內(nèi)蒙古中西部晶質(zhì)石墨礦床地質(zhì)特征及找礦遠(yuǎn)景

楊彪 ，侯萬榮，劉智杰，徐大興，柳長峰

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局呼和浩特自然資源綜合調(diào)查中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；3.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

近日，美國地調(diào)局發(fā)布了2020年度《Mineral Commodity Summaries》①，我國的石墨儲(chǔ)量與產(chǎn)量均位居世界第一，其中儲(chǔ)量占比24%，產(chǎn)量在2018—2019兩年均達(dá)到了世界產(chǎn)量的60%以上。自然資源部新發(fā)布的2019年《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告》②中提到，我國晶質(zhì)石墨查明資源儲(chǔ)量達(dá)到4.37億t，而內(nèi)蒙古自治區(qū)的石墨資源儲(chǔ)量一直位于全國前列。2015年全國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)中提到，截至2015年底，內(nèi)蒙古自治區(qū)累計(jì)查明石墨礦物資源儲(chǔ)量達(dá)6507.38萬t，其中晶質(zhì)石墨礦物資源儲(chǔ)量5094.24萬t。

內(nèi)蒙古中西部地區(qū)，礦產(chǎn)資源豐富，其中具代表性的有白云鄂博鐵-鈮-稀土礦床，哈達(dá)門溝金礦床，霍各乞、甲生盤、東升廟銅鉛鋅硫多金屬礦床，白乃廟銅（鉬、金）礦床，蘇莫查干敖包特大型螢石礦床等（侯萬榮等，2010）。近幾年，在該區(qū)先后發(fā)現(xiàn)大烏淀、高勒圖、查罕木胡魯、查干溫都日等大型—超大型石墨礦，潛在石墨礦物資源儲(chǔ)量預(yù)計(jì)達(dá)6億t以上，表明在該區(qū)石墨資源方面也具有巨大潛力②。同時(shí)，自治區(qū)相繼成立了內(nèi)蒙古石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟與內(nèi)蒙古自治區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。積極利用內(nèi)蒙古石墨資源優(yōu)勢、構(gòu)建石墨“產(chǎn)研用”一體化資源基地。

2016年國務(wù)院批復(fù)的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016—2020年）》將晶質(zhì)石墨列入國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，依托優(yōu)勢的資源產(chǎn)業(yè)基地，近些年前人學(xué)者對內(nèi)蒙古自治區(qū)典型石墨礦床分別從礦床地質(zhì)（含礦建造）特征、礦物學(xué)特征、礦床成因、成礦年代學(xué)、成礦模型以及找礦標(biāo)志等方面（周樹亮等，2015；鄂阿強(qiáng)和杜青松，2016；鄭永濤等，2016；姜高珍等，2017；李以科等，2018；張艷飛和梁帥，2018）進(jìn)行了較為深入的研究。但相關(guān)研究均針對單獨(dú)礦床，缺乏對區(qū)內(nèi)石墨礦床進(jìn)行系統(tǒng)歸納總結(jié)。因此，本文旨在歸納總結(jié)區(qū)內(nèi)石墨礦床的成礦環(huán)境、礦床類型和時(shí)空分布特征，探討成礦演化過程、提高成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)，以期為下步區(qū)內(nèi)的石墨找礦勘查工作提供方向性的指導(dǎo)建議。

1 成礦地質(zhì)背景

內(nèi)蒙古中西部地區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北板塊、西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊的交匯部位。區(qū)內(nèi)的石墨礦床分屬于4個(gè)大地構(gòu)造單元中：華北陸塊陰山隆起中東段、白云鄂博-渣爾泰山裂谷帶、鄂爾多斯凹陷西北緣及阿拉善陸塊東南緣。成礦層位集中在中新太古界集寧群、烏拉山群，中元古界白云鄂博群以及古生界石炭系等地層單元之中（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；顏玲亞等，2018）。

