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富镓矿床

富镓矿床

优质回答镓的极度分散性造成了它不能形成独立矿床,只能从其它元素的矿床中综合回收。我国各类含镓矿床中镓的工业利用标准:铝土矿矿石为20×10

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,黄铁矿矿石为200×10

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,闪锌矿矿石为100×10

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,锗石为1000×10

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,煤为30×10

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,明矾石为22×10

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,与碱性岩有关的岩浆矿床中磷灰石-霞石矿石及精矿为100×10

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(全国矿产储量委员会,1987)。这也显示出了镓富集的主要矿床类型。根据笔者的研究,上述类型的矿床中,黄铁矿矿床很少有富镓者;含镓的明矾石矿床在我国东南沿海火山岩地区发育;锗石一般含镓很高,但其本身就很稀少,因此锗石矿床并不是镓的主要矿床类型;原煤中的镓含量并不十分高,一般在10×10

-6

~30×10

-6

之间,只有经过二次富集才具有工业意义。目前,美国和加拿大已成功地从火力发电厂的煤灰中回收镓(Canom,et al.,1981;Conzemius,1984;Zheng Fang,et al.,1996)。从现有资料来看,富镓矿床的主要类型包括:①铝土矿床;②铅锌矿床;③煤;④明矾石矿床。

一、铝土矿床中的镓

铝土矿中的镓是世界镓资源的最主要来源,全世界铝土矿中镓的含量一般为50×10

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~250×10

-6

,与镓的地壳克拉克值相比,富集了3~16倍。据刘中凡等(2000)统计,全国310个铝土矿床中,大型规模者35个,中型94个,小型181个,排名前5位的省区为山西、贵州、河南、广西和山东,其中沉积型铝土矿床289个,堆积型17个,红土型仅4个,一水铝石型矿床数为306个(表9-11)。这些以一水硬铝石为主要有用矿物的铝土矿,伴生的镓都达到了工业利用指标。同时可以看出,中国的铝土矿床成矿时代主要集中在石炭纪,矿床数218个,占铝土矿床总数的70%,其次为二叠纪86个,占28%,其余时代(三叠纪和第四纪)矿床6个,占2%。

表9-11 中国铝土矿类型

(一)贵州铝土矿中的镓

根据刘平(1993,1994,1995,1999)的研究,黔中—川南铝土矿含矿带范围包括贵阳、安顺、毕节地区一部分,遵义地区大部和重庆南部的南川、武隆、彭水等地。其东、南边界大致在德江—瓮安—贵阳—平坝一线,西、北边界大致在习水—金沙—毕节—赫章一线。铝土矿主要集中在清镇、贵阳、修文、息烽、开阳、遵义、正安、道真、务川,向北延至重庆南川、武隆等地,构成一个NNE向的黔中-川南铝土矿成矿带。按铝土矿床(点)相对集中的片区,自南而北可分为修文、息烽、遵义、正安和道真五个铝土矿带,分布有上百个铝土矿床(点),矿带间为无矿带所间隔。在大地构造上,该成矿带主要分布在上扬子台褶带内的正安拱褶断束和黔中拱褶断束两个Ⅲ级构造单元之内。铝土矿含矿岩系西部以垭都-紫云深断裂为界,南东部以贵阳-芷江深断裂为界(图9-8)。

1.铝土矿含矿岩系

贵州铝土矿的含矿岩系主要为一套产于下古生代侵蚀面上的以含铝土矿为主,兼含铁矿、硫铁矿、耐火粘土和煤矿的沉积岩系,岩石类型较多,主要有铝质岩类(包括各种类型的铝土矿和铝土岩、铝铁岩)、粘土岩类、绿泥石岩类、铁质岩类、炭质岩类、硫铁矿类及少量石英砂岩、石英粉砂岩等。

(1)铁质岩-铝质岩:下部主要为铁质粘土岩、绿泥石粘土岩、绿泥石岩,夹块状、豆荚状的赤铁矿、绿泥石铁矿、菱铁矿及褐铁矿透镜体、扁豆体和结核,局部构成铁矿体。铁矿一般1层,少数2~3层,单层一般厚0.5~2m,最厚达16m。中上部为铝质岩,包括各种类型的铝土矿和铝土岩,常夹粘土岩,时有炭质粘土岩和劣质煤。此类岩石以修文矿带最为普遍和典型。

图9-8 贵州铝土矿分布地质简图

(2)粘土岩-铝质岩:下部主要为伊利石粘土岩,常含星点状、结核状、致密块状黄铁矿,局部构成工业矿体;中上部有各种铝质岩夹粘土岩,夹炭质粘土岩和劣质煤。此类岩石遍布全区,以遵义矿带最为典型。

(3)粘土岩:粘土岩类岩石常见的有碎屑状伊利石粘土岩(由粘土岩组成具棱角-次棱角状的碎屑)、高岭石伊利石粘土岩、绿泥石粘土岩、铁质粘土岩等,底部有时见赤铁矿、菱铁矿、绿泥石铁矿及褐铁矿扁豆体、结核等。此类岩石主要分布在矿体、矿带的周边和无矿带。其形成有两种可能,一种是沉积时就没有铝质岩类,另一种是在上覆地层覆盖之前,上部的铝质岩就已剥蚀殆尽。

(4)铝质岩:整个含矿岩系全由铝土矿和铝土岩组成,没有任何其它岩类。此类岩石分布零星、稀少,厚度较大的有遵义仙人岩矿床。

可以看出,铝土矿含矿岩系基本上可分为两个岩性段,下部为铁质岩或粘土岩,中上部为铝质岩段,含矿岩系基本上都出现在基底为古岩溶发育区的岩溶槽谷、岩溶漏斗和岩溶洼地中(图9-9)。

含矿岩系主要假整合于下古生界之上,其上为上古生界假整合覆盖,含矿岩系的直接下伏、上覆地层,均有自南向北依次升高的特征。修文铝土矿带含矿岩系的直接下伏岩层有下寒武统金顶山组粉砂质页岩,清虚洞组、中寒武统高台组、石冷水组和中上寒武统娄山关群白云岩;东部杨麦冲一带为上泥盆统望城坡组白云岩,西北端赫章黄河一带为下奥陶统砂页岩。息烽铝土矿带含矿岩系的直接下伏岩层主要为娄山关群白云岩,东部瓮安地坪、新华一带为下奥陶统桐梓组白云岩。遵义铝土矿带的直接下伏岩层有娄山关群白云岩,下奥陶统桐梓组白云岩、页岩,红花园组石灰岩,湄潭组页岩、粉砂岩,中奥陶统十字铺组粉砂岩,上奥陶统涧草沟组页岩和下志留统松坎组粉砂岩、泥岩。习水、桐梓、绥阳、湄潭及凤岗等地基本无矿带内,含矿岩系直接下伏岩层多为下志留统韩家店群泥、页岩。正安、道真两矿带内含矿岩系的直接下伏岩层主要为韩家店群泥、页岩,但也有相当部分为上石炭统黄龙组石灰岩。

图9-9 贵州铝土矿矿体形态示意图

含矿岩系的直接上覆岩层,修文矿带主要为下石炭统上司组和摆佐组灰岩、白云岩、泥灰岩等,少数为下二叠统梁山组炭质页岩、页岩。息烽、遵义、正安和道真四个矿带及习水、桐梓、绥阳、凤岗等地基本无矿带,含矿岩系的直接上覆岩层均为下二叠统梁山组炭质页岩、页岩和栖霞组石灰岩。

2.铝土矿床主要特点

区内铝土矿的主要形成时代为石炭纪。矿石主要由硬水铝石及少量粘土等矿物组成,按自然类型可分为土状—半土状、碎屑状、豆状—豆鲕状和致密状;按工业类型划分有低铁低硫型、高铁型和高硫型;按所含杂质矿物可分为伊利石铝土矿、高岭石铝土矿、绿泥石铝土矿等,在遵义矿带还常见一种黑色似煤的炭质铝土矿。含矿岩系中大多只有1层铝土矿,少数2~3层,个别厚度巨大的含矿岩系(厚110m)中。铝土矿多达 14层,累计厚度达73m(后槽矿床);铝土矿单层剖面的上部一般是低铁低硫型铝土矿,下部为高硫型铝土矿;在矿带边缘常有高铁铝土矿。

由于矿体产于下伏地层(寒武系高台组和娄山关群白云岩、桐梓组粘土岩、白云岩)的侵蚀面上,矿体的形态和产状明显受底板古岩溶地貌的控制,因而分别呈层状、似层状、透镜状及漏斗状等(见图9-9)。常有星点状、结核状和致密块状黄铁矿产于粘土岩、炭质岩、铝土岩和铝土矿中,并常构成工业矿体。黄铁矿体(主要是含黄铁矿的粘土岩)多产于下段和上段下部,一般有1层,少数3~4层,单层一般厚l~5m。

据刘平(1995)的研究,区内铝土矿中的硬水铝石是由三水铝石变质而成的,这一点已从硬水铝石氢氧同位素测定结果得到证实。修文矿带(8件平均)δ

18

O

SMOW

值为11.9‰,δD

SMOW

值为-83.9‰;遵义矿带(6件平均)δ

18

O值为13.3‰,δD值为-86.2‰;正安矿带(2件平均)δ

18

O值为13.3‰,δD为-86.5‰;道真矿带(3件平均)δ

18

O为12.6‰,δD为-86.7‰.世界红土型铝土矿中三水铝石的δ

18

O

SMOW

一般为+8.2‰~+13‰,规模巨大的几内亚红土型铝土矿中三水铝石的δ

18

O

SMOW

平均为12.6‰。

3.铝土矿中镓的含量

表9-12为贵州主要铝土矿带矿石的化学成分。可以看出,5个矿带中除修文矿带矿石平均含镓70×10

-6

,略低于其它矿带的镓含量,息烽矿带平均含镓143×10

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,遵义矿带平均含镓124×10

-6

,正安矿带平均含镓127×10

-6

,道真矿带平均含镓125×10

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(刘平,1995)。以400Mt的铝土矿矿石储量来说,其蕴藏的镓资源量是巨大的。

