許志華 林香 張大偉

1 中化地質(zhì)礦山總局福建地質(zhì)勘查院，福建 福州 350013 2 福建省閩北地質(zhì)大隊，福建 福州 350013 3 吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局，吉林 長春 130021

桃棋石墨礦床位于福建武夷山市興田鎮(zhèn)黃土村桃棋自然村，該礦床于1972年開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時發(fā)現(xiàn)了9 層石墨云母石英片巖層，在后來開展的預(yù)查和普查地質(zhì)工作為本區(qū)詳查工作提供了充分的地質(zhì)依據(jù)，經(jīng)過詳查工作，基本查明了研究區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿巖等地質(zhì)特征，基本查明了礦體的空間分布、規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀以及礦石的質(zhì)量特征等,并提交了石墨礦資源量兩千多萬噸，礦物量七十多萬噸，礦床規(guī)模達(dá)中型[1]。礦床嚴(yán)格受地層層位控制。筆者通過研究礦區(qū)石墨礦床的地質(zhì)背景、礦床特征、礦石類型等，探討桃棋石墨礦床的成礦時代、成礦物質(zhì)來源、成礦機(jī)制，以及對該區(qū)下一步石墨資源的開發(fā)提供一定的參考和依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于閩西北隆起帶之浦城-洋源隆起中部，崇安-安遠(yuǎn)深大斷裂帶北段[2]。

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造主要為褶皺和斷裂。褶皺主要為竹州復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜，軸部位于本區(qū)中部麻沙-桃棋一帶，軸向北東，軸面向南東傾斜，區(qū)內(nèi)石墨礦（床）點均受其控制，呈緊密線形褶皺，為北東走向，多數(shù)向南東傾斜。斷裂主要以北東向為主，這些斷裂破壞了區(qū)內(nèi)古元古代麻源巖群大金山巖組地層的連續(xù)性。

區(qū)內(nèi)出露地層由老至新有古元古代麻源巖群大金山巖組（Pt1d）、南山組（Pt1n），新元古代萬全(巖)群下峰(巖)組中生代晚三疊世焦坑組（T3j），早侏羅世梨山組（J1l）、晚侏羅世長林組（J3c）、南園組（J3n），其中，古元古代麻源巖群大金山巖組（Pt1d）第二、三巖性段的片巖類或變粒巖為本區(qū)石墨礦的含礦層位。

區(qū)域內(nèi)侵入巖有志留紀(jì)二長花崗巖（ηγS）、早侏羅世黑云母二長花崗巖（ηγJ1）以及晚白堊世花崗斑巖（γπK2）；其中志留紀(jì)的混合花崗巖與石墨礦成礦關(guān)系較密切。

綜上所述，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，古元古代麻源巖群大金山巖組的片巖類或變粒巖類為石墨礦含礦層位，巖漿活動較強(qiáng)烈，為區(qū)內(nèi)石墨礦的富集與成礦提供了有利條件。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層為古元古代麻源巖群大金山巖組（Pt1d）及第四系（Q）（圖1）。

古元古代麻源巖群大金山巖組（Pt1d）大面積出露于區(qū)內(nèi)，巖性主要為硅線石英黑云片巖、硅線黑云石英片巖、長石石英黑云片巖、長石黑云石英片巖、黑云斜長變粒巖，夾晶質(zhì)石墨礦層，以富含石墨、硅線石為特征。古元古代麻源巖群大金山巖組原巖為一套基性火山巖-含有機(jī)質(zhì)的砂泥質(zhì)碎屑建造，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成了片巖類、變粒巖類等，巖石變質(zhì)程度深達(dá)低角閃巖相。區(qū)內(nèi)巖石具不同程度混合巖化，南部局部混合巖化作用強(qiáng)烈地段已形成混合片麻巖、混合花崗巖。

根據(jù)巖性組合特征分為三個巖性段，分別為古元古代麻源巖群大金山巖組第一巖性段（Pt1d1）、第二巖性段（Pt1d2）、第三巖性段（Pt1d3），其中，第二、三巖性段為本區(qū)的含礦層位。