研究區(qū)內(nèi)出露地層（圖1）包括：（1）中新太古界—古元古界地層，以集寧群、烏拉山巖群、色爾騰山群等為主，巖石類型有麻粒巖、片麻巖、斜長角閃巖、大理巖、變粒巖等，通常伴有不同程度的混合巖化，屬區(qū)內(nèi)深變質(zhì)巖區(qū)；主要分布在集寧—興和—豐鎮(zhèn)地區(qū)、烏拉山—大青山地區(qū)及色爾騰山地區(qū)，局部在阿拉善右旗地區(qū)也有分布。（2）中新元古界地層，以白云鄂博群、渣爾泰山群等為主，巖石類型有變質(zhì)砂礫巖、長石石英砂巖、板巖、千枚巖、片巖等，屬區(qū)內(nèi)淺變質(zhì)巖區(qū)；主要呈狹長帶狀沿烏拉特中旗—白云鄂博—達(dá)茂旗—四子王旗一線以及狼山—渣爾泰山—武川一帶分布。（3）古中生界地層，在區(qū)內(nèi)大范圍出露，其中白堊系—二疊系地層主要分布在烏拉特后旗—烏拉特中旗—白云鄂博一線以北和鄂爾多斯地區(qū)，而與石墨礦成礦相關(guān)的石炭系煤系地層主要分布在阿拉善左旗以南地區(qū)。（4）新生界地層，在研究區(qū)西部、南部大面積由第三系、第四系地層所覆蓋（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。

圖1 內(nèi)蒙古中西部及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與石墨礦（點(diǎn)）床分布圖

區(qū)內(nèi)經(jīng)過多次強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，整體以近EW向、NE向、NNE向的線性構(gòu)造格局為主。其中中部地區(qū)的斷裂構(gòu)造有高家窯-烏拉特后旗-化德斷裂、臨河-集寧斷裂、烏拉特前旗-呼和浩特?cái)嗔选①R蘭山西緣深斷裂、溫都爾廟-西拉木倫和斷裂，西部地區(qū)的斷裂構(gòu)造有恩格爾-烏蘇斷裂、巴丹吉林?jǐn)嗔?、狼?巴彥烏拉山斷裂及龍首山斷裂。褶皺構(gòu)造主要有狼山-渣爾泰山褶皺束、白云鄂博褶皺束以及烏拉山-大青山逆沖推覆構(gòu)造（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。

研究區(qū)處于幾大板塊匯聚部位，自太古宙以來，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈、構(gòu)造巖漿事件頻發(fā)。巖漿巖空間分布范圍較廣，巖漿活動(dòng)受構(gòu)造控制明顯，在空間分布上具有與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一致的分帶性，在空間分布多呈NE、NNE向展布。從太古宙到燕山期有多期巖漿侵入，以海西期的巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。

區(qū)內(nèi)的變質(zhì)作用演化變現(xiàn)為多期次的特點(diǎn)。自太古宙到古元古代，華北克拉通陸核處于形成發(fā)展到克拉通化逐步完成形成統(tǒng)一華北陸塊的階段，此期間發(fā)生的變質(zhì)作用集中在陰山早元古代變質(zhì)地區(qū)，主要有：（1）涼城-興和變質(zhì)帶的集寧群，經(jīng)中壓型區(qū)域中高溫變質(zhì)作用（變質(zhì)溫度880～1000 ℃、壓力1.2～1.4 GPa），形成以高角閃巖相與麻粒巖相為主的深變質(zhì)巖系；（2）烏拉山-大青山變質(zhì)帶的烏拉山群，經(jīng)中低壓型區(qū)域中高溫變質(zhì)（變質(zhì)溫度700～900 ℃、壓力0.55～0.8 GPa），形成以角閃巖相為主的深變質(zhì)巖系；（3）色爾騰山-四子王旗變質(zhì)帶的色爾騰山群，經(jīng)區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用（變質(zhì)溫度325～660 ℃、壓力0.2～0.7 GPa），形成以低角閃巖相—綠片巖相為主的中深變質(zhì)巖系。其后伴隨Columbia大陸裂解自中新元古代在白云鄂博-渣爾泰山裂谷系之中，沉積了以白云鄂博群、渣爾泰山群為主的巨厚復(fù)理石建造，經(jīng)區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用（變質(zhì)溫度325～470 ℃，變質(zhì)壓力0.2～0.7 GPa），形成以低綠片巖相為主的淺變質(zhì)巖系。之后經(jīng)加里東期與華力西期兩期區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用，在局部地區(qū)同樣形成了以低綠片巖相為主的淺變質(zhì)巖系（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；耿元生等，2010）。