表9-12 贵州各主要铝土矿带矿石平均化学成分

表9-13 不同时代和不同工业类型铝土矿的平均化学成分

从不同成矿时代和不同工业类型铝土矿的主要化学成分(表9-13)可以看出,早石炭世产出的铝土矿与晚石炭世产出的铝土矿镓含量基本一致,分别为127×10

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和122×10

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。而高铁型铝土矿镓含量(平均为100×10

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)低于低硫低铁型和高硫型铝土矿的镓含量(分别为124×10

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和121×10

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),但差别不是很大。不同时代及不同工业类型铝土矿的Li和B含量明显不同。

(二)豫西铝土矿中的镓

河南省是我国第3大产铝省,已探明铝土矿床38处,矿石储量约4亿t(戴耕等,2000)。汤艳杰等(2001,2002)对豫西铝土矿中的镓进行了系统的研究,研究显示,豫西铝土矿含有丰富的镓资源。

1.豫西铝土矿分布特点

豫西铝土矿的分布与古地理、古地形有密切关系,主要分布于古高地的边缘(图9-10)。根据矿床地质特征及产出的地理位置,可划分出三个成矿区。

图9-10 豫西铝土矿分布图

(1)陕县-新安成矿区:以张窑院、贾沟、曹窑、杜家沟等矿床为代表,多为大中型矿床。矿体形态呈巨大透镜状和囊状,矿石类型为高岭石-一水硬铝石型,品位中到高,矿石结构以碎屑状、豆状为主,矿物结晶良好,工业价值高。现已探明矿区14个,储量达1.73×10

8

t。

(2)偃师-巩义成矿区:主要矿床有涉村、小关、大沟峪、茶店等矿床,多为大型矿床。矿体以层状、似层状为主,矿石类型主要为伊利石-一水硬铝石型和叶蜡石-一水硬铝石型,品位中等。该区已探明矿床7个,储量达9907.5×10

4

t。

(3)登封-禹州成矿区:主要矿床有方山、老君堂、边庄、张扒沟等矿床,多为浅埋藏的中小型矿床。矿体形态复杂,以透镜状、漏斗状为主,矿石类型属高岭石-一水硬铝石型和水云母-一水硬铝石型,品位较高,矿体厚度变化大,最厚达50m,矿石结构以碎屑状、豆状和砂岩状为主,发育蜂窝状构造。该区已探明矿床5个,储量2571×10

6

t。

豫西铝土矿的成因主要为台地沉积的一水硬铝石型铝土矿,产于奥陶系碳酸盐岩古侵蚀面上石炭纪海进沉积岩系的底部岩层中,矿体形态受古岩溶地形控制。矿石构造主要有豆状、鲕状、致密块状、蜂窝状及土状,矿物成分主要为一水硬铝石,其次为高岭石和含铁-钛矿物,化学成分以高铝、高硅、低铁为特点。

2.铝土矿中的镓

豫西铝土矿中伴生的镓含量为50×10

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~250×10

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,含量大于100×10

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的矿床主要有张窑院、小关、贾家洼等(表9-14)。最富镓的张窑院矿床矿石含镓200×10

-6

~246×10

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,是地壳克拉克值的13~17倍。按4亿t铝土矿总储量估算,镓的品位取平均值(约70×10

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),则镓的总资源量近3万t。从表9-14看出,不同矿床之间,矿石镓含量差别较大,但都富集了地壳克拉克值的4倍。

表9-14 豫西铝土矿矿石化学成分(%)及镓含量(10

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3.豫西不同矿区矿石类型与镓含量的关系

从表9-14可以看出,尽管不同矿床的镓含量不尽相同,但在同一矿床不同类型的矿石中,蜂窝状、土状矿石含镓较高,而致密状、豆鲕状矿石含镓较低(图9-11)。

土状、蜂窝状矿石镓和铝都高于其它类型的矿石,这说明铝土矿在沉积形成后的风化作用过程中,镓和铝得到了进一步的富集。一般来说,铝土矿形成于潮湿炎热的气候条件下(葛宝勋等,1992)。在这种条件下,铝土矿遭受长期的风化淋滤,沉积物中的硅、铁等流失,致密状矿石变为土状和蜂窝状矿石,铝和镓发生富集,从而提高了矿石品位。同时也证实了在风化过程中镓与铝的密切关系。蜂窝状矿石和土状矿石一般位于矿层的下部,在杜家沟矿床,常见残留的褐铁矿薄膜,蜂窝孔洞壁上有时还存在白色高岭石集合体(汤艳杰等,2001)。

图9-11 豫西不同矿石类型镓含量

4.铝土矿不同层位镓的分布

表9-15和图9-12分别为豫西贾家洼矿床和夹沟矿床采场不同层位Al

2

O

3

、SiO

2

、A/S和Ga的含量及变化特点。在不同层位的矿石中,镓含量的变化总与铝含量及铝/硅比值的大小一致,富矿层对应着镓的高含量,而镓与硅呈反消长关系。这种变化关系在巴西和卡麦隆的铝土矿存在(Hieronymus等,2001)。

表9-15 铝土矿不同层位主要化学成分(%)及镓(10

-6

)含量

在杜家沟矿床,矿石镓含量不但与层位、矿石构造有关,还与矿体厚度存在密切关系(汤艳杰等,2001)。随着矿体厚度增加,矿石中的镓和 Al

2

O

3

也同步升高(图9-13)。矿体厚度大者,铝和镓含量都高,矿体厚度小者,铝和镓含量都低。在矿体的膨大部位,矿石中镓往往高度富集。在山西、贵州的一些铝土矿中也存在这种变化关系。一般来说,矿体厚度变大处,也是Al

2

O

3

最富集的部位,由于镓与铝的密切关系,在这些部位镓通常大量富集。

图9-12 豫西铝土矿不同层位主要化学成分变化关系

图9-13 杜家沟矿床镓与矿体厚度的关系

除了贵州省和河南省外,山西省是我国铝资源第一大省,铝土矿中镓的含量平均为45×10

-6

,全省镓资源量达4万t。同时,铝土矿中伴生的钪、稀土、锂、铷等稀有稀土元素都具有利用价值。

(三)铝土矿中镓的来源及富集机理

华北铝土矿的物质来源,存在两种不同的观点。卢静文等(1997)认为,华北铝土矿的成矿物质主要来自古陆上的铝硅酸盐岩石而并非来自含矿层下伏的寒武纪-奥陶纪碳酸盐岩基底。而吴国炎(1997)的观点则与此相反,认为华北铝土矿的成矿物质主要来自下伏的晚寒武世-中奥陶世碳酸盐岩。刘平(2001)认为,贵州的铝土矿下伏基底碳酸盐岩地层中存在多层泥质岩、砂质岩及泥质碳酸盐岩,这些岩石为铝土矿提供成矿物质的可能性要比纯碳酸盐岩大得多。碳酸盐岩镓的丰度为4×10

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,Al

2

O

3

含量也远低于硅酸盐岩,因此,铝土矿中的镓和铝不大可能由碳酸盐岩风化而来,由古岛硅酸盐岩及基底碳酸盐岩中的泥质和泥质岩夹层提供的可能性更大。铝土矿中大量粘土矿物的存在也是泥质或硅酸盐类岩石提供镓和铝的证据。

Hieronymus等(2001)认为,在硅酸盐岩中,镓主要替换长石中的铝。红土化过程中,长石转变为高岭石,镓与铝一起进入高岭石晶格,一小部分镓进入三水铝石晶格中。在其后的风化过程中,镓的性质基本上由高岭石和三水铝石的溶解度控制。Kopeykin(1984)的研究指出,自然界溶液中镓和铝的性质显示出,风化溶液中镓和铝总是以Ga(OH)

3

和Al(OH)

3

的形式存在,在pH值为3~7的范围内,Ga(OH)

3

比Al(OH)

3

更易溶解,在红土化过程中,酸性介质中三水铝石和高岭石大量形成,铁大量流失,Ga与Al固定于残留的风化产物中。从图9-14的Ga-Al-Fe平衡关系可以看出,在酸性条件和大量铁存在时,镓与铁共生,但并不能形成铝土矿,这种现象在巴西的玄武岩风化壳中存在(Hieronymus等,2001)。在铝能够大量富集的条件下,镓与铁不存在依赖关系。

图9-14 风化过程中Ga-Al-Fe平衡相图

多数沉积铝土矿是红土化风化壳搬运沉积形成的。由于镓比铝更易于被淋滤,因此在铝土矿层上部的镓会向下迁移,富集于矿层下部的蜂窝状的土状矿石中。

二、铅锌矿床中的镓

提起铅锌矿床中的镓,似乎人们都是这样认为:铅锌矿床是镓的主要来源。锌矿石中镓的回收利用指标为100×10

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,比铝土矿中镓的利用标准(20×10

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)高出5倍。

根据Zhang Qian(1987)的资料和我们对国内一些铅锌、锡铅锌矿床最新的分析结果(表9-16)显示,并非所有的铅锌矿床都富集镓。从表中可以看出,与岩浆作用关系密切的铅锌矿床含镓很低,多数矿床主要载镓矿物闪锌矿中镓的含量小于10×10

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,而矿石含镓略高于闪锌矿,研究发现,这些矿床中,斜长石、辉石、阳起石等含铝的硅酸盐类矽卡岩矿物中镓的含量比闪锌矿还要高。

表9-16 中国不同类型矿床矿石及闪锌矿Ga含量

几个与火山作用关系密切的铅锌矿床矿石含镓<10×10

-6

,闪锌矿含镓<20×10

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富镓铅锌矿床的成因类型主要是那些热水沉积或沉积改造作用形成的矿床,即使在该类矿床中也并非所有的矿床都富镓。最富集镓的矿床如凡口、桃林、银山、栖霞山四个矿床,矿石含镓30×10

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~60×10

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,闪锌矿含镓均大于100×10

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,其它多数矿床矿石含镓低于10×10

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,闪锌矿含镓低于20×10

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。即使最富镓的凡口铅锌矿床,原生矿石的镓含量也达不到锌矿石镓的工业利用标准,只有在选矿产品锌精矿及冶炼锌的残渣中镓高度富集后才能回收利用。

南非的Tsumeb铅锌矿床发现了两种镓的独立矿物,以富镓、锗为特点,该矿床成因也属于改造型矿床(Kamona,et al.,1999;Chetty,et al.,2000)。

