝(泥质)岩石经受变质而成。矿床产在区域变质岩系之中，含矿岩石主要是石英岩和片岩，其次是片麻岩和变粒岩。蓝晶石、矽线石和红柱石等矿石矿物呈板状、柱状、粒状弥散分布或聚集成条带，定向排列现象明显，大致与片理方向一致;当变质岩石中这些矿物的含量达到工业品位时，即构成矿体。矿体多呈似层状、透镜状，与围岩呈渐变接触关系，且产状与围岩基本一致。矿床常赋存于一定层位，分布面积广，矿化范围大者形成长几十千米、宽几千米的矿带。

由于蓝晶石、矽线石和红柱石三者生成的温度、压力等物理化学条件不同，或者受原岩种类的影响，它们在变质岩系中各自独立构成矿体，并具有不同的矿物组合。

区域变质蓝晶石矿床相对更重要，许多著名大型蓝晶石矿床均属此类。矿床产于褶皱强烈的角闪岩相结晶片岩、大理岩和石英岩内。由富铝的泥质岩或火山岩变质而成的蓝晶石矿床，含矿岩石主要是含蓝晶石云母石英片岩和石英岩，典型矿物组合为蓝晶石、石英、白云母、堇青石和金红石。含斜长石较多的片麻岩或变粒岩中的蓝晶石矿床，其变质温度较高。产于滑石-绿泥石片岩中的蓝晶石矿床，其变质原岩可能是顺层贯入的基性岩，矿体呈透镜状，规模不大，但品位较高，矿石中蓝晶石可达40%～60%或更高。矿物组合中可能出现刚玉，有时构成独立矿体。区域变质蓝晶石矿床的重要产地有江苏韩山、河北邢台、山西繁峙、四川汶川、内蒙古白彦花、辽宁大荒沟、新疆契布拉盖等。国外著名区域变质蓝晶石矿床有美国阿巴拉契山脉的蓝晶石矿带、印度比哈尔邦、俄罗斯科拉半岛的凯依夫矿床、阿富汗萨雷桑格矿床。

区域变质矽线石矿床较重要，但分布不多。矿床常产在片麻岩和片岩中，矿体空间分布常与混合花岗岩有关。矿石中矽线石明显定向排列，与片理方向一致。受混合岩化影响强烈、热变质作用明显的矿床中，矽线石聚集成瘤状、团块状和透镜状矿体。我国河北灵寿、平山、邢台和陕西丹凤有该类矿床产出，国外产地有南非、印度阿萨那卡西尔、朝鲜平安南道。

区域变质红柱石矿床不甚重要，主要见于绿片岩相的区域变质沉积-火山岩中，如红柱石二云母石英片岩、叶腊石岩或千枚岩等。矿物成分有红柱石、黑云母、白云母、绢云母和叶腊石。

江苏沭阳韩山是区域变质蓝晶石矿床的典型代表(图8－4)。矿区出露元古界海州群云台组区域变质岩系，岩性主要为变粒岩、白云母片岩、白云母石英片岩、石英岩等，局部见眼球状混合岩或大理岩。云台组下段按岩性可划分为上变粒岩组(Pt1－2hy1－3)、中含矿层(Pt1－2hy1－2)和下变粒岩组(Pt1－2hy1－1)三套岩层。蓝晶石产在第二岩层(Pt1－2hy1－2)，该层又可分为三个含矿段。在上、下含矿段中，蓝晶石含量较低，未构成工业矿体;中含矿段厚度60～70米，以云母石英片岩、云母片岩为主，其次为石英岩，是主要含矿层。共有6个矿体，其中4个产在石英岩中，2个产在石英片岩中。

蓝晶石矿体产状与围岩一致，一般呈过渡关系，矿体中心部位品位较高。依据矿石矿物成分和组构，可划分出石英岩型、片岩型和叶腊石型三种蓝晶石矿石自然类型，其中石英岩型为主要类型，约占90%。蓝晶石多呈柱状、板状和他形粒状，与石英嵌生形成粒状变晶结构。矿石品位一般为15%～20%。

二、区域变质石墨矿床

区域变质石墨矿床产于前寒武纪片麻岩、片岩及大理岩等变质岩系中，矿体多呈似层状或透镜状，长数百米至数公里，厚数米。矿石中石墨呈鳞片状，分布均匀，质量好，但品位较低，一般含量为3%～5%。与石墨伴生的矿物有云母、石英、长石，有时还有少量的黄铁矿、黄铜矿和方解石等。经碳同位素测定，这类石墨的12C/13C比值为90.3～91.7，与有机物的12C/13C比值接近，故认为是由有机质经区域变质重结晶形成的，属变成矿床。