2 礦床類型及時(shí)空分布特征

2.1 礦床時(shí)空分布特征

區(qū)內(nèi)的石墨礦床整體呈東西帶狀分布，集中產(chǎn)于太古宇集寧群、古元古界烏拉山巖群、中新元古界白云鄂博群以及晚古生界石炭系的幾類變質(zhì)巖系地層中（表1）。石墨礦體的空間產(chǎn)出形態(tài)，嚴(yán)格受地層構(gòu)造控制，主要分布在華北陸塊北緣及鄂爾多斯盆地西北緣等地。

表1 內(nèi)蒙古中西部石墨礦床

該區(qū)的石墨成礦與地殼演化、地質(zhì)期內(nèi)大范圍的沉積作用、及其后的變質(zhì)作用有密切關(guān)系，存在3個(gè)重要成礦期，即太古宙—古元古代成礦期（3.20～1.80 Ga）、中—新元古代成礦期（1.80～0.54 Ga）、晚古生代石炭世成礦期（307.0～133.9 Ma）。

2.2 礦床類型

前人學(xué)者將我國石墨礦床類型劃分為3類：區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型與巖漿巖熱液型（顏玲亞等，2018）。就目前內(nèi)蒙古中西部地區(qū)發(fā)現(xiàn)的石墨礦床類型來看，主要以區(qū)域變質(zhì)型為主，但普遍存在受后期巖漿侵入作用或混合巖化作用的影響。根據(jù)該區(qū)石墨礦床的產(chǎn)出環(huán)境與賦礦層位特征，本文將研究區(qū)石墨礦床類型進(jìn)一步細(xì)分為：（1）賦存在集寧巖群和烏拉山巖群中的石墨礦，其賦礦巖石出現(xiàn)了“石英+石墨+矽線石+石榴石+角閃石+斜長石+黑云母”的變質(zhì)礦物組合（井天陽，2016；譚均，2019），為高角閃巖相—麻粒巖相，所屬大地構(gòu)造位置均為較穩(wěn)定的陸塊基底，故將其劃分為“結(jié)晶基底型”；（2）賦存在白云鄂博群中的石墨礦，其礦石中出現(xiàn)“石英+石墨+紅柱石+白云母（絹云母）+斜長石+黑云母”的變質(zhì)礦物組合，為低角閃巖相（姜高珍等，2017）；以及賦存在石炭系中的石墨礦，其賦礦巖石往往為煤系地層，為變質(zhì)程度更低級(jí)的煤系變質(zhì)，此二者所屬大地構(gòu)造位置均為活動(dòng)性較強(qiáng)的板內(nèi)陸塊間的活動(dòng)地帶，故將此二者劃分為“活動(dòng)帶型”。

3 典型礦床地質(zhì)特征

3.1 “結(jié)晶基底型”石墨礦床

“結(jié)晶基底型”石墨礦床主要分布在華北陰山隆起中東段、白云鄂博-渣爾泰山裂谷帶、鄂爾多斯凹陷西北緣及阿拉善陸塊東南緣，發(fā)育超大型、大型及中小型石墨礦床，地層單元普遍變質(zhì)程度高，石墨礦物片徑大、品質(zhì)好。典型代表為黃土窯石墨礦和查罕木胡魯石墨礦等。

3.1.1 黃土窯石墨礦

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古興和縣（圖2），屬華北克拉通北緣中段、內(nèi)蒙地軸中段南側(cè)。區(qū)內(nèi)地層主要為太古界集寧群的深變質(zhì)巖系。巖性以片麻巖及麻粒巖為主，局部混合巖化作用強(qiáng)烈；區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)烈，局部發(fā)育小規(guī)模的斷裂構(gòu)造；巖漿活動(dòng)不強(qiáng)烈，僅局部出露輝綠巖、閃長巖及花崗偉晶巖等巖脈。

