中国石墨矿床成矿规律概要

石墨是特殊地质作用的产物，也是新兴产业发展的重要原材料。文章通过对中国石墨矿床分布特征、矿床类型、成矿时代和矿床成因的分析与归纳，初步总结了中国石墨矿床的成矿规律，以及目前石墨矿资源存在的问题。可将中国石墨矿床根据成因分为区域变质型、接触变质型和岩浆热液型 3种类型。其中，以区域变质型最重要，其主要与区域变质作用密切相关，分布在古老地台周缘的元古代地层中，分布广、规模大; 接触变质型主要分布在滨太平洋构造域活动大陆边缘活动带，与加里东期、燕山期岩浆活动有关，矿体分布在岩体外接触带，品位高但规模较小; 岩浆热液型石墨矿并不常见，以产于碱性花岗岩中新疆苏吉泉石墨矿床最为典型。各种类型石墨矿床的成矿物质主要来源于沉积地层中的有机质。

石墨由于特殊的结构而具有耐高温性、抗热震性、导电性、润滑性、化学稳定性以及可塑性等众多特性，广泛的应用在冶金、机械、化学、电气等众多工业领域中。作为 2010 年度诺贝尔物理学奖主题、21世纪革命性的新材料，石墨烯将推动电子等产业步入新的发展阶段。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，因此，它是 一种用途广泛的特殊的非金属矿物原料，也是军工 与现代工业及高、新、尖技术发展中不可或缺的重要 战略资源。中国石墨矿床分布广泛，类型齐全，储 量、产量、出口量均位居世界前列，但新兴产业领域 的高端产品还不多，尤其是什么样的石墨原料更适 合作为石墨烯等新兴产业所必需的原料，还没有充 分的研究。本文通过对全国多处石墨矿床产地的调 查，初步总结了全国石墨矿床的成矿规律，以供找矿 勘查工作借鉴。

1 中国石墨矿产资源概况

据美国地质调查局数据，截至 2013 年，__已 探明的天然石墨储量约1. 3 亿吨，其中，中国储量约 为5500 万吨，占__的 42% ( http: / /minerals. usgs. gov) 。中国石墨虽然储量丰富，但目前还只是处于 产业链中原料供应者的地位，深加工技术非常薄弱。 针对中国石墨矿业的现状和发展形势，深入探讨石 墨矿床的基本特征及成因类型，全面总结成矿规律， 对于石墨矿床的勘探以及石墨产业的发展具有重要 意义。 __石墨矿产分布相对集中，主要分布于少数 几个国家。

晶质石墨矿床主要蕴藏在中国、乌克兰、 斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国。其中，马达加斯 加盛产大鳞片石墨，斯里兰卡盛产高品位的致密块 状石墨。隐晶质石墨矿床主要分布于印度、韩国、墨 西哥、奥地利、中国等。多数国家只产出一种类型的 石墨，只有中国等几个国家晶质石墨和隐晶质石墨 都有产出。 石墨矿床在全国20 个省( 自治区、直辖市) 均有 产出，已探明储量的矿区有 91 处，总保有储量居世界第1 位，石墨是中国的优势矿种之一。全国石墨 储量约为 5500 万吨。其中，晶质石墨储量 4650 万 吨，占总储量的84. 5%;隐晶质石墨资源储量850 万 吨，占总储量的 15. 5%。地区分布呈现“东多西少" 的规律。

黑龙江最多，它的储量占全国总储量 的45. 4%，黑龙江、内蒙古、山东为中国石墨资源的 三大产地，分布有柳毛、兴和、南墅等著名大型、超大 型石墨矿床。 中国石墨矿产资源分布的特点表现为: ① 矿石 种类齐全，以晶质石墨为主，也有隐晶质石墨; ② 矿 产地分布广泛，而储量又相对集中于少数成矿最有 利的地区。根据资源储量的多少，晶质石墨矿床依 次分布于黑龙江、山西、四川、山东、内蒙古、河南、湖 北、陕西等8 个省( 自治区) 。

其中，黑龙江保 有晶质石墨矿储量为全国之冠，占中国晶质石墨保 有矿物储量的53%。隐晶质石墨矿主要分布于内蒙 古、湖南、广东、吉林、陕西、山东、福建 7 个省( 自治 区) 中，