在各种类型的铅锌矿床中,方铅矿、黄铁矿、磁黄铁矿等金属矿物中镓的含量一般都低于5×10

-6

,含量低者几乎检测不出镓。这说明铅锌矿床中最主要的载镓矿物就是闪锌矿。

总之,铅锌矿床中镓的富集有一定的规律性,富镓铅锌矿床无一例外地都是热水沉积型及沉积改造型矿床。该类矿床具有相对较低的成矿温度,成矿物质来源比岩浆热液成因矿床更复杂。由于目前还没有对铅锌矿床中镓的专门研究,因此镓的富集机制还不能得出令人信服的解释。虽然镓的地球化学性质决定了其亲硫的一面,但它选择性地富集在某一成因类型铅锌矿床中的某几个矿床,这一事实说明,镓在铅锌矿床中的富集肯定还有更加复杂的因素在控制。

三、煤中的镓

关于煤中镓的研究已有50多年的历史,从全世界已有的资料来看,镓的含量一般在10×10

-6

~30×10

-6

之间。我国对煤中镓的利用标准确定为30×10

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,并不是所有煤中的镓都能达到这一标准,如作为我国东北炼焦煤基地的鸡西地区煤中镓的含量仅2×10

-6

~3×10

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,不具备工业利用价值(胡善亭等,1996)。我们对贵州3个煤矿14个样品的分析发现,一个矿床煤中镓的含量为18×10

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~57×10

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,平均39×10

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(5个样品),另两个矿床煤中含镓低于10×10

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(9个样品)。

即使镓达到工业利用标准的煤,由于经济效益和技术等因素,也不可能直接利用煤中的镓。20世纪90年代开始,煤灰中镓的利用研究掀起了一个高潮,据方正等(1994,1996)的研究,取自加拿大、以色列和中国的煤烟尘中镓的含量在100×10

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。因此,火力发电厂及煤气厂燃煤烟尘中镓得到高度富集后,煤中的镓才具有真正的工业利用价值。

张国斌(2001)研究了天津蓟玉煤田大高庄煤矿的微量元素(表9-17)。大高庄煤矿煤系主要为上石炭统开平组、赵各庄组,下二叠统大苗庄组。煤系地层总厚约240m,含煤20层,其中含可采煤层6层,总厚19.4m。赋存于赵各庄组下部的12号煤和大苗庄组下部的9号煤同属本井田主要可采煤层。从表9-17可以看出,9号煤层顶、底板、夹矸及煤层含镓高于5号、12号等煤层。直接底板岩石镓的含量最高,其值介于24×10

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~44×10

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之间,平均值为37×10

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。约有85%的取样钻孔镓含量超过30×10

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,顶板岩石镓含量为22×10

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~56×10

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,平均含镓32×10

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。煤层中镓含量从8×10

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~24×10

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,平均含量为20×10

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。以富灰煤为主的地带镓含量变高,平均值可达22×10

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。在低灰煤、中灰煤分布范围之内,煤层中镓含量明显降低,平均值仅有12×10

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。夹矸中镓含量介于22×10

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~44×10

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,平均值为28×10

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。14号煤层也含有较高的镓。

表9-17 大高庄煤中镓的含量

据张国斌的估算,9号可采煤层镓的储量为1181.79 t,直接底板岩石中镓的储量为4257.34 t,总储量为5439.12 t。

9号煤层顶、底板及夹矸的岩性从炭质泥岩、泥岩、粉砂岩到沉凝灰岩均有分布。这些岩石中泥质为其主要成分,含量可达90%,它们以各种粘土矿物形式存在。9号煤中无机组分含量约占25%,其中的粘士矿物就占80%,显微镜下这些粘士矿物呈团块状和分散状。分析结果及显微镜下鉴定综合分析发现,随煤层中无机组分含量的增多,镓含量也呈升高趋势,二者呈正相关变化,尤其是粘土矿物含量增高时,镓含量也相应变高(表9-18)。煤层顶底板及夹矸中镓含量变化情况也是如此。可见镓含量变化与煤层顶底板及煤中粘土矿物含量有密切关系。这种情况是否能证明煤中的镓存在于粘土矿物中还需要研究。如果镓真的存在于粘土矿物中,那么镓的亲生物性或被有机质吸附的问题是一个值得研究的问题。同时,8×10

-6

~34×10

-6

的镓存在于粘土矿物中,能否在煤的燃烧过程中活化出来富集到烟灰中被回收利用也是一个需要研究的问题。

表9-18 9号煤中镓与灰分和粘土矿物的关系

四、明矾石矿床中的镓

世界上明矾石矿床分布很广,主要在环太平洋带、印度洋带和地中海带中产出。明矾石是一种含铝的硫酸盐矿物,由于镓与铝具有亲密的关系,因此明矾石中常富集镓,成为镓资源的一种重要来源。我国浙江平阳矾山明矾石矿床中的镓就具有综合利用价值(梁祥济等,1998a)。矾山矿床是我国规模最大的明矾石矿床。据汤元龙(1992)、梁祥济等(1998b)的资料,该矿床产于下白垩统管头组上段内,管头组为一套中酸性火山碎屑岩、火山熔岩及沉凝灰岩。成矿构造为一典型的火山口构造(图9-15)。

如图9-15所示,矾山明矾石矿床矿体呈层状、似层状,受火山岩层面控制,产状与火山岩地层一致,呈弧形展布,向火山口方向倾斜,倾角20°~30°,断续延长10 km,自北向南有坪棚岭、大岗山、水尾山、鸡笼山和马鼻山5个矿段。水尾山矿段位于矿区的中心部位,含矿性最好,规模最大。单个矿体一般数百米,最长达2 km,与围岩界线清楚。矿体平均厚度为34.7m,单层平均厚度为5.88m,含明矾石 46.78%,K

2

O含量为 4.31%。明矾石分甲明矾石和钠明矾石两种,二者比例为4∶1~9∶1。1、2、3号矿体含钠明矾石较高,4、5、6号矿体富含甲明矾石,占明矾石含量的90%。

图9-15 浙江平阳矾山明矾石矿床地质图

矿石矿物组成主要有明矾石、石英、叶蜡石、绢云母、高岭石,少量赤铁矿、玉髓、磁铁矿、镜铁矿,微量的锆石、钛铁矿、榍石、石榴子石、白云母、方铅矿、闪锌矿、萤石和方解石。矿石结构有砾状、砂状、显微鳞片状、粒状和变余凝灰结构,矿石构造有致密块状、角砾状、片状和层状构造。根据结构构造,将矿石划分为砾状矿石、粗粒矿石和细粒矿石三种类型。砾状矿石颜色多变,砾石成分主要为火山岩,形态复杂,大小不一,分选性差,砾石胶结物主要为明矾石和少量石英,明矾石呈片状细小晶体,大小为0.05~0.005mm,略具定向性。粗粒矿石中矿物较粗大,主要由明矾石、石英、高岭石、绢云母组成,明矾石呈叶片状、板状,晶体大小为0.05~0.1mm,呈分散状及结核状定向分布,含量约45%。细粒矿石中明矾石粒度为0.005~0.01mm。

矿体顶底板蚀变较发育,主要有硅化、叶蜡石化、绢云母化、明矾石化、高岭石化,其中硅化、叶蜡石化最发育,蚀变体呈层状,与矿体相伴产出。

根据梁祥济等(1998a)的研究,该矿床形成温度为 50~450℃,成矿压力为3×10

-5

~780×10

-5

Pa,成矿流体的 E

h

为-0.08~0.24V,pH 值为 1~4,为 1.32×10

-24

~3.39×10

-3

。矿床是含硫、钾、钠的酸性热液交代火山岩而形成的。

表9-19为该矿床矿石、矾浆及灰渣的化学成分和镓含量(梁祥济等,1999)。可以看出,砾状矿石含镓为22×10

-6

,粗粒矿石含镓25×10

-6

,矾化凝灰岩含镓38×10

-6

,相对于镓的地壳克拉克值,矿石含镓并不高。明矾石生产过程中产生的矾浆含镓87×10

-6

,冶炼炉灰含镓44×10

-6

,矾渣含镓23×10

-6

。说明在生产过程中,镓大幅度富集。根据梁祥济等(1999)的实验研究,这种镓可以被回收。

表9-19 矾山明矾石矿床化学成分(%)及镓、钒含量

除了几种类型的含镓矿床,一些与碱性岩有关的岩浆矿床,磷灰石-霞石矿石中也常富集有0.01×10

-6

~0.04×10

-6

的镓,由于这类矿床较少见且利用上存在不少问题,因此这里就不再详细描述。

本 章 小 结

(1)在分散元素家族中,镓的地壳克拉克值是最高的,但它也是最分散的,形成的独立矿物数量最少,到目前为止,全世界共发现了两种镓矿物。

(2)镓元素的地球化学性质具有亲氧和亲硫的双重性质,亲氧性表现为镓与铝具有相似的地球化学性质,岩石中的镓主要替代造岩矿物中的铝。亲硫性表现为镓与二价锌、铁具有相似的地球化学性质,常替代闪锌矿中的锌或铁。

(3)镓富集的矿床类型是多样的。① 以一水硬铝石为主要工业矿物的沉积型铝土矿;②铅锌矿床;③ 含镓煤矿;④ 明矾石矿床;⑤ 某些与碱性岩浆有关的磷灰石-霞石矿床。

(4)并非所有类型的铅锌矿床都富镓,与岩浆活动及火山活动有关的铅锌矿床含镓很低,不具工业利用价值,只有热水沉积及沉积改造成因的铅锌矿床中的一部分才是富镓矿床;煤中的镓含量一般并不特别高,只有含镓煤在集中使用中产生的烟灰及灰渣经过二次富集后才能被利用,因此严格地讲,煤矿并不是富镓矿床。由此来看,镓富集的矿床类型具有专属性特点。

(5)富镓矿床中,镓只存在于几种专门的矿物中。铝土矿中的镓存在于一水硬铝石中,富镓的铅锌矿床中,镓主要存在于闪锌矿中,明矾石矿床中的镓主要存在于明矾石中。因此,我们认为,镓的富集具有矿物类型的专属性。

(6)镓富集成矿机制的研究还相当薄弱,大部分铝土矿和铅锌矿中镓的含量及资源量都还不十分清楚;镓的回收利用技术虽已成熟,但其回收率只有30%左右。

国产红鼻虾繁殖求教

优质回答一.水槽饲养

在水槽中饲养时和饲养热带鱼一样,要有温度调节器.水温计及打气机,水槽大小以60公分较好,要注意水温和氧气的补给.