圖2 內(nèi)蒙古興和黃土窯石墨礦地質(zhì)簡圖（據(jù)王時(shí)麒，1989修改）

礦體產(chǎn)于太古宇集寧群變質(zhì)巖系中，與矽線石石榴子石片麻巖關(guān)系密切。礦區(qū)共圈定礦體32個(gè)，多數(shù)呈透鏡狀、似層狀分布，礦體長500～1000 m，厚20～40 m。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，沿走向及傾向呈舒緩波狀特點(diǎn)。固定碳單工程平均品位3.17%～4.29%，總體平均品位3.60%，已探明資源儲(chǔ)量244.1萬t，屬大型石墨礦床（井天陽，2016），礦石工業(yè)類型為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦石。礦石中主要礦物成分由斜長石、鉀長石、石英、黑云母和石墨組成，呈灰褐色，風(fēng)化面灰白色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，少數(shù)呈條帶狀構(gòu)造，石墨片度多為0.30～2.00 mm、最大片度達(dá)2～3 mm，為大鱗片狀石墨（王時(shí)麒，1989）。

礦體圍巖為黑云矽線石榴斜長片麻巖、混合巖化長英質(zhì)片麻巖。礦石普遍發(fā)育絹云母化、透閃石化、高嶺土化及綠泥石化等蝕變。該礦床有明顯的層控特點(diǎn)，屬于具混合巖化特征的區(qū)域變質(zhì)型礦床（井天陽，2016）。

3.1.2 查汗木胡魯石墨礦

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古阿拉善左旗境內(nèi)（圖3），屬華北克拉通北緣西段，其北隸屬狼山—白云鄂博凹陷帶、狼山—渣爾泰山褶斷束，其南屬鄂爾多斯凹陷河套新斷陷。區(qū)內(nèi)主要出露地層為中太古界烏拉山巖群、漸新世清水營組和上新世苦泉組及更新統(tǒng)和全新統(tǒng)沖積物等；構(gòu)造復(fù)雜，主要以NW、NE向斷裂為主；巖漿巖主要為志留紀(jì)的中細(xì)粒黑云母花崗閃長巖及泥盆紀(jì)的中細(xì)?；◢弾r。

圖3 阿拉善左旗查汗木胡魯石墨礦地質(zhì)簡圖（據(jù)鄭永濤等，2016）

礦體產(chǎn)于烏拉山巖群片麻巖段含石墨變質(zhì)巖系地層中，礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)礦體11條，整體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ號(hào)為主礦體，沿SN向展布，平均傾向268°～293°，平均傾角24°～31°。礦體長1050～1400 m，平均真厚度12.93～19.18 m，固定碳平均品位3.72%～5.61%，已探明資源儲(chǔ)量達(dá)702.91萬t，屬超大型石墨礦床。礦石主要由斜長石、石英、黑云母、輝石、石榴石、石墨等礦物構(gòu)成，礦石結(jié)構(gòu)為片狀—粒狀不等粒變晶結(jié)構(gòu)、斑狀變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造以網(wǎng)脈狀、片狀構(gòu)造及片麻狀構(gòu)造為主。石墨片徑多為0.5～3.0 mm，少數(shù)可達(dá)5.0 mm。礦體頂?shù)装鍑鷰r主要為蛇紋石化大理巖，屬區(qū)域變質(zhì)型礦床（鄭永濤等，2016）。

3.2 “活動(dòng)帶型”石墨礦床

活動(dòng)帶型石墨礦床主要分布在華北陸塊北緣白云鄂博-渣爾泰山裂谷帶和鄂爾多斯凹陷西北緣及阿拉善陸塊東南緣等區(qū)域，礦床規(guī)模均比較大，以大型—超大型礦床為主，典型代表為大烏淀石墨礦、查干溫都日石墨礦及嘉爾噶勒賽漢塊狀晶質(zhì)石墨礦等。

3.2.1 大烏淀石墨礦

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古烏拉特中旗境內(nèi)（圖4），屬華北板塊北緣西段、狼山-白云鄂博裂谷系、烏拉特中旗-新忽熱蘇木隆起帶。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為白云鄂博群尖山組一、二段，受大烏淀背斜及高勒圖斷裂影響、地層出現(xiàn)強(qiáng)烈的板理化特征，巖漿巖主要以海西中晚期的中酸性巖漿為主、巖性中細(xì)粒石英閃長巖、中細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖（姜高珍等，2017）。

圖4 烏拉特中旗大烏淀石墨礦地質(zhì)簡圖（據(jù)張艷飛和梁帥，2018）

礦體賦存于尖山巖組一段的含石墨片巖中。礦區(qū)內(nèi)共圈定礦體15條，整體呈厚層狀、透鏡狀、斷續(xù)豆莢狀、條帶狀，沿北東向展布，傾向NW，傾角35°～82°，與地層產(chǎn)狀基本一致。礦體長100～3500 m不等，平均真厚度3.26～56.64 m，固定碳品位2.50%～12.59%，平均品位4.47%，已探明石墨資源儲(chǔ)量達(dá)1775.58萬t，為超大型石墨礦（姜高珍等，2017；李以科等，2018；張艷飛和梁帥，2018）。