其中内蒙古和湖南两省( 区) 之和占全 国隐晶质石墨保有矿物储量的65%。内蒙古、陕西、 广东、吉林、黑龙江、湖南 6 省( 自治区) 既有晶质石 墨矿产出，又有隐晶质石墨矿产出。中国石墨资源 的分布呈现“东多西少"的特征，主要是受中国东部 的特定构造环境控制，根本原因在于中国板块与相 邻板块的长时间作用，形成了独特的构造格局，尤其 是在演变过程中发生了一系列的构造-热事件，为石 墨矿床的形成提供了有力的条件。 中国区域变质型石墨矿床分布规律明显，主要分布在古老地台、地块周缘，黑龙江鸡西柳 毛和萝北云山特大型石墨矿床分别位于佳木斯地块 的南缘和北缘;内蒙古兴和、山东南墅特大型石墨矿 床分别位于华北地台的北缘和东缘，在华北地台南缘还 分布有河南鲁山背孜等一系列矿床;在扬子地台的西 缘和北缘分布有四川攀枝花中坝、湖北宜昌三岔垭 等典型矿床。区域变质型石墨矿床产于古老板块周 缘，可能主要与板块汇聚、板块升 降过程中的变质作用有关。

接触变质型石墨 矿床主要分布在中国东部活动大陆边缘地区，这 些矿床的产出主要受中酸性侵入岩控制。岩浆热液型石墨矿床主要分布在新疆，与碱性花岗岩有关，其 中以苏吉泉石墨矿床最为典型。

2 矿石及矿床类型

石墨的用途主要决定于它的结晶程度，鳞片状 石墨可用于电池原料和原子能等尖端技术原料，隐 晶质石墨可用于耐火材料和铅笔原料等。因此，根 据工业用途不同，石墨可划分为片度大于1 μm 的鳞 片状晶质石墨和小于1 μm 的隐晶质( 土状) 石墨 相应地，石墨矿床可以划分为晶质石 墨矿和隐晶质石墨矿。按照成因之不同，石墨矿床的类型可以分为区 域变质型 ( 如黑龙江柳毛、山东南墅等) 、接触变质 型 ( 如湖南鲁塘、江西长寿源等) 和岩浆热液型 ( 如新疆奇台苏吉泉等) 3 类。其中，区域变质型和 岩浆热液型矿床主要发育鳞片状晶质石墨，接触变 质型矿床主要发育隐晶质石墨。

根据石墨矿石岩性 之不同，可将石墨矿石划分为多种类型，区域变质 型石墨矿床主要发育片麻岩型、片岩型、大理岩型、 变粒岩型和长英质岩型矿石; 接触变质型石墨矿床 主要发育板岩型和千枚岩型矿石; 岩浆热液型石墨 矿床主要发育花岗岩型、闪长岩型和长英质岩型矿 石区域变质型石墨矿床的原岩建造为含碳质黏土 岩-中基性火山岩-碳酸盐岩建造，石墨极负的碳 同位素特征显示其来源于有机质。古老地层中的有机质经过区域变质作用形成石墨， 中国区域变质型石墨矿床主要赋存在元古界孔兹岩 系中，这类地层分布范围较广、研究程度相对较高、 标志明显，可以作为区域地层对比的标志层,接触变质型和岩浆热液型石墨矿床，均是由煤 系沉积地层中的有机质受到岩浆热作用发生变质形 成的。煤系地层中的有机质对锗、镓、铀等金属元素 具有较强的络合能力，在与岩浆发生热接触变质的 过程中，同样有吸附富集岩浆中金属元素的可能。

需要指出的是，在中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。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。中国已发 现一些粗鳞片比例较高的矿床，如河南背孜、山东南 墅等，都与混合岩化作用有关。重熔分异产生的长 英质脉体，为石墨重结晶提供了有利条件，从而使整 个矿床的石墨粗鳞片比例大为提高。区域变质型石 墨矿床受到混合岩化作用，石墨发生重结晶的过程 与岩浆热液型石墨矿床的形成机理相似。因此，在 区域变质型石墨矿床中，往往出现岩浆热液型矿床 的一些特征。 区域变质型石墨矿床常产出于古老地台周缘变 质岩地层中，主要见于地壳早期有较高热流值的深 变质地体内，形成石墨的温压范围比较宽。变质程 度从片岩相、角闪岩相到麻粒岩相都有。这 类矿床虽然矿石品位不高，但是规模很大，其原岩为 沉积于浅海环境的一套富铝黏土岩建造， 部分夹有基性火山岩。石墨的形成一般与区域动力 热流变质或低温动力变质作用有关。在区域变质过 程中，原岩中的有机质在还原条件下发生脱氧、脱氢 反应，结晶成鳞片状石墨，由于变质作用持续时间 长、变质程度高，区域变质型矿床中的石墨往往结晶 程度较高，通常为鳞片状晶质石墨矿床。