古元古代麻源巖群大金山巖組第一巖性段（Pt1d1）：主要見于礦區(qū)的深部，地表僅在西北部零星出露，巖性組合主要為淺灰-灰褐色硅線石英黑云片巖，局部見淺灰色硅線黑云石英片巖。

古元古代麻源巖群大金山巖組第二巖性段（Pt1d2）：主要見于礦區(qū)的深部，地表分布于礦區(qū)的北西部，巖性組合主要為淺灰色含石墨長石石英黑云片巖、次為淺灰色含石墨長石黑云石英片巖、淺灰色黑云斜長變粒巖夾石墨礦層。該巖性段巖石普遍具不同程度混合巖化，局部混合巖化作用強(qiáng)烈地段已形成混合巖、混合片麻巖或混合花崗巖。該巖性段層間碎裂作用明顯，常見碎裂巖、碎斑巖等構(gòu)造巖。是區(qū)內(nèi)的主要含礦層之一，見有Ⅲ、Ⅳ號石墨礦層。

古元古代麻源巖群大金山巖組第三巖性段（Pt1d3）：廣泛分布于本區(qū)，巖性組合主要為淺灰色石墨硅線石英黑云片巖，次為淺灰色石墨硅線黑云石英片巖。巖石常見混合巖化，局部混合巖化作用強(qiáng)烈地段已形成混合巖、混合片麻巖或混合花崗巖。該巖性段以富含石墨、硅線石為特征，是區(qū)內(nèi)的主要含礦層之一，見有Ⅰ、Ⅱ號石墨礦層。

圖1 武夷山桃棋礦區(qū)石墨礦地質(zhì)略圖Fig.1 Schematic geologic map of Taoqi graphite mine in Wuyishan city

第四系（Q）：分布于低洼處或溝谷中，主要為沖洪積的含礫粘土，厚度一般3～5m，局部達(dá)10m。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要表現(xiàn)為褶皺，次為斷裂（F1）。

褶皺：分布于礦區(qū)南部（F1以南），為緊密復(fù)式背向斜構(gòu)造，北部（F1以北）地層為單斜構(gòu)造，總體走向為北東30°～40°，傾向南西，傾角13°～35°。復(fù)式背向斜構(gòu)造從西往東可劃分為1～4 號向斜和1～4 號背斜；背向斜軸向為北東10°～40°，傾向南西或北西，傾角6°～50°；軸向長度一般900～1400m。褶皺兩翼的地層主要為古元古代麻源巖群大金山巖組第一、二、三巖性段，因含礦地層復(fù)式褶皺致使區(qū)內(nèi)石墨礦層同步褶皺，地表上可見Ⅰ、Ⅱ號礦層多次重復(fù)出露。

斷裂：區(qū)內(nèi)斷裂主要為北東東向的F1斷層，分布于礦區(qū)中部，走向總體北西285°，傾向南西，傾角70°～75°，走向延伸約900m。

2.3 侵入巖

區(qū)內(nèi)侵入巖不發(fā)育，僅在區(qū)內(nèi)南部零星出露有志留紀(jì)二長花崗巖（ηγS），呈巖脈狀產(chǎn)出，與圍巖多呈漸變關(guān)系。

2.4 變質(zhì)作用和混合巖化作用

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要表現(xiàn)為區(qū)域動力變質(zhì)作用，本區(qū)古元古代麻源巖群大金山巖組（Pt1d）變質(zhì)巖，巖性組合主要為變粒巖類和片巖類，變質(zhì)程度達(dá)低角閃巖相。原巖中富含的有機(jī)質(zhì)經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，有機(jī)質(zhì)結(jié)晶和聚集形成石墨礦，后期經(jīng)混合巖化作用下，石墨進(jìn)一步富集再結(jié)晶，形成晶體較粗大的晶質(zhì)石墨礦床。