礦石由石英、紅柱石、白云母、黑云母、石墨及少量黃鐵礦、絹云母、磁黃鐵礦、金紅石等構(gòu)成。石墨片徑多為0.01～0.66 mm。礦體圍巖以變質(zhì)石英砂巖為主，蝕變類型主要為褐鐵礦化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、矽線石化、硅化和少量的綠簾石化、綠泥石化等。由于該礦床受后期巖漿巖影響，屬沉積-接觸變質(zhì)型礦床（張艷飛和梁帥，2018；李以科等，2018）。

3.2.2 查干文都日石墨礦

礦區(qū)位于內(nèi)蒙古達(dá)茂旗境內(nèi)（圖5），處于華北板塊北緣狼山—白云鄂博臺(tái)緣凹陷帶內(nèi)。區(qū)內(nèi)出露的地層有中—新元古界白云鄂博群，中生界白堊系和新生界新近系及第四系；礦區(qū)整體受一條NNW向斷裂控制，形成一條長2.5 km的擠壓破碎帶；出露的巖漿巖主要以燕山期的中酸性巖漿為主，巖性為中細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖、中粒二長花崗巖、中細(xì)粒黑云母石英閃長巖。

圖5 烏拉特中旗查干溫都日石墨礦地質(zhì)簡圖（據(jù)周樹亮等，2015）

礦體賦存于尖山巖組一段的含石墨粉砂質(zhì)絹云母板巖中。礦區(qū)內(nèi)共圈定礦體5條，整體呈厚層狀、層狀、似層狀，沿NW向展布、傾向NE，傾角55°～64°。礦體長400～2300 m，厚度 25.38～41.15 m，固定碳平均品位5.21%～6.55%，已探明資源儲(chǔ)量達(dá)850萬t，屬超大型石墨礦床（李以科等，2018）。礦石類型主要為含石墨粉砂質(zhì)絹云母板巖和含石墨紅柱石粉砂質(zhì)絹云母板巖。石墨片度多為10～1.0 μm。礦體圍巖為黑云母花崗巖和變質(zhì)長英質(zhì)粉砂巖。該礦床受一定層位控制，礦體產(chǎn)狀與圍巖一致，屬區(qū)域變質(zhì)型礦床（周樹亮等，2015）。

4 成礦作用

4.1 石墨成礦作用

一般來講，天然石墨的形成一般會(huì)經(jīng)歷碳質(zhì)原生沉積、石墨晶核成形、晶體富集生長、礦體疊加富集4個(gè)階段。在適當(dāng)?shù)臏貕簵l件下，碳原子進(jìn)行有序排列、分子結(jié)構(gòu)不斷完善，并發(fā)生一系列的脫氧脫氫反應(yīng)（Zhao et al.,2005）。而石墨礦床的形成應(yīng)具備兩個(gè)條件，其一為地層沉積時(shí)需富含大量有機(jī)質(zhì)、為后期成礦提供重要的物質(zhì)來源，其二為地層發(fā)生較為強(qiáng)烈的變質(zhì)作用使地層中的碳質(zhì)活化富集成礦、為成礦提供必要的溫壓條件（李超等，2015）。

目前內(nèi)蒙古中西部發(fā)現(xiàn)的石墨礦多為有機(jī)碳成因（陳衍景等，2000）。碳質(zhì)原生沉積環(huán)境多在穩(wěn)定濕熱的濱淺海及裂谷環(huán)境下，有機(jī)質(zhì)繁盛，為成礦提供充足的物質(zhì)來源。經(jīng)過穩(wěn)定的沉積成巖過程后，發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，使原生沉積的有機(jī)質(zhì)在區(qū)域變質(zhì)的溫壓條件下通過熱變質(zhì)重結(jié)晶作用形成石墨微晶，此后經(jīng)過熱液改造重熔使晶體逐步生長，最后通過后期熱液構(gòu)造疊加改造作用不斷使礦體富集，石墨鱗片增大、品質(zhì)提高（邢志強(qiáng)，2010；梁帥，2015；姜高珍等，2017）。