二.幼虾培育

1.产卵至浮游期以混有30%海水者为佳,种虾放入后当夜及产卵,翌晨池水会有腥味,略有泡沫似的污物,这是产卵排泄出来的.~29度时约13小时孵化,~6时即有无节幼虫的出现,孵化前之卵无节幼虫,一玻璃烧杯杓取池水即可看到.状似小蜘蛛,可杓取池水1公升3~5次,取其尾数取得平均数而计算全池尾数.普通每公升达100尾为高密度,若经第三天仍未产完者,则移入他池,未产及未产尽之卵会被身体细胞所吸收,不会生产应予淘汰,无节幼虫经6次脱皮即变态为水蚤期,此期开始摄食.

2.水蚤期主要摄食丰年虾的无节幼虫.盐水轮虫, 或是浮游硅藻的Skeletonema costaum,海水呈茶褐色时,常有较纯的大量繁殖,可用5*7网目规格的浮游生物采集网采集后盛于塑胶袋中带回,然后在0.5吨胶水槽中培养. 培养用的营养塩,普通为一吨海水中施硝酸钾(KNO3)100公克,磷酸氢二钠10公克,硅酸钾(K2sio3)或硅酸钠1公克,及氯化铁(Fece3)5公克.

3.在繁殖池母虾捞起后即可按照上述的施肥比率施放,并接室内的硅藻原种(呈茶褐色约5000cellcc者)约两水桶,如天气好时,保温室内的光度白天约4000~8000lux,此时2~3天即变为褐色,适供水蚤期摄食.水蚤期最怕太阳直射,在太阳直射下饲育,既不摄食,身体弯曲成为畸形,约2~3死亡率达100%,尤其Zoea一.二期最为敏感,三期以后逐渐增强,米糠期与后期幼虫期则不怕太阳之直射.水温27~29度时约3~4天经三次脱皮后变为糠虾期幼虫.

4.由产卵期第7~8天大致已变为糠虾期,此期食物转变为以动物性为主.此时可给予丰年虾卵孵化之幼虫,将此卵以含盐分约30%之海水或人工海水,每公升泡入2~3公克之卵给予打气,水温28度时20小时孵化,故水蚤第三期时即开始孵化丰年虾,已备糠虾期之摄食. 除丰年虾幼虫外,亦可由虱目鱼塭之内水路或外水沟中,以浮游生物采集网仔及轮虫及挠脚类等投饲.

5.约第10~11天候,即可变为后期幼虫,此时完全变为虾苗型态.此期除仍投丰年虾及挠脚类,要逐渐改为切碎的贝肉或较大的丰年虾.约第14~15天以后有底栖的习性,可改为切碎的贝肉-鱼肉-墨鱼肉-虾肉等.但需用绞肉机或菜刀完全切碎,然后以1mm网目的网布过滤,洗去内脏污物投饲,以防止池水变恶.此期可加大养殖池,打气要加强,光线要充足.

6.另于全裸光水槽内饲育时,因趋光性的关系,会涌向较为光明的地方聚集,必须在水槽侧面以黑布遮覆,充分曝气可使分散游泳.

7.形成后期幼虫(Post larva)以后,游泳生活就移入底栖,而经常附著于其他物质,保持静止状态,为此生息面积亦有了限制,此时往往有共坐的情况,故为了扩大其生息场,需设置悬重网.木板.竹枝或石头等,造成立体饲育,以提高育成的效果.

***盐分浓度与稚虾之成长

孵化之幼苗至变态为稚虾之浮游期间,大概都以混有30%海水者为佳,成为稚虾后则可移入纯淡水中饲育,为明瞭成为稚虾以后会有如何变化,进行下列实验,及以纯淡水-混入10%海水-混入30%海水-混入50%海水-等四种浓度之水槽内,移入稚虾饲养一个月,结果不含盐分之纯淡水中饲育者,较之其他三种为佳.以盐分愈薄期成长愈快,即由自然界变态为稚虾时,即从混有海水区域沿河川逆流而上,至纯淡水区域生活之习性推想,此应为当然之结果.

石墨矿床地质

优质回答石墨矿产在众多国家都已有发现,有工业价值的相对集中分布于少数国家。晶质石墨矿主要蕴藏在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国,隐晶质石墨矿主要分布于印度、韩国、墨西哥和奥地利等国。多数国家只产一种石墨,矿床规模以中、小型居多,只有中国等四五个国家晶质和隐晶质石墨都有产出,大型矿床较多。

一、成矿地质条件

碳在地壳中的丰度为0.35。在岩浆岩中平均含碳量0.051%,页岩中为0.8%,CO

2

中为2.63%,石灰岩中含CO

2

为41.54%。因碳的原子容积甚小,其C

4+

的离子半径小达0.015nm,在岩浆结晶时期,一般不参加到硅酸盐晶格中去,只有当其浓度很大且有适当的热动力条件时才能单独地组成自己的晶格成为金刚石或石墨。当它不组成自己的晶格时,经常以CO

2

状态存在于岩浆的气体相中或自火山孔道逸出到大气层中或在岩浆期后流体中呈配阴离子(CO

2-

3

),最后形成碳酸盐矿物。

在表生作用下,碳可以部分地溶解水中,经常与金属形成重碳酸盐参加到地表水循环以至大量搬运入海,构成厚大的石灰岩沉积。大量碳质还参加到生物地球化学循环,大气中的CO

2

由于生物光合作用形成有机体的组成,构成有机岩类的堆积。显然,大量碳质的聚积主要发生于表生沉积作用,因而在沉积岩中含碳量远远超过岩浆岩。但是,大量碳质的堆积并不等于石墨矿床的形成,因为石墨的形成必须是碳质集中过程和一定的热动力条件的结合。人们曾从实验中制造过石墨,如用无烟煤在电炉中绝氧加热至2500℃得到能工业应用的石墨;用烟煤与CaF

2

混入于硅酸盐熔融体中,当其缓慢地冷却,结果形成六方板状石墨。这些人造石墨的热动力条件都是在高温还原条件下进行的。显然,石墨矿床形成的地质作用应属内生深成作用,因此由于表生作用、生物地球作用所引起的巨大有机碳质和无机碳酸盐的聚积,经过变质作用强烈的热动力作用的改造,同样可以使这些碳质转变成石墨。

中国石墨矿床常产出于大地构造隆起区或断裂岩浆带上,较集中的分布于中国的东部环太平洋构造带、康滇-龙门大巴-黄陵、祁连-秦岭-淮阳、天山-阴山以及金沙江-哀牢山5个成矿地带。区域变质型石墨矿床分布于中朝准地台和扬子准地台以及吉黑、秦岭、祁连、华南、三江等褶皱系的隆起区,例如,在佳木斯隆起、胶辽断隆、内蒙古地轴、豫西断隆、山西断隆及康滇地轴等隆起区,分布较多的晶质石墨矿床,规模多为大、中型矿;在黄陵背斜、龙门-大巴台缘褶带、秦岭地轴、淮阳地轴及武夷隆起区,也分布有较多的以中、小型矿为主的晶质石墨矿床。接触变质型隐晶质石墨矿床大多分布于中国东部环太平洋构造带,尤其是郯庐断裂系(包括依兰-依通断裂在内)以东地区,西部某些断裂带也有分布。岩浆热液型晶质石墨矿床则分布于中国西部的一些断裂岩浆带间。

区域变质型石墨矿床含矿岩系的时代从新太古代到早寒武世,其中以新元古代最为重要,北方多为新太古代至新元古代,南方多为新元古代至早寒武世,北方早于南方,其含矿层位有华北的桑干群、胶东的粉子山群、豫西的太华群、龙门—大巴山的火地垭群、黄陵背斜的崆岭群、康滇地轴的昆阳群、南天山的库尔勒群和兴凯湖的麻山群、武夷山的建瓯群及罗峰溪群等变质岩系;接触变质型隐晶质石墨矿床含矿岩系的时代从晚古生代石炭纪、二叠纪至中生代侏罗纪,其中最重要的是晚二叠世及早侏罗世和晚侏罗世,北方以晚、早侏罗世及石炭纪的较多,南方以二叠纪为主,其主要含矿层位北方有石盒子组、二道梁子组、鸡西群,南方有斗岭组、龙潭组及梨山组等煤系地层,产生接触变质作用的岩浆热源体的侵入时代大多为印支期—燕山期,但北方也有的为海西期;岩浆热液型晶质石墨矿床的形成则多与海西期的中、酸性岩浆岩的侵入有关。

二、矿床主要成因类型及其分布

中国已知的具有工业价值的石墨矿床按其成因可分为:区域变质型石墨矿床、接触变质型石墨矿床及岩浆热液型石墨矿床三种类型。其中以区域变质型晶质石墨矿床最多,其次为接触变质型隐晶质石墨矿床,岩浆热液型晶质石墨矿床较少。