區(qū)內(nèi)混合巖化作用普遍且強(qiáng)烈，長英質(zhì)脈體呈細(xì)脈狀沿變質(zhì)巖的片（麻）理貫入并交代圍巖；局部形成混合片麻巖和混合花崗巖?；旌蠋r化作用與區(qū)內(nèi)石墨礦成礦關(guān)系密切，一方面礦層中因混合巖化過程中加入外來長英質(zhì)脈體成分，使礦層品位貧化；另一方面混合巖化作用使含礦層中石墨進(jìn)一步富集或發(fā)生重結(jié)晶作用，在混合巖化作用強(qiáng)烈地段礦層一般較厚，且石墨鱗片較大。

2.5 圍巖蝕變

區(qū)內(nèi)圍巖蝕變主要為絹云母化、綠泥石化、黃鐵礦化，次為水云母化以及碳酸鹽巖化等?；九c區(qū)內(nèi)石墨礦無明顯的關(guān)系。

3 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)石墨礦體賦存于古元古代麻源巖群大金山巖組第二、三巖性段中，受復(fù)式背向斜構(gòu)造控制明顯，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，呈層狀-似層狀產(chǎn)出，總體走向北東，傾向南東或北西，傾角13°～45°，礦體厚度一般1.92～44.22m，厚度變化不穩(wěn)定，礦石質(zhì)量較好，頂?shù)装鍘r性一般為含石墨硅線石英黑云片巖、含石墨混合巖等。研究區(qū)內(nèi)共圈定了4 個石墨礦層20 個礦體，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號，其中Ⅰ-1、Ⅱ-2 號礦體規(guī)模較大，為主礦體，Ⅱ-2號礦體最大，單個礦體礦床規(guī)模達(dá)中型以上。

3.1 礦體特征

Ⅰ號礦層：賦存于古元古代麻源巖群大金山巖組第三巖性段（Pt1d3）中，主要分布于研究區(qū)南部，礦體呈層狀-似層狀，總體走向北東10°～30°，傾向南東或北西，傾角17°～43°。走向長度150～700m，傾向延伸50～435m，單工程礦體真厚度為2.40～44.22m，平均真厚度12.40m，礦層平均品位3.08%，其中以Ⅰ-1 號礦體的規(guī)模較大，特征如下：

Ⅰ-1 號礦體：分布于研究區(qū)南東部，礦體呈層狀，總體走向北東10°，傾向南東，傾角17°～46°。走向延伸長約700m，傾向延伸50～435m。礦體厚度2.40～40.26m，平均12.10m，厚度變化系數(shù)為93.80%，屬厚度不穩(wěn)定。走向上從北往南逐漸變大，傾向上總體從地表往深部變小，且有分支再復(fù)合現(xiàn)象（圖2）。固定碳品位在走向傾向上變化較小，風(fēng)化礦石固定碳為2.71%～3.61%，原生礦石固定碳為3.00%～3.19%，礦體平均品位為3.07%，品位變化系數(shù)為8.25%，屬礦化均勻。

圖2 桃棋礦區(qū)石墨礦0 線(南東段)地質(zhì)剖面圖Fig.2 No.0 (south east section) geological section of graphite deposit of Taoqi mining area

Ⅱ號礦層：賦存于古元古代麻源巖群大金山巖組第三巖性段（Pt1d3），主要分布于研究區(qū)南西部，礦體呈層狀-似層狀，總體走向北東10°～30°，傾向南東或北西，傾角13°～43°，走向長度175～1000m，傾向延伸50～505m。單工程真厚度為2.32～37.18m，平均厚度10.77m。礦層平均品位3.18%，其中以Ⅱ-2 號礦體的規(guī)模較大，特征如下。

Ⅱ-2 號礦體：分布于研究區(qū)南西部，礦體呈層狀（圖3）。礦體總體走向北東10°～40°，傾向南東或北西，傾角23°～42°。走向長度875m，傾向延伸135～505m，礦體真厚度2.32～37.18m，平均真厚度13.91m，厚度變化系數(shù)為79.15%，屬厚度不穩(wěn)定；礦體在走向和傾向上均具膨大縮小現(xiàn)象，在傾向上見有分支再復(fù)合現(xiàn)象；風(fēng)化礦石單工程礦體固定碳平均品位為2.51%～4.32%，原生礦石單工程礦體固定碳平均品位為3.03%～3.77%，礦體平均品位為3.19%，品位變化系數(shù)為14.47%，屬礦化均勻。