4.2 變質(zhì)成礦演化過程

華北克拉通北緣處于華北板塊、西伯利亞板塊和庫拉-太平洋板塊接合部位，經(jīng)歷了陸核生成、結(jié)晶基底生長、（微）陸塊發(fā)展，裂谷沉積以及多次構(gòu)造巖漿活動(dòng)的漫長地質(zhì)演化過程（陳衍景等，2000；沈?qū)氊S等，2001；李俊建等，2010；梁帥，2015）。

中—新太古代時(shí)期（3.0～2.5 Ga），主要在陰山東段形成一套原巖為含炭質(zhì)半粘土質(zhì)巖石、泥質(zhì)（或凝灰質(zhì)）砂巖，夾基性和中酸性鈣堿性火山巖以及碳酸鹽巖的組合，即上集寧群（王啟超等，2002）。其后新太古代（2.47～2.52 Ga）時(shí)期在陰山中段形成一套原巖以石英砂巖、雜砂巖、含炭質(zhì)碳酸鹽巖和半粘土質(zhì)砂巖為主的巖石組合，即烏拉山群（主要為烏拉山群上部）（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。華北古陸塊發(fā)生過多期次、大規(guī)模的火山沉積和巖漿活動(dòng)、及區(qū)域變質(zhì)作用（趙國春，2009；耿元生等，2010），區(qū)內(nèi)巖石普遍經(jīng)歷了約2.5～2.4 Ga的變質(zhì)作用，使集寧群與烏拉山巖群中原生沉積的大量有機(jī)質(zhì)（王時(shí)麒，1989），并在適宜的溫壓條件下原始碳原子得到活化、形成微小的石墨晶核。

自古元古代開始（<2.5 Ga），南部的鄂爾多斯地塊逐步向陰山地塊移動(dòng)，在古元古代中期（2.0～1.9 Ga），鄂爾多斯地塊北緣與陰山地塊發(fā)生碰撞拼貼，這條長1000 km近東西向展布的孔茲巖帶（碰撞造山帶）使西部地塊完成統(tǒng)一（Xia et al.,2006；吳昌華等，2006；李三忠等，2015），之后在古元古代中晚期（1.9～1.8 Ga）華北克拉通東西部地塊完成最終拼合、Columbia超大陸形成。在陰山東段地區(qū)出露的集寧群地層，普遍遭受的變質(zhì)作用達(dá)到高角閃巖相—麻粒巖相，其變質(zhì)峰期溫度均達(dá)到800 ℃以上，最高達(dá)950 ℃（盧良兆等，1996；Jiao et al.,2013；蔡佳等，2014），變質(zhì)時(shí)代主要集中在1.93～1.92 Ga之間（Liu et al.,2012）；中段烏拉山—大青山地區(qū)出露的烏拉山群地層，普遍遭受的變質(zhì)作用也達(dá)到高角閃巖相—麻粒巖相，其變質(zhì)峰期溫度均高于800 ℃，最高達(dá)860 ℃（Liu et al.,2010；蔡佳等，2013），變質(zhì)時(shí)代為1.93～1.83 Ga（劉平華等，2013）。在此過程中發(fā)生一系列的構(gòu)造巖漿活動(dòng)與區(qū)域變質(zhì)作用（董春艷等，2012；徐仲元等，2013；陳佩嘉等，2017），經(jīng)過相對高溫高壓的變質(zhì)作用，使古老地層中的炭質(zhì)有機(jī)質(zhì)得到進(jìn)一步活化富集，進(jìn)而成礦。形成了集寧興和黃土窯石墨礦、烏拉山什報(bào)氣石墨礦及阿左旗查罕木呼魯石墨礦等。