1.区域变质型石墨矿床

此类型矿床占中国已知石墨矿床的84%,储量占石墨探明储量的77%,是中国石墨矿床中主要的工业类型。矿床赋存于前寒武纪的中、深变质岩系中,主要岩性有片麻岩、片岩、透辉(透闪)岩、大理岩、变粒岩、石英岩、斜长角闪岩等,原岩建造多属粘土岩-碳酸盐岩-基性火山岩,沉积于近陆源浅海区,石墨矿层往往赋存在其上部富碳酸盐部位,含矿岩系的变质程度普遍达到角闪岩相至麻粒岩相。矿床褶皱、断裂构造发育,常伴有晚期花岗岩、伟晶岩类侵入,混合岩化作用普遍,多期变质作用叠加影响较明显。矿体受沉积变质作用控制,有一定的层位,产状多与围岩产状一致,呈层状、似层状或透镜状,长度一般为几十至数百米,有的可达千米,倾角陡—中等。一个矿床中一般有多层矿体,常受断层或岩体的破坏而使矿体形态复杂化。常见的矿石类型有石墨片麻岩和石墨片岩,其次为石墨透辉岩,少数矿床有石墨变粒岩、石墨混合岩及石墨大理岩等。矿石中与石墨共生的矿物多达30余种,主要有长石、石英、云母、方解石、白云石,含多种变质矿物如透辉石、透闪石、红柱石、矽线石、石榴子石、黝帘石、蛇纹石、金云母等,伴生矿场有黄铁矿、金红石、钒云母、钒榴石等。石墨呈鳞片状结晶,聚片状或星散状较均匀分布,具定向构造或浸染构造。石墨鳞片片径0.1mm至数毫米不等,混合岩化作用常使石墨粗化或相对富集。矿石品位一般不高,固定碳含量低的为3%~10%,较高的为10%~16%,有的可达30%。矿石的可选性好,精矿质量也好。由于原岩沉积环境还原条件良好,含矿建造中常富含硫、钛、钒、磷物质,有的矿床中伴生的金红石、黄铁矿及钒等可供综合回收利用。矿床规模多为中—大型(有的规模特大)。属于此类型的矿床有:黑龙江鸡西柳毛,山东莱西南墅及北墅,内蒙古兴和,湖北宜昌三岔垭等石墨矿床。

矿床实例:黑龙江省鸡西市柳毛石墨矿

该矿床为区域变质型晶质石墨矿床,位于佳木斯隆起区南部麻山石墨含矿带的东端。麻山一带是一个主要由近东西向的复向斜和逆冲断裂组成的构造区,以后又被北西及北东向断裂肢解为一系列叠瓦式断块。含矿层位麻山群逆冲隆起,大面积分布于林口—鸡西—光义一带。整个麻山群普遍含石墨,共有12个石墨层,众多的矿点星罗棋布于鸡西、土顶子、黄汪沟、西麻山、石场、和平、余庆、中三阳、龙爪及光义等地构成一个规模巨大的麻山含矿带,是中国已知的最大的石墨产区。

柳毛石墨矿是麻山含矿带中规模特大的矿床,处于八面通台凸北东端,密敦断裂北西侧龙山复向斜北东断块隆起区中,矿区分布元古宇麻山群的西麻山组和龙山村组中—深变质岩系。矿体赋存在下部西麻山组中,其主要岩性:下部为石榴球斑条带混合岩夹石榴堇青片麻岩,二辉斜长片麻岩和石英钾长交代岩,大理岩及混合岩化石墨透辉斜长片麻岩等;上部以混合岩化石墨透辉斜长片麻岩、石墨矽线斜长片麻岩为主,夹石墨石英片岩、变粒岩、混合岩等,是区内的主要含矿层位。矿区内褶皱和断裂构造发育,大西沟复向斜轴向50°~60°,由3个次级向斜和1个次级背斜组成,走向断裂和横断裂规模较大,对地层和矿体有控制作用,岩浆岩则以小脉岩穿插为主。

矿体分布在西麻山组上部含矿变质层位中,各矿层组成宽600~1000m的矿带,主要分布在大西沟复向斜构造的北西翼,走向50°~60°,倾向南东,倾角45°~60°。由于褶皱、断裂对矿层的影响,矿区划分为站前、郎家沟及大西沟3个矿段,共有工业矿体56个。其中大西沟矿段的矿体最为集中,规模也最大,分布有大、小矿体44个(见图15-1、图15-2)。单矿体平均厚度11~27m,呈层状、楔状及透镜状,常见膨胀、收缩、分叉及断裂切割现象,厚度变化系数为64%,长度300~1600m,斜深200~800m,倾角40°~60°。矿石自然类型有钒榴石墨矿、矽线石墨矿、石英石墨矿、钙质(大理岩)石墨矿等。与石墨共生的矿物有:钒榴石、金红石、石榴子石、矽线石、榍石、透辉石、石英、方解石、钛铁矿等。矿石化学成分为:固定碳10.32%(Ⅶ号矿体为15.26%),品位变化系数33%,w(TiO

2

)0.047%,w(V

2

O

5

)0.17%,w(Fe

2

O

3

)5.69%,w(S)1.35%。矿石可选性好,精矿品位可达90%。矿区矿石平均风化深度33.56m,风化矿石的硬度低,含硫量降至0.35%,更有利于采选。

2.接触变质型石墨矿床

此类型矿床占中国已知石墨矿床的14%,储量占石墨探明储量的22%,是中国石墨矿床中较主要的工业类型。此类矿床是由于岩体侵入煤系地层引起煤层接触变质而成。侵入岩体一般为酸性或中、酸性花岗岩、闪长岩,岩体常沿背斜轴部或倾伏端等构造有利部位侵入,上有盖层,封闭条件良好。受变质的煤层一般为优质无烟煤,煤岩性质多属镜煤质亮煤类型。接触变质晕宽一般可达2~3km,含煤岩系原岩为粘土质岩、砂岩、碳酸盐岩等,变质成为板岩、千枚岩、片岩、大理岩等,以板岩最为广泛,变质程度一般为绿片岩相或角闪岩相。无烟煤变质为隐晶质石墨,从接触带向外渐次出现石墨—半石墨—无烟煤的渐变过渡带。

矿体呈层状、似层状、带状及透镜状分布,长度几百米至数千米,常见多层矿体,单层厚度几十厘米至数米,有的可达十余米,一般为1~3m,倾角有的陡,有的呈缓倾斜。由于矿床多生成于褶皱、断裂发育且有岩体侵入的地质环境中,矿体形态一般复杂。矿石自然类型可分软质、硬质两种。矿石外观呈土状、致密块状,由隐晶、微晶及细晶石墨鳞片构成集合体,以隐晶石墨为主,共生矿物有石英、粘土矿物、黄铁矿及红柱石、堇青石、矽线石、黑云母等。矿石品位一般较高,固定碳含量多为60%~80%,高者可达90%,少数矿床低于60%。矿石精选困难,一般手选加工后可提供工业利用。矿床规模以中、小型为主。属于此类型的矿床有:湖南郴州鲁塘、吉林磐石烟筒山等石墨矿床。

图15-1 黑龙江鸡西柳毛石墨矿大西沟矿段矿体分布略图据谭冠民,1999a)

图 15-2 黑龙江鸡西柳毛石墨矿床大西沟矿段 A- B 剖面略图( 据谭冠民,1999b)图例同图 15-1

矿床实例:湖南省郴州市鲁塘石墨矿

该矿床属接触变质型隐晶质石墨矿。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,江都庙断裂和金湘源断裂之间的外接触变质围岩中。矿体赋存于上古生界上二叠系乐平统斗岭组地层中,主要岩性为板岩、石墨板岩、含石墨硅质板岩及石英细砂岩,主要构造形式为复杂的褶皱与断裂组合,褶皱轴向10°~20°,平面多呈多字形排列,以宽缓短轴褶皱为主,断裂规模大的有3组,以近东西向和20°方向的压性和压扭性断裂对矿体的控制和破坏作用明显。中生代燕山早期骑田岭花岗岩多与围岩呈齿状或枝杈状侵入接触,由于岩体侵入热力影响和褶皱断裂机理的联合作用,促使岩体西侧外接触带宽约900m范围内的地层变质,靠近岩体的无烟煤变质成石墨,形成矿体形态复杂的隐晶质石墨矿床(见图15-3)。

图 15-3 湖南郴州鲁塘石墨矿矿体分布略图( 据谭冠民,1999c)

矿体主要分布于回子岭和狮子脑两向斜构造中,走向25°左右,产状平缓,倾角12°~47°。含矿岩系总厚210m,有工业矿体4层,矿体总厚度3.72m,含矿系数为1.77%,其中Ⅱ号矿规模较大,平均厚1.42m,由于塑性应变结果,因此矿体厚度在0.2~20m之间变化较大,厚度变化系数最大158%,平均为112%。矿体露头延伸长达3300km,以芋头石沟豁为界将矿床分为南北两段,北段规模较大,为主要开采对象,全矿床保有隐晶质石墨矿石储量规模属中型矿,其深部尚有较多远景资源。在石墨矿层与煤层之间通常有一个石墨无烟煤混生带(即半石墨带),石墨、半石墨和煤层的分带大致与花岗岩体平行,随着离岩体由近而远,其矿物物理化学性质逐渐有序变化,显示接触变质矿床的典型特征。

矿石的主要矿物成分为石墨,其次为石英、绢云母、方解石、红柱石等,具土状或致密块状构造,显微鳞片变晶、鳞片变晶及隐晶质结构。呈钢灰色,具金属光泽和强的滑腻感。矿石中有用组分富集均匀,品位较高,固定碳含量一般为75%~80%,品位变化系数8%~13%,其他组分含量:灰分17.10%~21.47%、挥发分0.3%~1.71%、水分2.40%~6.45%、硫0.02%~1.16%。4个矿层中Ⅰ、Ⅱ号矿体矿石质量好,是主要开采对象。矿石可选性差,通常经手选后直接加工成各类产品。矿体表部因次生风化而往往形成一个以低硫低碳为标志的氧化带,其深度一般为20m,部分矿石品位降低,有的失去工业价值。

3.岩浆热液型石墨矿床

此类型矿床较为少见,仅占中国已知石墨矿床的2%,储量占石墨探明储量的1%,目前只在中国西部新疆、西藏等地有所发现。与岩浆有关的石墨矿床见于新疆奇台等地,产于花岗岩的接触带,矿体即为含石墨花岗岩,常成群分布,呈透镜状、囊状,形态与产状都较复杂,单矿体直径长十至数百米,厚度几十至200m,石墨呈团块状或鳞片状分布于花岗岩中,矿石品位(固定碳含量)3%~6%,矿床规模一般为中、小型。与热液有关的石墨矿可见于新疆托克布拉克等地,石墨产于库尔勒群下部大理岩与花岗伟晶岩的节理裂隙中,规模小、品位低,目前尚未探明具有工业价值的矿床。