圖3 桃棋礦區(qū)石墨礦4 線地質(zhì)剖面圖Fig.3 No.4 geological section of graphite deposit of Taoqi mining area

Ⅲ號礦層：賦存于古元古代麻源巖群大金山巖組第二巖性段（Pt1d2）中，主要分布于研究區(qū)北部，礦體呈層狀～似層狀，總體走向北東10°～45°，傾向南東或北西，傾角18°～40°。走向長度150～625m，傾向延伸100～235m。單工程礦體真厚度1.92～17.46m，平均真厚度為5.80m，平均品位為3.18%。

Ⅳ號礦層：賦存于古元古代麻源巖群大金山巖組第二巖性段（Pt1d2）中，主要分布于研究區(qū)北部，礦體呈層狀-似層狀，總體走向北東35°～60°，傾向南東，傾角14°～45°，走向長度150～750m，傾向延伸50～240m。單工程真厚度2.00～14.33m，平均真厚度為6.53m，，平均品位為3.18%。

其它礦體特征見表1。

表1 桃棋礦區(qū)石墨礦主要礦體特征Table 1 Characteristics of main graphite orebodies in Taoqi mining area

3.2 礦石特征

礦石主要由淺灰色石墨硅線石英黑云片巖和石墨硅線黑云石英片巖組成。

石墨硅線石英黑云片巖呈淺灰色，纖維狀粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。成分主要由黑云母（40%～45%）、石英（35%～40%）、硅線石（15%～20%）、長石（3%～5%）、石墨（2%～4%）組成。黑云母呈片狀，片徑約0.1～2.0mm；石英呈不規(guī)則粒狀，粒徑約0.1～1.2mm；硅線石呈針狀、纖維狀，少部分被絹云母交代；長石呈不規(guī)則狀，粒徑約0.1～0.4mm，全部被絹云母礦物取代，僅保留其長石假象；石墨呈鱗片狀，片徑約0.1～1.5mm。

石墨硅線黑云石英片巖呈淺灰色，纖維狀鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。礦物成份由石英（50%～55%）、黑云母（30%～35%）、硅線石（5%～10%）、長石（3%～5%）、石墨（2%～4%）組成。石英呈粒狀，不規(guī)則狀，粒徑約0.1～0.8mm；黑云母呈片狀，片徑約0.5～2.5mm；硅線石呈針狀、纖維狀，少部分被絹云母交代，呈條痕狀、不規(guī)則狀；長石呈不規(guī)則狀，全被絹云母礦物取代，僅保留其長石假象；石墨呈鱗片狀，片徑在0.1～1.2mm 之間，以0.15～0.6mm 為主。

3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石構(gòu)造為塊狀構(gòu)造、條帶（紋）狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造（圖4）。

塊狀構(gòu)造：礦石中的各礦物無規(guī)律分布，呈致密塊狀。

條帶（紋）狀構(gòu)造：礦石中淺色粒狀礦物長石、石英等與暗色片狀礦物黑云母、石墨等各自相對集中成條帶（寬＞5mm）或條紋（寬1～5mm）且平行排列，構(gòu)成黑白分明的條帶（條紋）狀構(gòu)造。

片狀構(gòu)造：主要由片狀礦物黑云母、白云母及石墨等呈定向排列，構(gòu)成清晰的片狀構(gòu)造。

圖4 礦石構(gòu)造Fig.4 Structure of the Ores

礦石結(jié)構(gòu)為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，鱗片變晶結(jié)構(gòu)、纖維狀變晶結(jié)構(gòu)（圖5）。