一般来说， 变质程度越高，石墨晶体越大，石墨中所含杂质越 少，可选性较好，易于提纯。中国的石墨矿床也以区 域变质型石墨矿床最为重要，而且规模大、储量多、 质量好。 接触变质型石墨矿床主要见于活动大陆边缘， 一般形成于早期挤压-中酸性岩浆活动阶段。石墨 矿体往往产出于侵入岩的外围，原岩为富有机质泥 岩、页岩或者煤系地层，地层中的有机质受到岩浆热 烘烤而变成石墨。由于变质作用持续时间相对较 短，变质条件为高温低压，变质程度相对较低，所形成的石墨多数为隐 晶质。虽然隐晶质石墨矿床品位较高( 最高可达 80%以上)，但可选性差，杂质较多 而不易提纯。 岩浆热液型石墨矿床以新疆苏吉泉为代表。苏 吉泉花岗岩体沿克拉麦里断裂侵入，在侵入过程中 同化了石炭纪地层中富有机质的岩石，地层中长英 质矿物在高温高压下发生熔融，其中的有机质发生 变质而形成石墨，并在岩浆沸腾翻滚条件下可形成具有球状构造的石墨矿石。变质条件为高温中压。

3 成矿时代

石墨矿床多是由富有机质的沉积地层发生变质 作用形成的。石墨矿床的形成要具备2 个条件，一 是地层沉积时富含有大量有机质，二是沉积地层发 生较为强烈的变质作用。因此，根据石墨矿床的形成过程，可分为沉积时代和变质时代。

中国石墨矿 床的沉积时代主要有太古宙、元古宙、古生代和中生 代。区域变质型石墨矿床是中国石墨矿床的主要类 型，沉积时代多数为元古宙。接触变质型石墨矿的地层沉积时代多数为石炭纪、二叠纪，少量为震旦纪、寒武纪和侏罗纪，变质作用主要受燕山期岩浆活 动控制。少数石墨矿床的变质作用发生于加里东期。 区域变质型石墨矿床经历了较为强烈的区域变 质作用，一般来讲，含矿地层均比较古老。中国区域 变质型石墨矿床矿源层的沉积时代从新太古代延续 到寒武纪，其中，元古界在中国古老板块中较为发 育，并且变质作用强烈，是区域变质型石墨矿床最重 要的赋矿层位。中国石墨矿床的变质时代主要在中 条期、晋宁期和加里东期。一些古老富有机质的沉 积地层可能会经历多次区域变质作用，并且可能会 受到后期岩浆事件影响，因此，石墨矿床的变质时代 可能存在多期性。此外，由于区域变质作用并不是 一蹴而就的，通常会持续很长时间。如在山东南墅 石墨矿床所赋存的荆山群中，变质锆石的 U-Pb 年龄 集中在1900 ～1850 Ma 和1840 ～1820 Ma，分别代表 荆山群富铝片麻岩峰期高压麻粒岩相的变质时代和 峰后中低压麻粒岩相的退变质时代，而与石墨共生变质成因黄铁矿的 Re-Os 年龄 为。由于锆石 U-Pb 体系 封闭温度较高，黄铁矿 Re-Os 体系封闭温度较低，记 录了变质作用不同阶段发生的时代，可见，荆山群中 的有机质经麻粒岩相变质形成石墨的过程能够持续 约100 Ma。 区域变质作用范围较广，佳木斯地块和华北板 块不同位置产出的石墨矿床无论是沉积时代，还是 变质时代都比较一致。在佳木斯地块，含石墨矿床 地层的沉积时代为新元古代，变质作 用主要发生在加里东期，以佳木斯地块南缘麻山群中的柳毛石墨矿 床、北缘大盘道组萝北云山石墨矿床为典型; 在华北 地台周缘，分布有山东荆山群中的南墅石墨矿床、辽 宁辽河群中的桓仁石墨矿床、河南太华群中的鲁山、灵宝石墨矿床、内蒙古集宁群中的兴和石墨矿床等， 其含矿地层的沉积时代为 2. 3 ～ 2. 1 Ga，变质时代为 1. 9 ～ 1. 8 Ga;在扬子地台，虽然石墨赋矿层位较 多，从古元古代到寒武纪地层均有，如湖北宜昌崆岭 群中的三岔垭石墨矿床、四川攀枝花盐边群中的中 坝石墨矿床、云南牟定苴林群中的戌街石墨矿床，其 沉积时代为古元古代—新元古代，区域变质作用发生于晋宁期;在华夏地块周缘，分布有江西金溪县峡 山罗峰溪群石墨矿床、海南陀烈群伍园石墨矿床、福 建建阳麻源群岭根墙石墨矿床等，沉积时代为新元 古代—寒武纪，变质时代主要为加里东期。