矿床实例:新疆维吾尔自治区奇台县苏吉泉石墨矿

该矿床是中国岩浆热液型晶质石墨矿中具有代表性的矿床,位于新疆克拉麦里山北麓,东准噶尔优地槽褶皱带哈萨坟复背斜南翼,库普大断裂和清水-苏吉泉大断裂之间的一个北西向狭长构造带中。带内发育一系列褶皱和逆冲断裂,加上多期次岩浆侵入喷发,构造十分复杂。矿区内花岗岩大面积分布,尤以海西中期花岗岩分布最广,与石墨成矿有关的是该期第六次侵入的斑状黑云母花岗岩及同源的混染花岗岩。石墨矿产于黑云母花岗岩与角闪花岗岩接触带上的含石墨混染花岗岩中,含矿花岗岩的围岩为中泥盆统平顶山组地层,其岩性以凝灰岩、砂岩、粉砂岩为主,夹少量碧玉岩、玄武玢岩、钙质砂岩透镜体。区内规模较大的清水-苏吉泉断裂控制了岩体的分布和产出,形成较晚的其他两组断裂则对矿体起破坏作用,黑云母花岗岩与角闪花岗岩呈侵入接触,其接触带控制了含矿花岗岩的产出与分布。

矿体呈300°~320°方向断续展布,多为不规则透镜状,平面上为近似等轴状,略具分枝分叉和波状起伏,在主矿体附近常有一些小矿巢。矿体与直接围岩无明显界线,一般靠采样分析确定。矿体产状平缓,倾角8°~10°,局部20°。矿区共发现矿体20余个,以Ⅰ ~ Ⅴ号矿体规模较大 ( 见图 15-4) ,长度 280 ~1 000m,宽 36 ~ 550m,一般深度 16 ~29m,最深 50m ,5 个矿体总储量达到中型矿规模。

图 15-4 新疆奇台苏吉泉石墨矿矿体分布略图( 据谭冠民,1999d)

矿石具鳞片粒状结构,可分为球状、豆状、球斑状、浸染-球斑状、浸染斑杂状构造类型,以球、豆状构造为主,其特征是石墨呈皮壳状层层结晶聚集,包围其中主要为浑圆角闪花岗岩等角砾的“夹心”,夹心中见有少量隐晶质石墨,球体直径1~5cm不等,个别大于10cm。矿石自然类型为含石墨混染花岗岩,与石墨共生的矿物有石英、条纹长石、更长石、角闪石、黑云母以及钛铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、锆石、萤石、刚玉、独居石、磷灰石、金红石、黄铜矿、黄铁矿、辉铜矿、重晶石、天青石等,次生矿物有黄钾铁钒、孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿等。石墨呈鳞片、叶片状结晶集合体,片径一般为(0.1~0.2)mm×(0.007~0.015)mm。矿石化学成分:固定碳含量2.5%~10%,Ⅰ~Ⅴ号矿体平均为3.84%~5%,w(Fe

2

O

3

)3.10%,w(SO

3

)0.88%。矿石中伴生微量元素种类多,以钛、锆、铪、铜等含量较高,w(TiO

2

)0.34%,w(Cu)0.046%,稀土元素总量可达0.037%。矿石可选性较好,矿石选矿试验结果精矿的品位和回收率都在89%。w(SO

3

)0.88%。矿石中伴生微量元素种类多,以钛、锆、铪、铜等含量较高,w(TiO

2

)0.34%,w(Cu)0.046%,稀土元素总量可达0.037%。矿石可选性较好,矿石选矿试验结果精矿的品位和回收率都在89%。

三、资源分布及成矿规律

我国石墨矿床分布(图15-5)在黑龙江、湖南、山东、内蒙古、吉林等省(自治区),黑龙江省石墨储量居全国第一。全国年产万吨的石墨矿有黑龙江柳毛、山东南壁、湖南鲁矿和吉林磐石等矿山。

中国保有储量的石墨矿产地分布于22个省(自治区、直辖市)中,按保有储量的多少,晶质石墨矿依次分布于黑龙江、四川、山东、河南、内蒙古、陕西、山西、云南、西藏、江西、湖北、吉林、甘肃、辽宁、海南、福建、河北、新疆、广东、安徽20个省(自治区);隐晶质石墨矿分布于湖南、吉林、广东、陕西、黑龙江、北京6个省(直辖市)。其中:陕西、广东、吉林、黑龙江4省既有晶质石墨矿,又有隐晶质石墨矿产出。

中国石墨矿产资源分布的特点:一是矿石种类齐全,以晶质石墨为主,又有隐晶质石墨产出。二是矿产地分布广泛,而储量又相对集中于少数成矿最有利的地区。晶质石墨矿保有矿物储量集中于黑龙江、四川、山东、河南、内蒙古,共占全国晶质石墨矿保有矿物储量的89%。黑龙江省保有晶质石墨矿物储量为全国之冠,占全国晶质石墨保有矿物储量的64%,其东部地区为中国晶质石墨最大的蕴藏区,其次川南滇北地区、山东东部、豫西陕东地区、内蒙古东部与山西北部地区,也相对集中保有晶质石墨矿物储量。隐晶质石墨矿主要分布于湖南省,占全国隐晶质石墨保有矿石储量的75%。再次吉林省占11%,广东省占8%,陕西省占5%。中国石墨矿产这种分布既广泛而又相对集中的特点,既便于各地兴办中、小型石墨企业,也为集中建设大规模石墨生产基地创造了条件。

图 15-5 中国石墨矿床分布

中国石墨矿床的成矿作用发生于一定的大地构造发展阶段,有三个重要的成矿期,包括一次接触变质及岩浆热液成矿期和两次区域变质成矿期。

1. 接触变质及岩浆热液成矿期

该期时代为印支期—喜马拉雅期 ( T—K,67 ~230Ma) 属于华力西—燕山构造旋回。成矿作用发生于古欧亚大陆基本形成至开始部分解体,滨太平洋及特提斯喜马拉雅构造强烈活动阶段。在中国东部环太平洋构造域等地,由中酸性岩体侵入含煤地层引起接触变质作用,煤层变质形成隐晶质石墨矿床;而在新疆、西藏等一些地方,由于与中、酸性岩体活动有关的岩浆热液作用,形成成因独特的晶质石墨矿床。

2.区域变质第Ⅱ成矿期

该期时代为扬子—加里东期(Pt

2

—Pt

1

,400~1100Ma),属于扬子—加里东构造旋回。成矿作用发生于中国地台基本形成并开始解体的早期阶段,多见于褶皱隆起区,如佳木斯隆起、哀牢山褶皱带、金沙江褶皱带、武夷山褶皱区,云开大山褶皱区等地,以麻山群、昆阳群、罗峰溪群、陀烈群等为代表,由于区域变质作用形成晶质石墨矿床。

3.区域变质第Ⅰ成矿期

该期时代为中条期以前(Ar—Pt,1700Ma以前),属于中条旋回以前的构造旋回。成矿作用发生于中国地台逐步形成阶段的陆核区及地台发展过程中的一些残块,如河淮、鄂尔多斯、武当—淮阳地盾、黄陵背斜古基底、祁连中间隆起区等地,以桑干群、粉子山群、太华群、登封群、三道洼群、崆岭群为代表,由于区域变质作用形成晶质石墨矿床。

石墨矿床地质

优质回答石墨矿产在众多国家都已有发现,有工业价值的相对集中分布于少数国家。晶质石墨矿主要蕴藏在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国,隐晶质石墨矿主要分布于印度、韩国、墨西哥和奥地利等国。多数国家只产一种石墨,矿床规模以中、小型居多,只有中国等四五个国家晶质和隐晶质石墨都有产出,大型矿床较多。

一、成矿地质条件

碳在地壳中的丰度为0.35。在岩浆岩中平均含碳量0.051%,页岩中为0.8%,CO

2

中为2.63%,石灰岩中含CO

2

为41.54%。因碳的原子容积甚小,其C

4

+的离子半径小达0.015 nm,在岩浆结晶时期,一般不参加到硅酸盐晶格中去,只有当其浓度很大且有适当的热动力条件时才能单独地组成自己的晶格成为金刚石或石墨。当它不组成自己的晶格时,经常以CO

2

状态存在于岩浆的气体相中或自火山孔道逸出到大气层中或在岩浆期后流体中呈配阴离子

最后形成碳酸盐矿物。

在表生作用下,碳可以部分地溶解水中,经常与金属形成重碳酸盐参加到地表水循环以至大量搬运入海,构成厚大的石灰岩沉积。大量碳质还参加到生物地球化学循环,大气中的CO

2

由于生物光合作用形成有机体的组成,构成有机岩类的堆积。显然,大量碳质的聚积主要发生于表生沉积作用,因而在沉积岩中含碳量远远超过岩浆岩。但是,大量碳质的堆积并不等于石墨矿床的形成,因为石墨的形成必须是碳质集中过程和一定的热动力条件的结合。人们曾从实验中制造过石墨,如用无烟煤在电炉中绝氧加热至2500℃得到能工业应用的石墨;用烟煤与CaF

2

混入于硅酸盐熔融体中,当其缓慢地冷却,结果形成六方板状石墨。这些人造石墨的热动力条件都是在高温还原条件下进行的。显然,石墨矿床形成的地质作用应属内生深成作用,因此由于表生作用、生物地球作用所引起的巨大有机碳质和无机碳酸盐的聚积,经过变质作用强烈的热动力作用的改造,同样可以使这些碳质转变成石墨。

中国石墨矿床常产出于大地构造隆起区或断裂岩浆带上,较集中的分布于中国的东部环太平洋构造带、康滇-龙门大巴-黄陵、祁连-秦岭-淮阳、天山-阴山以及金沙江-哀牢山5个成矿地带。区域变质型石墨矿床分布于中朝准地台和扬子准地台以及吉黑、秦岭、祁连、华南、三江等褶皱系的隆起区,例如,在佳木斯隆起、胶辽断隆、内蒙古地轴、豫西断隆、山西断隆及康滇地轴等隆起区,分布较多的晶质石墨矿床,规模多为大、中型矿;在黄陵背斜、龙门-大巴台缘褶带、秦岭地轴、淮阳地轴及武夷隆起区,也分布有较多的以中、小型矿为主的晶质石墨矿床。接触变质型隐晶质石墨矿床大多分布于中国东部环太平洋构造带,尤其是郯庐断裂系(包括依兰-依通断裂在内)以东地区,西部某些断裂带也有分布。岩浆热液型晶质石墨矿床则分布于中国西部的一些断裂岩浆带间。