粒狀變晶結(jié)構(gòu)：由礦石中的石英、長石等它形晶粒狀礦物彼此緊密鑲嵌形成。

鱗片變晶結(jié)構(gòu)：由礦石中的黑云母、石墨等片狀礦物定向排列而形成的。

纖維狀變晶結(jié)構(gòu):由礦石中的纖維狀、針狀礦物硅線石定向排列而形成的。

圖5 礦石結(jié)構(gòu)（a、d 單偏光；b、c 正交偏光）Fig.5 Texture of the ores

3.2.2 礦石礦物成分

礦石礦物成分主要為鱗片狀晶質(zhì)石墨，脈石礦物主要為片狀黑云母、粒狀石英、粒狀長石、針狀纖維狀硅線石以及少量石榴子石、黃鐵礦等。各主要礦物特征分述如下：

鱗片狀晶質(zhì)石墨：鉛灰（黑）色-鋼灰色，半自形鱗片狀，不透光，反射光鉛灰色，大部分礦物呈浸染狀均勻分布，少部分沿裂隙充填，其中浸染狀賦存狀態(tài)呈單晶鱗片形式嵌布在其它礦物晶粒間或被長石、石英、黑云母礦物包裹（呈包含結(jié)構(gòu)），鱗片有彎曲。片徑在0.04～1.80mm 之間，以0.2～0.6mm 為主，其中片徑小于 0.147mm（100 目）約占礦石含量的7.61%；片徑0.147～0.175mm（80 目）約占11.78%；片徑0.175～0.287mm（50 目）約占25.24%；片徑大于0.287mm（50 目）約占55.37%；為大鱗片石墨。

黑云母：土黃色，暗土黃色，棕黑色，鱗片狀集合體，沿｛001｝面常定向排列構(gòu)成巖石的片理，｛001｝面片徑約0.1～2.0mm，垂直｛001｝面解理厚0.1～0.4mm，近地表不新鮮，有鐵質(zhì)析出，常被綠泥石交代。

石英：無色，具油脂光澤，硬度高，呈他形晶粒狀，不規(guī)則狀，常具拉長現(xiàn)象，晶體內(nèi)包裹有硅線石、黑云母和石墨，具弱波狀消光，粒徑約0.1～1.8mm，以0.2～1.0mm 為主。

長石：以斜長石為主，次為鉀長石。斜長石呈不規(guī)則粒狀，雙晶發(fā)育，類型有聚片雙晶、卡鈉復(fù)合雙晶，正突起，部分被絹云母取代，僅保留其長石的假象；鉀長石呈不規(guī)則粒狀，格子狀雙晶相當(dāng)發(fā)育，晶體內(nèi)包裹有少量斜長石、石英、黑云母礦物。

硅線石：呈針狀、纖維狀，單偏光下黃色，正延性，黃干涉色，最高干涉色二級蘭，少部分被絹云母交代，常平行定向排列，構(gòu)成巖石的片理。

石榴子石：呈不規(guī)則粒狀，無色略帶紫紅色，正高突起，均質(zhì)體，在正交偏光下全消光，裂紋發(fā)育，粒徑約0.08～0.7mm。

黃鐵礦：呈自形-半自形晶，切面為矩形，不規(guī)則狀，粒徑約0.1～0.6mm，黃色，不易磨光，有大量麻點。

除上述各主要礦物外，區(qū)內(nèi)還有綠泥石、角閃石、鋯石、紅柱石、磷灰?guī)r、黃銅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦等礦物。

3.2.3 礦石化學(xué)成分

研究區(qū)內(nèi)有用化學(xué)組分主要為固定碳，含量一般在3.00%～5.00%，最低2.01%，最高達(dá)8.46%，平均為3.14%；其他有益組分為TiO2和V2O5，有害組分為S 和Fe。

其他有益組分僅在組合分析中發(fā)育有V、Ti的存在，其中V2O5含量為0.025%～0.094%，TiO2含量一般為0.13%～0.56%，含量均較低，沒有綜合利用價值。