接触变质型石墨矿床和岩浆热液型石墨矿床均 与岩浆作用关系密切，矿体的分布主要受侵入岩控 制，距离岩体越近，变质程度越高，品位也越高，其变 质时代与岩浆侵入时代一致。由煤层受到接触变质 而形成石墨的成矿作用主要发生于东部活动边缘 带，大体相当于古欧亚大陆板块形成晚期，滨太平洋 构造域强烈活动阶段早期。晚古生代古亚洲洋的闭 合使得中国地块与西伯利亚连成一体形成欧亚大 陆。中生代后，中国大陆板块西南缘发生剧烈的碰 撞，从而在西部形成中亚-喜马拉雅型大陆活动带， 表现为挤压隆起、褶皱冲断、地壳加厚、中酸性岩浆 活动。新疆苏吉泉岩浆热液型石墨矿床正是产于这 样的构造背景之下。燕山期太平洋板块向欧亚板块 的强烈俯冲，造成大量中酸性岩浆活动，断裂-岩浆 作用的活跃，为煤层接触变质型石墨矿的形成提供 了有力的条件，如湖南鲁塘石墨矿。

接触变质型石墨矿床具有较高的 矿石品位，沉积、变质时代成矿规律不是很明显。区 域变质型石墨矿床虽然品位不高，但是规模较大，变 质程度从绿片岩相到麻粒岩相都有产出，同一区域 的石墨矿具有相似的沉积时代和变质时代。

4 成矿物源及成因

关于石墨成矿物质的来源问题，长期存在着有 机碳和无机碳 2 种观点的争论。从 表2 可见，无论是区域变质型石墨矿床、接触变质型矿床还是岩浆热液型矿床，由碳同位素显示的成矿 物质来源主要为沉积地层中的有机碳。从柳毛石墨 矿和南墅石墨矿床中石墨及大理岩碳同位素特征的 巨大差异也可以看出，石墨及大理岩中的碳来源不 同。鞍山 BIF 铁矿床中石墨的碳同位素特征表明， 石墨中的碳可能来源于无机碳，是由碳酸盐岩脱氧 而形成的。 区域变质型石墨矿，主要是由于富有机质地层 经过变质作用形成，少数是由碳酸盐岩地层变质形 成。对于接触变质型石墨矿床，其形成与岩浆作用 关系十分密切，岩浆为成矿提供了热源，但从其碳同位素特征来看，成矿物质主要是从地层中的有机质 继承下来的。苏吉泉石墨矿产于花岗岩中，看似其 中的碳来源于岩浆，但其碳同位素特征仍然显示成 矿物质来源于地层。由于碳酸盐 岩中的碳和地层中的有机质都有可能为成矿提供物 质来源，碳同位素组成也显示其中的碳主要来源于 有机质，

但并不能排除少量碳来源于碳酸盐 岩的可能性。 中国区域变质型石墨矿床含矿建造的原岩性质 一般为黏土-碳酸盐岩沉积，部分矿床夹有基性火山 岩，含矿建造沉积于近陆源浅海滨海地带，还原条件 良好，有机质丰富，为石墨成矿提供了最初的物源。 区域变质作用形成石墨的温压范围比较宽，从麻粒 岩相到绿片岩相都有。一般来讲，变质程度越高，石 墨的鳞片粒度越大。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。角闪岩相的形成温度为 600 ～ 800℃，压力为 400 ～600 MPa;绿片岩相的形成温度为300 ～550℃， 压力为200 ～500 MPa。佳木斯地块和华北地台石墨 矿床的变质程度达到角闪岩相-麻粒岩相，石 墨晶体粗大，资源储量较大;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，石墨晶体 细小，资源储量较小。接触变质型石墨矿床是由岩 浆侵入煤系地层引起煤层接触变质而成，接触变质 晕的宽度不等，一般可达 2 ～ 3 km，接触变质晕内形 成各种板岩、千枚岩、变质砂页岩及煤变成的石墨， 其变质程度可达角闪石-角岩相和辉石-角岩相，成矿 温度大于540℃，但压力小于200 MPa。