区域变质型石墨矿床含矿岩系的时代从新太古代到早寒武世,其中以新元古代最为重要,北方多为新太古代至新元古代,南方多为新元古代至早寒武世,北方早于南方,其含矿层位有华北的桑干群、胶东的粉子山群、豫西的太华群、龙门—大巴山的火地垭群、黄陵背斜的崆岭群、康滇地轴的昆阳群、南天山的库尔勒群和兴凯湖的麻山群、武夷山的建瓯群及罗峰溪群等变质岩系;接触变质型隐晶质石墨矿床含矿岩系的时代从晚古生代石炭纪、二叠纪至中生代侏罗纪,其中最重要的是晚二叠世及早侏罗世和晚侏罗世,北方以晚、早侏罗世及石炭纪的较多,南方以二叠纪为主,其主要含矿层位北方有石盒子组、二道梁子组、鸡西群,南方有斗岭组、龙潭组及梨山组等煤系地层,产生接触变质作用的岩浆热源体的侵入时代大多为印支期—燕山期,但北方也有的为海西期;岩浆热液型晶质石墨矿床的形成则多与海西期的中、酸性岩浆岩的侵入有关。

二、矿床主要成因类型及其分布

中国已知的具有工业价值的石墨矿床按其成因可分为:区域变质型石墨矿床、接触变质型石墨矿床及岩浆热液型石墨矿床三种类型。其中以区域变质型晶质石墨矿床最多,其次为接触变质型隐晶质石墨矿床,岩浆热液型晶质石墨矿床较少。

1.区域变质型石墨矿床

此类型矿床占中国已知石墨矿床的84%,储量占石墨探明储量的77%,是中国石墨矿床中主要的工业类型。矿床赋存于前寒武纪的中、深变质岩系中,主要岩性有片麻岩、片岩、透辉(透闪)岩、大理岩、变粒岩、石英岩、斜长角闪岩等,原岩建造多属粘土岩-碳酸盐岩-基性火山岩,沉积于近陆源浅海区,石墨矿层往往赋存在其上部富碳酸盐部位,含矿岩系的变质程度普遍达到角闪岩相至麻粒岩相。矿床褶皱、断裂构造发育,常伴有晚期花岗岩、伟晶岩类侵入,混合岩化作用普遍,多期变质作用叠加影响较明显。矿体受沉积变质作用控制,有一定的层位,产状多与围岩产状一致,呈层状、似层状或透镜状,长度一般为几十至数百米,有的可达千米,倾角陡—中等。一个矿床中一般有多层矿体,常受断层或岩体的破坏而使矿体形态复杂化。常见的矿石类型有石墨片麻岩和石墨片岩,其次为石墨透辉岩,少数矿床有石墨变粒岩、石墨混合岩及石墨大理岩等。矿石中与石墨共生的矿物多达30余种,主要有长石、石英、云母、方解石、白云石,含多种变质矿物如透辉石、透闪石、红柱石、矽线石、石榴子石、黝帘石、蛇纹石、金云母等,伴生矿场有黄铁矿、金红石、钒云母、钒榴石等。石墨呈鳞片状结晶,聚片状或星散状较均匀分布,具定向构造或浸染构造。石墨鳞片片径0.1mm 至数毫米不等,混合岩化作用常使石墨粗化或相对富集。矿石品位一般不高,固定碳含量低的为3%~10%,较高的为10%~16%,有的可达30%。矿石的可选性好,精矿质量也好。由于原岩沉积环境还原条件良好,含矿建造中常富含硫、钛、钒、磷物质,有的矿床中伴生的金红石、黄铁矿及钒等可供综合回收利用。矿床规模多为中—大型(有的规模特大)。属于此类型的矿床有:黑龙江鸡西柳毛,山东莱西南墅及北墅,内蒙古兴和,湖北宜昌三岔垭等石墨矿床。

矿床实例:黑龙江省鸡西市柳毛石墨矿

该矿床为区域变质型晶质石墨矿床,位于佳木斯隆起区南部麻山石墨含矿带的东端。麻山一带是一个主要由近东西向的复向斜和逆冲断裂组成的构造区,以后又被北西及北东向断裂肢解为一系列叠瓦式断块。含矿层位麻山群逆冲隆起,大面积分布于林口—鸡西—光义一带。整个麻山群普遍含石墨,共有12个石墨层,众多的矿点星罗棋布于鸡西、土顶子、黄汪沟、西麻山、石场、和平、余庆、中三阳、龙爪及光义等地构成一个规模巨大的麻山含矿带,是中国已知的最大的石墨产区。

柳毛石墨矿是麻山含矿带中规模特大的矿床,处于八面通台凸北东端,密敦断裂北西侧龙山复向斜北东断块隆起区中,矿区分布元古宇麻山群的西麻山组和龙山村组中—深变质岩系。矿体赋存在下部西麻山组中,其主要岩性:下部为石榴球斑条带混合岩夹石榴堇青片麻岩,二辉斜长片麻岩和石英钾长交代岩,大理岩及混合岩化石墨透辉斜长片麻岩等;上部以混合岩化石墨透辉斜长片麻岩、石墨矽线斜长片麻岩为主,夹石墨石英片岩、变粒岩、混合岩等,是区内的主要含矿层位。矿区内褶皱和断裂构造发育,大西沟复向斜轴向50°~60

0

,由3个次级向斜和1个次级背斜组成,走向断裂和横断裂规模较大,对地层和矿体有控制作用,岩浆岩则以小脉岩穿插为主。

矿体分布在西麻山组上部含矿变质层位中,各矿层组成宽600~1000m 的矿带,主要分布在大西沟复向斜构造的北西翼,走向50°~60°,倾向南东,倾角45°~60°。由于褶皱、断裂对矿层的影响,矿区划分为站前、郎家沟及大西沟3个矿段,共有工业矿体56个。其中大西沟矿段的矿体最为集中,规模也最大,分布有大、小矿体44个(见图15-1、图15-2)。单矿体平均厚度11~27m,呈层状、楔状及透镜状,常见膨胀、收缩、分叉及断裂切割现象,厚度变化系数为64%,长度300~1600m,斜深200~800m,倾角40°~60°。矿石自然类型有钒榴石墨矿、矽线石墨矿、石英石墨矿、钙质(大理岩)石墨矿等。与石墨共生的矿物有:钒榴石、金红石、石榴子石、矽线石、榍石、透辉石、石英、方解石、钛铁矿等。矿石化学成分为:固定碳10.32%(Ⅶ号矿体为15.26%),品位变化系数33%,w(TiO

2

)0.047%,w(V

2

O

5

)0.17%,w(Fe

2

O

3

)5.69%,w(S)1.35%。矿石可选性好,精矿品位可达90%。矿区矿石平均风化深度33.56m,风化矿石的硬度低,含硫量降至0.35%,更有利于采选。

2.接触变质型石墨矿床

此类型矿床占中国已知石墨矿床的14%,储量占石墨探明储量的22%,是中国石墨矿床中较主要的工业类型。此类矿床是由于岩体侵入煤系地层引起煤层接触变质而成。侵入岩体一般为酸性或中、酸性花岗岩、闪长岩,岩体常沿背斜轴部或倾伏端等构造有利部位侵入,上有盖层,封闭条件良好。受变质的煤层一般为优质无烟煤,煤岩性质多属镜煤质亮煤类型。接触变质晕宽一般可达2~3km,含煤岩系原岩为粘土质岩、砂岩、碳酸盐岩等,变质成为板岩、千枚岩、片岩、大理岩等,以板岩最为广泛,变质程度一般为绿片岩相或角闪岩相。无烟煤变质为隐晶质石墨,从接触带向外渐次出现石墨—半石墨—无烟煤的渐变过渡带。

矿体呈层状、似层状、带状及透镜状分布,长度几百米至数千米,常见多层矿体,单层厚度几十厘米至数米,有的可达十余米,一般为1~3m,倾角有的陡,有的呈缓倾斜。由于矿床多生成于褶皱、断裂发育且有岩体侵入的地质环境中,矿体形态一般复杂。矿石自然类型可分软质、硬质两种。矿石外观呈土状、致密块状,由隐晶、微晶及细晶石墨鳞片构成集合体,以隐晶石墨为主,共生矿物有石英、粘土矿物、黄铁矿及红柱石、堇青石、矽线石、黑云母等。矿石品位一般较高,固定碳含量多为60%~80%,高者可达90%,少数矿床低于60%。矿石精选困难,一般手选加工后可提供工业利用。矿床规模以中、小型为主。属于此类型的矿床有:湖南郴州鲁塘、吉林磐石烟筒山等石墨矿床。

图15-1 黑龙江鸡西柳毛石墨矿大西沟矿段矿体分布略图

(据谭民冠,1999a)

1—第四系;2—大理岩或透辉岩;3—片岩;4—片麻岩;5—变粒岩;6—混合岩;7—石墨矿体;8—西麻山组

图15-2 黑龙江鸡西柳毛石墨矿床大西沟矿段A-B剖面略图

(据谭冠民,1999b)

图例同图15-1

矿床实例:湖南省郴州市鲁塘石墨矿

该矿床属接触变质型隐晶质石墨矿。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,江都庙断裂和金湘源断裂之间的外接触变质围岩中。矿体赋存于上古生界上二叠系乐平统斗岭组地层中,主要岩性为板岩、石墨板岩、含石墨硅质板岩及石英细砂岩,主要构造形式为复杂的褶皱与断裂组合,褶皱轴向10°~20°,平面多呈多字形排列,以宽缓短轴褶皱为主,断裂规模大的有3组,以近东西向和20。方向的压性和压扭性断裂对矿体的控制和破坏作用明显。中生代燕山早期骑田岭花岗岩多与围岩呈齿状或枝杈状侵入接触,由于岩体侵入热力影响和褶皱断裂机理的联合作用,促使岩体西侧外接触带宽约900m 范围内的地层变质,靠近岩体的无烟煤变质成石墨,形成矿体形态复杂的隐晶质石墨矿床(见图15-3)。