有害組分中的S 主要賦存于黃鐵礦中，S 含量隨風(fēng)化程度而變化，風(fēng)化帶中S 大部分已流失，含量甚微，S 含量為0.09%～1.15%；新鮮礦石中S 含量為1.09%～4.15%；Ti 主要賦存在褐鐵礦、黃鐵礦中，F(xiàn)eO 含量為0.11%～9.08%， Fe2O3含量為0.38%～15.79%。

3.2.4 礦石類型

礦石自然類型是根據(jù)礦石中賦礦巖石的巖性劃分，將石墨礦石自然類型劃分為石墨片巖型礦石-石墨變粒巖型礦石-石墨混合巖型礦石三種，研究區(qū)石墨片巖型礦石為主。

區(qū)內(nèi)礦石工業(yè)類型屬晶質(zhì)（鱗片狀）石墨礦石，根據(jù)礦石的風(fēng)化程度和礦石的結(jié)構(gòu)特征劃分為風(fēng)化礦石和原生礦石兩部分；其中，風(fēng)化礦石大都呈松散狀、碎塊狀、土狀，礦石中的石墨礦物呈淺灰-深灰色，斜長石多已風(fēng)化成高嶺土或粘土礦物，原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造部分保留或已全部改變；原生礦石結(jié)構(gòu)緊密，礦石較致密堅硬，礦石中石墨呈深灰色-灰黑色。

4 礦床成因探討及找礦標(biāo)志

4.1 成礦物質(zhì)來源

研究區(qū)石墨礦床賦存于古元古代麻源巖群大金山巖組第二、三巖性段的變質(zhì)巖系中，后經(jīng)強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用，致使大金山巖組含碳、高鋁、富硅、鈣質(zhì)碎屑沉積變質(zhì)成片巖、變粒巖和片麻巖、混合片麻巖等中深變質(zhì)巖，同時巖層中的碳質(zhì)向晶質(zhì)石墨轉(zhuǎn)化形成石墨礦[3-9]。

4.2 成礦時代

古元古代麻源巖群大金山巖組為主要變質(zhì)時期，即呂梁期-形成石墨礦，晉寧期-加里東期的多次區(qū)域變質(zhì)期、加里東期巖漿作用和混合巖化作用的疊加改造期致使石墨礦進(jìn)一步富集[10]。

4.3 成礦機(jī)制

研究區(qū)內(nèi)古元古代麻源巖群大金山巖組地層中的碳質(zhì)在區(qū)域熱動力變質(zhì)作用過程，在高溫的條件下，碳質(zhì)重結(jié)晶形成石墨；后期經(jīng)多期次的巖漿活動及混合巖化作用，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)石墨富集再結(jié)晶，最終形成晶體較為粗大的晶質(zhì)石墨礦床。研究區(qū)內(nèi)礦床成因?qū)俪练e變質(zhì)（后期改造）型石墨礦床。

4.4 找礦標(biāo)志

古元古代麻源巖群大金山巖組第二、三巖性段富含石墨片巖類或變粒巖類是本區(qū)尋找石墨礦床的重要標(biāo)志。

5 結(jié)論

武夷山桃棋礦區(qū)位于閩西北隆起帶之浦城-洋源隆起中部，崇安-石城深斷裂帶北段，區(qū)內(nèi)石墨礦體嚴(yán)格受地層層位控制，古元古代麻源巖群麻源群大金山巖組第二、三巖性段為區(qū)內(nèi)主要含礦地層；區(qū)內(nèi)古元古代麻源巖群基底地層受區(qū)域熱動力變質(zhì)作用影響，早期形成的一套富含有機(jī)質(zhì)的淺海泥砂沉積建造地層發(fā)生變質(zhì)，使地層中的有機(jī)碳富集形成鱗片狀晶質(zhì)石墨；后期經(jīng)多期次的巖漿活動及混合巖化作用，使區(qū)內(nèi)石墨晶片增大且進(jìn)一步富集呈大鱗片石墨，因此，認(rèn)為區(qū)內(nèi)礦床成因?qū)俪练e變質(zhì)（后期改造）型石墨礦床。