图8－4 江苏沭阳韩山蓝晶石矿区地质图( 引自田煦等，1989)

山东南墅石墨矿床是这类区域变质石墨矿床的重要代表。矿区地层为太古宇胶东群旌旗山组变质岩系，下部亚组为角闪混合片麻岩、斜长角闪岩、石榴斜长片麻岩等，上部亚组为白云质大理岩、斜长角闪片麻岩和石墨片麻岩，夹薄层斜长角闪岩、透辉岩、黑云变粒岩等。石墨矿体主要产于上部亚组中 ( 图 8 －5) 。矿体或产于大理岩与片麻岩接触带，或产于石榴石斜长片麻岩与角闪斜长片麻岩之间，或产于大理岩中，均呈似层状或透镜状沿一定层位产出，产状与地层一致。矿石呈浸染状、片麻状构造，花岗变晶和纤维鳞片变晶结构。近矿围岩有明显的蚀变，主要是透辉石化、透闪石化、金云母化和阳起石化等，这些蚀变是变质热液改造的产物。

矿石中的石墨都是晶质石墨，石墨晶片长一般为 0. 15 ～1. 5 mm，个别可达 7. 5 mm。脉石矿物主要为斜长石、石英、透辉石和透闪石等。南墅石墨矿床属沉积变质成因，在区域变质作用中不仅是原沉积有机质发生重结晶变质，而且变质热液及混合岩化热液对石墨的富集亦有较重要的作用。

三、接触变质石墨矿床

自然界的石墨矿床还有一类，即产于变质煤层中的接触变质石墨矿床。矿体都产于煤系地层与侵入体接触变质带中，系煤层受岩浆侵入热力影响重结晶作用形成的。矿体保存原来煤层的层状或透镜体状，其规模大小往往决定于原来含煤层的情况及热变质晕的发育程度。随着远离接触带，石墨渐变过渡为半石墨以至无烟煤。这类石墨矿床中的石墨含量高，一般为60%～80%，有时可达90%，但多为隐晶石墨，质量较差。湖南郴县、吉林烟筒山、北京西山及广西等地区有此类矿床分布。

图8－5 南墅石墨矿床岳石矿区示意地质图( 引自田煦等，1989)

除上述几种主要类型变成矿床外，产于大理岩中的变质硼矿床、产于沥青质岩石与酸性岩浆岩接触带中的变质钒矿床、滑石-菱镁矿矿床、大理岩矿床、石英岩矿床等都具有重要的经济价值。

四、成矿作用

蓝晶石类(蓝晶石、矽线石和红柱石)矿床主要是由粘土矿物组成的富铝质岩石经过一定程度的变质作用而形成。具有重要工业意义的蓝晶石类矿床是变质成因的。对它们在变质作用过程中生成的热力学条件及稳定范围，曾做过许多研究。由人工合成蓝晶石类矿物的实验结果和物理化学计算推断的相平衡关系见图8－6。红柱石形成于相对较低的压力和温度条件，蓝晶石形成于中等或高压和较低温度条件，矽线石形成于中等或低压，而温度较高的条件。三相点温度622℃、压力550MPa。

蓝晶石矿床主要产于区域变质岩系中，由富铝原岩在中等压力条件下变质而成;另外在动力变质作用的高压条件下，也有蓝晶石矿床形成。红柱石矿床主要产于泥质岩石或火山岩与岩浆岩的接触变质带内;区域变质虽然也有红柱石生成，但尚未发现大型矿床;中酸性火山岩受热液蚀变发生次生石英岩化时，也可形成红柱石矿床。矽线石形成的变质温度较高，通常是在前进变质作用中由白云母分解而成，或由红柱石、蓝晶石、十字石转变而成。

图8－6Al2［SiO4］O矿物相图

变质成因石墨矿床的原岩建造往往被理解为富含生物有机质，因为有机物内赋存大量的碳质。如果这些生物大量死亡，并能与其他沉积物一起迅速地被深埋地下，就能形成一种封闭的还原环境。在特定(前进的)区域变质条件下，由于温度不断升高，沉积物中的有机质经过一系列分解反应，首先析出CO2，然后还原为碳并结晶成石墨，从而导致区域变质片岩建造中石墨矿床的形成。