5 典型矿床

5. 1 南墅石墨矿床 南墅石墨矿床位于山东省莱西市南墅镇，地处 华北地台东缘胶北古隆起区西南部刘家庄背斜核 部，属沉积变质型晶质石墨矿床。含矿岩系为古元 古界荆山群的大理岩夹石榴斜长片麻岩段和斜长角 闪岩及透辉岩段，变质级别达角闪岩相-麻粒岩相。

通过与石墨共生变质成因黄铁矿 Re-Os 等时线图 可以看出，区域变质作用成矿发生的时代为 ( 1779 ±25) Ma。矿体呈似层状或透镜状产出，固定 碳平均含量为 3. 94% ～ 5. 57%，累计探明资源储量 约1000 万吨，属大型矿床。

5. 2 鲁塘石墨矿床 湖南省郴州市鲁塘石墨矿床位于粤桂湘赣褶皱 带骑田岭褶皱区鲁塘复向斜东翼，骑田岭花岗岩体 西侧( 邵志富等， 1988) 。矿体赋存于上二叠统乐平 组煤系地层中，属于接触变质型矿床。中生代燕山 期骑田岭花岗岩多与围岩呈齿状或枝叉状侵入接 触。石墨 Re-Os 同位素等时线年龄( 155. 6 ± 3. 6) Ma

较好地记录了鲁塘石墨矿床的形成与骑田 岭岩体第二阶段花岗岩关系紧密，在岩浆烘烤作用 下，在骑田岭岩体西侧外接触带宽约900 m 范围内 的地层发生热接触变质，导致靠近岩体的煤变质为 石墨，形成矿体形态复杂的隐晶质石墨矿床。固定 碳含量一般为75% ～80%，探明资源储量 950 万吨，为大型矿床。

5. 3 苏吉泉石墨矿床 苏吉泉石墨矿位于新疆克拉麦里山北麓东准噶 尔优地槽褶皱带，剧烈的构造变动，形成一系列紧闭 的线形褶皱和逆冲断裂，苏吉泉花 岗岩体沿克拉麦里断裂侵入，在侵入过程中同化了 石炭纪地层中富有机质的岩石，地层中的有机质在 高温高压作用下发生变质形成石墨，在岩浆沸腾翻 滚条件下形成独具特色的球状构造矿石。属岩浆热 液型矿床。固定碳含量一般为2. 50% ～ 8. 78%，探 明资源储量15 万吨，为小型矿床。

6 结 论

(1) 中国石墨资源丰富，但分布不均，呈现出 “东多西少"的特点，以黑龙江省为最多，储量占全国 的45. 4%，黑龙江、内蒙古、山东石墨矿为中国石墨矿三大产地。

(2) 按照矿床成因不同，石墨矿床类型可分为 区域变质型、接触变质型和岩浆热液型，其中以区 域变质型石墨矿床最为重要。区域变质型石墨矿床 主要产于古老地台、地块周缘的变质岩系中，接触变 质型石墨矿床主要位于滨太平洋构造域活动大陆边 缘活动带。各种类型石墨矿床中的石墨碳同位素均 显示其来源于沉积地层中有机质。

(3) 区域变质型石墨矿床沉积时代主要为元古代，变质作用发生在中条期、晋宁期和加里东期，接触变质型石墨矿沉积时代为古生代和中生代，变质 作用主要发生于加里东期和燕山期。

(4) 中国石墨矿床类型较全，分布广泛，找矿前 景较大，但各种类型石墨矿床的成矿物质主要来源 于沉积地层中的有机质。变质程度越高，越有利于 形成质量好的晶质石墨矿床。因此，加强元古宙乃 至于更古老变质岩地层中含有机质地层的含矿性评 价，特别注意有利变质地层与侵入岩的接触带，可能 存在质量更好、品位更高的石墨矿床。