图1-53 湖南郴州鲁塘石墨矿矿体分布略图

(据谭冠民,1999c)

P

2

c—长兴组;P

2

d—斗岭组;

骑田岭花岗岩;

Ⅰ~Ⅳ 石墨矿体编号;l—砂岩;2—板岩;3—角岩化粘土;4—石墨矿体

矿体主要分布于回子岭和狮子脑两向斜构造中,走向25。左右,产状平缓,倾角12°~47°。含矿岩系总厚210m,有工业矿体4层,矿体总厚度3.72m,含矿系数为1.77%,其中Ⅱ号矿规模较大,平均厚1.42m,由于塑性应变结果,因此矿体厚度在0.2~20m之间变化较大,厚度变化系数最大158%,平均为112%。矿体露头延伸长达3300km,以芋头石沟豁为界将矿床分为南北两段,北段规模较大,为主要开采对象,全矿床保有隐晶质石墨矿石储量规模属中型矿,其深部尚有较多远景资源。在石墨矿层与煤层之间通常有一个石墨无烟煤混生带(即半石墨带),石墨、半石墨和煤层的分带大致与花岗岩体平行,随着离岩体由近而远,其矿物物理化学性质逐渐有序变化,显示接触变质矿床的典型特征。

矿石的主要矿物成分为石墨,其次为石英、绢云母、方解石、红柱石等,具土状或致密块状构造,显微鳞片变晶、鳞片变晶及隐晶质结构。呈钢灰色,具金属光泽和强的滑腻感。矿石中有用组分富集均匀,品位较高,固定碳含量一般为75%~80%,品位变化系数8%~13%,其他组分含量:灰分17.10%~21.47%、挥发分0.3%~1.71%、水分2.40%~6.45%、硫0.02%~1.16%。4个矿层中Ⅰ、Ⅱ号矿体矿石质量好,是主要开采对象。矿石可选性差,通常经手选后直接加工成各类产品。矿体表部因次生风化而往往形成一个以低硫低碳为标志的氧化带,其深度一般为20m,部分矿石品位降低,有的失去工业价值。

3.岩浆热液型石墨矿床

此类型矿床较为少见,仅占中国已知石墨矿床的2%,储量占石墨探明储量的1%,目前只在中国西部新疆、西藏等地有所发现。与岩浆有关的石墨矿床见于新疆奇台等地,产于花岗岩的接触带,矿体即为含石墨花岗岩,常成群分布,呈透镜状、囊状,形态与产状都较复杂,单矿体直径长十至数百米,厚度几十至200m,石墨呈团块状或鳞片状分布于花岗岩中,矿石品位(固定碳含量)3%~6%,矿床规模一般为中、小型。与热液有关的石墨矿可见于新疆托克布拉克等地,石墨产于库尔勒群下部大理岩与花岗伟晶岩的节理裂隙中,规模小、品位低,目前尚未探明具有工业价值的矿床。

矿床实例:新疆维吾尔自治区奇台县苏吉泉石墨矿

该矿床是中国岩浆热液型晶质石墨矿中具有代表性的矿床,位于新疆克拉麦里山北麓,东准噶尔优地槽褶皱带哈萨坟复背斜南翼,库普大断裂和清水-苏吉泉大断裂之间的一个北西向狭长构造带中。带内发育一系列褶皱和逆冲断裂,加上多期次岩浆侵入喷发,构造十分复杂。矿区内花岗岩大面积分布,尤以海西中期花岗岩分布最广,与石墨成矿有关的是该期第六次侵入的斑状黑云母花岗岩及同源的混染花岗岩。石墨矿产于黑云母花岗岩与角闪花岗岩接触带上的含石墨混染花岗岩中,含矿花岗岩的围岩为中泥盆统平顶山组地层,其岩性以凝灰岩、砂岩、粉砂岩为主,夹少量碧玉岩、玄武玢岩、钙质砂岩透镜体。区内规模较大的清水-苏吉泉断裂控制了岩体的分布和产出,形成较晚的其他两组断裂则对矿体起破坏作用,黑云母花岗岩与角闪花岗岩呈侵入接触,其接触带控制了含矿花岗岩的产出与分布。

矿体呈300°~320。方向断续展布,多为不规则透镜状,平面上为近似等轴状,略具分枝分叉和波状起伏,在主矿体附近常有一些小矿巢。矿体与直接围岩无明显界线,一般靠采样分析确定。矿体产状平缓,倾角8°~10°,局部20°。矿区共发现矿体20余个,以Ⅰ~Ⅴ号矿体规模较大(见图15-4),长度280~1000m,宽36~550m,一般深度16~29m,最深50m,5个矿体总储量达到中型矿规模。

图15-4 新疆奇台苏吉泉石墨矿矿体分布略图

(据谭冠民,1999d)

1—角闪花岗岩;2—混染角闪花岗岩;3—混染花岗岩;4—黑云母花岗岩;5—石墨矿体

矿石具鳞片粒状结构,可分为球状、豆状、球斑状、浸染-球斑状、浸染斑杂状构造类型,以球、豆状构造为主,其特征是石墨呈皮壳状层层结晶聚集,包围其中主要为浑圆角闪花岗岩等角砾的“夹心”,夹心中见有少量隐晶质石墨,球体直径1~5cm 不等,个别大于10cm。矿石自然类型为含石墨混染花岗岩,与石墨共生的矿物有石英、条纹长石、更长石、角闪石、黑云母以及钛铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、锆石、萤石、刚玉、独居石、磷灰石、金红石、黄铜矿、黄铁矿、辉铜矿、重晶石、天青石等,次生矿物有黄钾铁钒、孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿等。石墨呈鳞片、叶片状结晶集合体,片径一般为(0.1~0.2)mm ×(0.007~0.015)mm。矿石化学成分:固定碳含量2.5%~10%,Ⅰ~V号矿体平均为3.84%~5%,w(Fe

2

O

3

)3.10%,w(SO

3

)0.88%。矿石中伴生微量元素种类多,以钛、锆、铪、铜等含量较高,w(TiO

2

)0.34%,w(Cu)0.046%,稀土元素总量可达0.037%。矿石可选性较好,矿石选矿试验结果精矿的品位和回收率都在89%。w(SO

3

)0.88%。矿石中伴生微量元素种类多,以钛、锆、铪、铜等含量较高,w(TiO

2

)0.34%,w(Cu)0.046%,稀土元素总量可达0.037%。矿石可选性较好,矿石选矿试验结果精矿的品位和回收率都在89%。

三、资源分布及成矿规律

我国石墨矿床分布(图15-5)在黑龙江、湖南、山东、内蒙古、吉林等省(自治区),黑龙江省石墨储量居全国第一。全国年产万吨的石墨矿有黑龙江柳毛、山东南壁、湖南鲁矿和吉林磐石等矿山。

中国保有储量的石墨矿产地分布于22个省(自治区、直辖市)中,按保有储量的多少,晶质石墨矿依次分布于黑龙江、四川、山东、河南、内蒙古、陕西、山西、云南、西藏、江西、湖北、吉林、甘肃、辽宁、海南、福建、河北、新疆、广东、安徽20个省(自治区);隐晶质石墨矿分布于湖南、吉林、广东、陕西、黑龙江、北京6 个省(直辖市)。其中:陕西、广东、吉林、黑龙江4省既有晶质石墨矿,又有隐晶质石墨矿产出。

中国石墨矿产资源分布的特点:一是矿石种类齐全,以晶质石墨为主,又有隐晶质石墨产出。二是矿产地分布广泛,而储量又相对集中于少数成矿最有利的地区。晶质石墨矿保有矿物储量集中于黑龙江、四川、山东、河南、内蒙古,共占全国晶质石墨矿保有矿物储量的89%。黑龙江省保有晶质石墨矿物储量为全国之冠,占全国晶质石墨保有矿物储量的64%,其东部地区为中国晶质石墨最大的蕴藏区,其次川南滇北地区、山东东部、豫西陕东地区、内蒙古东部与山西北部地区,也相对集中保有晶质石墨矿物储量。隐晶质石墨矿主要分布于湖南省,占全国隐晶质石墨保有矿石储量的75%。再次吉林省占11%,广东省占8%,陕西省占5%。中国石墨矿产这种分布既广泛而又相对集中的特点,既便于各地兴办中、小型石墨企业,也为集中建设大规模石墨生产基地创造了条件。

图15-5 中国石墨矿床分布

中国石墨矿床的成矿作用发生于一定的大地构造发展阶段,有三个重要的成矿期,包括一次接触变质及岩浆热液成矿期和两次区域变质成矿期。

1.接触变质及岩浆热液成矿期

该期时代为印支期—喜马拉雅期(T—K,67~230Ma)属于华力西—燕山构造旋回。成矿作用发生于古欧亚大陆基本形成至开始部分解体,滨太平洋及特提斯喜马拉雅构造强烈活动阶段。在中国东部环太平洋构造域等地,由中酸性岩体侵入含煤地层引起接触变质作用,煤层变质形成隐晶质石墨矿床;而在新疆、西藏等一些地方,由于与中、酸性岩体活动有关的岩浆热液作用,形成成因独特的晶质石墨矿床。

2.区域变质第Ⅱ成矿期

该期时代为扬子—加里东期(Pt

2

—Pt

1

,400~1100Ma),属于扬子—加里东构造旋回。成矿作用发生于中国地台基本形成并开始解体的早期阶段,多见于褶皱隆起区,如佳木斯隆起、哀牢山褶皱带、金沙江褶皱带、武夷山褶皱区,云开大山褶皱区等地,以麻山群、昆阳群、罗峰溪群、陀烈群等为代表,由于区域变质作用形成晶质石墨矿床。

3.区域变质第1成矿期

该期时代为中条期以前(Ar—Pt,1700Ma以前),属于中条旋回以前的构造旋回。成矿作用发生于中国地台逐步形成阶段的陆核区及地台发展过程中的一些残块.如河淮、鄂尔多斯、武当—淮阳地盾、黄陵背斜古基底、祁连中间隆起区等地,以桑干群、粉子山群、太华群、登封群、三道洼群、崆岭群为代表,由于区域变质作用形成晶质石墨矿床。

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