都成秋惠(1972)指出泥质沉积物中的有机物，在前进变质作用中，遭受一系列的变质反应，最后导致结晶完好的石墨的产生。Landis (1971)研究了有机物石墨化过程中结晶度的前进增加，指出在沸石相岩石中，这些物质实际上是非晶质的，或仅仅显示一种发育不全的石墨结构;随着温度的升高，它的结晶度增加;在绿帘角闪岩相和角闪岩相中实现了有序化的石墨结构。井泽英二(1968)研究有机物石墨化过程中化学成分变化表明，蓝闪石片岩和绿片岩相岩石中有机物C=84～94%、H=1.8～1.0%，而绿帘角闪岩相岩石中有机物C=93～96%、H=0.7～0.4%。这些研究表明，区域变质石墨矿床中的原始碳属有机成因，而且随着前进变质作用温度的升高，石墨的结晶度也逐渐增高，直至达到角闪岩相的变质温度、压力条件时，才能形成结晶良好的晶质石墨。证明石墨的结晶度与形成时的温度有密切的关系。基于相同的原因，在接触变质煤层里的隐晶质石墨矿床中，伴随离开侵入体的距离增大，温度逐渐降低，接触变质作用减弱，而出现由石墨—半石墨—无烟煤的过渡现象。

虽然对区域变质石墨矿床的成因，一般认为是富碳质的沉积岩，在区域变质过程中由碳质重新结晶而形成;形成石墨的碳质来源于沉积岩中的有机质。但也有研究认为形成石墨的碳质来源于碳酸盐岩石分解出的CO2，或者由岩浆分异出的CO2，即无机碳。

接触变质成矿作用主要是由于岩浆侵位而引起围岩温度增高所产生的变质成矿作用，在成矿中以热力作用为主，而压力对其影响较小。作用过程中几乎没有外来物质的加入和原有物质带出，挥发份的影响也很微弱。成矿作用方式主要是重结晶作用和重组合作用等。在高温作用下，原来隐晶质矿物便会逐渐结晶，显晶质矿物晶粒变粗，如蛋白石和玉髓变为石英，胶磷矿变为磷灰石，石灰岩变为大理岩，煤变为石墨等均为重结晶作用。原岩物质在高温影响下可产生一系列新矿物，粘土物质在高温中压条件下形成红柱石等;由于温度和压力的作用，会使原岩脱水，如褐铁矿和铁的氢氧化物变为赤铁矿或磁铁矿，硬锰矿和水锰矿变为褐锰矿和黑锰矿等;在高温缺氧条件下，原岩物质中的高价离子就会还原为低价离子，致使矿物发生变化，如赤铁矿变为磁铁矿，软锰矿变为褐锰矿等。

五、勘查评价要点

蓝晶石类矿床的主要类型是变成矿床，变质前的原岩建造是富铝的，岩石包括富铝的泥质沉积岩、中酸性火山岩、火山碎屑岩及部分富铝的侵入岩。变质作用类型和变质温度、压力条件不同，常形成不同种类的矿床。一般蓝晶石矿床产在区域变质岩系中压相的较低温相，矽线石矿床则形成于较高温相，且部分和混合岩化作用有关;但对红柱石来说，区域变质作用的逞狂贡献不大。红柱石主要是接触变质作用产物。矽线石是一种高温变质矿物，在深变质岩系和接触变质的高温带均可生成。

区域变质石墨矿床主要形成于古老地盾区，如乌克兰区域变质石墨矿床主要赋存在地盾上具有双层结构的复向斜带，下部为太古代麻粒岩基底，其上的下元古界为含石墨岩系;我国前寒武纪古陆边缘应是该类石墨矿床的勘查找矿重点。前寒武纪深变质岩系是该类石墨矿床勘查的重要标志，国外区域变质石墨矿床均产于前寒武纪结晶片岩和片麻岩中，我国产于太古代地层中的石墨矿床如内蒙古兴和、河南灵宝，产在元古代地层中的如黑龙江柳毛、山东南墅，仅海南伍园石墨矿床产在古生界中，这些矿区地层均经受中深区域变质作用，形成了角闪岩相和麻粒岩相岩石，并见广泛混合岩化现象。前寒武纪地层中多见黑云角闪斜长片麻岩、矽线堇青石榴黑云斜长片麻岩、镁质碳酸盐岩、(部分矿区)磁铁石英岩或石英片岩，石墨主要在片麻岩中富集成工业矿体，而含矿岩系上部层位碳酸盐岩建造中很少含矿。

对于接触变质矿床来说，影响其形成的主要因素是围岩性质、侵入体的规模和接触带的特征。一般围岩脆性大、导热性强，侵入体的规模大，侵入接触面与围岩层理面斜交的情况下对形成接触变质矿床有利。因此，规模较大的侵入体与灰岩、煤层等围岩的接触带，是寻找大型接触变质矿床的标志。

成矿系列是指在一定的地质构造单元和一定地质历史发展阶段内，与一定的地质作用或成矿事件有关，在不同成矿期（及成矿阶段）和不同地质构造部位形成的不同矿种、不同类型、但有成因联系的矿床自然组合。

成矿系列可划分为6个层次，即成矿系列组合、成矿系列类型、成矿系列、成矿亚系列、矿床式和矿床（陈毓川等，1994，1999）。成矿系列组合以三大地质作用，即岩浆作用、沉积作用和变质作用为划分依据。每一种地质作用伴有相应的成矿作用，在不同的地质时期与不同地质构造单元形成各种矿床成矿系列，构成与岩浆作用有关的矿床成矿系列组合、与沉积作用有关的矿床成矿系列组合和与变质作用有关的矿床成矿系列组合。某些与一定层位有关、受多种成矿作用叠加或改造的矿床，可以暂归于其他成因的矿床成矿系列组合。成矿系列类型是指形成于不同地质时代、不同地质构造单元，但具有相似的地质环境、相似的成矿特征、类似的矿床组合，又具有各自时代及地区特点的成矿系列。对同类矿床成矿系列的归纳有利于进行区域成矿作用对比。成矿系列是指形成于一定地质时代、一定地质构造单元，与一定地质作用或成矿事件有关，包括不同矿种、不同类型、但有成因联系的一组矿床。成矿亚系列是指在成矿系列分布范围内的次级构造单元中，由不同成矿阶段形成的、各具特色的矿床组合，而各亚系列之间具有成因联系、并具有明显的共性。在一个成矿系列中可不分出亚系列，亦可分出若干个亚系列。矿床式是根据一组具有相似成矿特征的典型矿床所概括出来的矿床类型式，代表一种基本的矿床模式，包含有深刻的成因意义。一个成矿系列及亚系列至少应包括一个以上的矿床式。矿床是成矿系列的基本组成单位，一个矿床式至少应包括一个以上的矿床。

成矿系列是由我国地质学家程裕淇等（1979，1983）提出的矿床学新概念。它从系统论的观点出发，研究成矿作用在四维时空中的基本规律，探索在地球演化过程中成矿的时空及物质演化规律，研究一定区域内与一定成矿事件有关的、在不同演化阶段和不同控矿条件下形成的各类型矿床之间的相互联系。成矿系列具有科学预见性和较高的实用价值，根据每一成矿系列所包含的不同类型矿床在空间上或时间上相伴生的特点和在相似地质背景条件下可大致重复出现的规律，当一个地区发现某种类型矿床时就可以预测和寻找属于同一矿床成矿系列的其他类型矿床；利用两个成矿系列之间和两个端元矿床之间的过渡规律，可能发现过渡型矿床。将成矿系列概念应用于矿产勘查实践，可以更好地探讨和阐述矿床的区域分布规律和时间演化规律，从而更加充分地发挥成矿地质理论对找矿预测工作的指导作用。

自程裕淇等（1979、1983）先后发表《初论矿床的成矿系列问题》、《再论矿床的成矿系列问题——兼论中生代某些矿床的成矿系列》等重要论文以来，成矿系列概念及理论已引起国内矿床学界和矿产勘查工作者的普遍关注，在区域成矿规律研究及成矿预测工作中取得了一系列重要的进展和成果。在1994年第9届国际矿床成因协会科学讨论会和1996年第30届国际地质大会上，陈毓川、裴荣富等将成矿系列概念及理论向国外地质学家进行了专门介绍，使成矿系列概念及理论正式走向国际地质科学论坛，引起国际地质科学家的极大兴趣。

20世纪80年代以来，我国地质学者在南岭地区（陈毓川等，1989）、长江中下游铁铜成矿带（常印佛等，1991；翟裕生等，1992）、三江铅锌成矿带（叶庆同等，1991）、桂北地区（陈毓川等，1995）、大兴安岭及邻区（赵一鸣等，1997）、华北地台北缘及北侧（裴荣富等，1998）、秦岭造山带（王平安等，1998）、阿尔泰造山带（王登红等，2002）等重要成矿区带的科学研究工作中，共划分出69个矿床成矿系列，其中，中生代矿床成矿系列34个（占49.3%）。1998年，陈毓川等首次在全国范围内将19个成矿区带中的400多个岩浆和变质矿床划归66个成矿系列、41个成矿亚系列和170个矿床式；1999年，陈毓川等首次编制完成1：50万中国矿床成矿系列图，将全国930个代表性矿床划归4个成矿系列组合和32个成矿系列类型。1999～2003年，新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西、四川、贵州、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、河北、山西、山东、河南、湖北、湖南、安徽、江苏、浙江、江西、福建、广东、广西、海南等25个省（自治区）在参加“中国成矿体系与区域成矿评价”项目的研究工作中，开展了新一轮区域成矿分析，共划分出529个矿床成矿系列，其中，中生代矿床成矿系列173（约占32.7%）。这些研究成果和资料对进一步划分和厘定全国中生代矿床成矿系列具有重要的参考价值。