在中元古代早期（>1.8 Ga），隨著Columbia超大陸的裂解破壞，華北陸塊與西伯利亞陸塊不斷分離、形成洋盆（Zhao et al.,2003；Zhai et al.,2011；劉超輝和劉福來，2015），在華北陸塊邊緣濱海的環(huán)境下形成了一條寬大的裂谷帶，即渣爾泰-白云鄂博-化德裂谷（Hu et al.,2014；翟明國和彭澎，2007；公王斌等，2016）。由于溫?zé)岱€(wěn)定適宜的沉積環(huán)境，發(fā)育了大量微生物，自中元古代早—中期（1.8～1.6 Ga）到中元古代中—晚期再到新元古代在區(qū)域內(nèi)沉積了一套以白云鄂博群為主的碳質(zhì)含量較高的地層（公王斌等，2016），并且良好的環(huán)境條件使得有機(jī)質(zhì)得以大量保存，為石墨成礦提供重要的物質(zhì)來源（姜高珍等，2017；張艷飛和梁帥，2018）。

伴隨著中元古代晚期（<1.0 Ga）的呂梁運(yùn)動(dòng)，區(qū)域內(nèi)發(fā)生了大規(guī)模的以低綠片巖相為主的區(qū)域變質(zhì)作用，這使得地層中的碳質(zhì)成分在適宜的溫壓條件及變質(zhì)流體等熱動(dòng)力的作用下（穆可斌等，2019），形成石墨晶核并初步形成雛晶，之后經(jīng)漫長的地質(zhì)演化，最終伴隨著海西期強(qiáng)烈的巖漿作用，使得地層中的石墨進(jìn)一步活化富集，使得石墨品質(zhì)進(jìn)一步提高，進(jìn)而成礦。形成了賦礦層位以中—新元古代地層為標(biāo)志的一系列石墨礦床，如大烏淀、查干溫都日、巴音溫都爾等石墨礦。

從早古生代（<541 Ma）開始華北陸塊趨于穩(wěn)定，自晚石炭世（<307 Ma）由于溫?zé)岬臍夂蚴沟弥参锎罅糠敝嘲l(fā)育，該區(qū)在晚石炭世早期開始裂陷下沉到晚石炭世晚期逐步沉積形成了一套富含有機(jī)質(zhì)的煤系地層（郭英海等，1998），之后經(jīng)持續(xù)的區(qū)域變質(zhì)作用與接觸變質(zhì)作用，在形成無煙煤的基礎(chǔ)上，進(jìn)而形成石墨礦，由于煤系地層中碳質(zhì)富集，形成的石墨礦礦化程度較高（顏玲亞等，2018；梁偉等，2018）。

總體看來，內(nèi)蒙古中西部石墨礦床的成礦，首先與相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境及適應(yīng)生物大量生長發(fā)育的溫暖濕潤的古氣候條件密切相關(guān)；其次是在有足夠的碳質(zhì)來源積累后，需經(jīng)大規(guī)模的區(qū)域變質(zhì)作用、提供足夠的溫度和壓力條件，使得地層中的碳質(zhì)可以形成石墨晶核；最后經(jīng)過漫長復(fù)雜的地質(zhì)作用使得石墨晶核逐步成形、成礦、石墨品質(zhì)不斷提高。

5 找礦方向

內(nèi)蒙古中西部地區(qū)的石墨礦床，多數(shù)受地層控制明顯，主要集中在中太古界集寧群、古元古界烏拉山巖群以及中—新元古界白云鄂博群、古生界石炭系的地層中，集中在陰山隆起中東段、阿拉善地塊東南緣及鄂爾多斯凹陷北緣等區(qū)域。綜合分析來看，內(nèi)蒙古中西部石墨礦的找礦方向總結(jié)為以下3點(diǎn)。

（1）重點(diǎn)關(guān)注深變質(zhì)巖區(qū)地層，石墨的鱗片粒度往往與變質(zhì)程度有密切關(guān)系（李超等，2015），特別是孔茲巖帶中的中—新太古—古元古界的地層，其往往歷經(jīng)多次變質(zhì)作用、混合巖化作用或巖漿侵入作用，普遍變質(zhì)程度較高，因地層年代久遠(yuǎn)、分布較為零散。深變質(zhì)巖區(qū)地層中石墨礦的主要特征為：石墨鱗片粒度大、品質(zhì)好、礦床規(guī)模及資源量相對較小。

（2）其次要關(guān)注狼山-白云鄂博-化德裂谷帶，近幾年在內(nèi)蒙古中部地區(qū)連續(xù)發(fā)現(xiàn)的3個(gè)超大型石墨礦床，均產(chǎn)于該裂谷帶的中元古界白云鄂博群中，變質(zhì)程度中等，該地層單元在區(qū)內(nèi)分布范圍較廣、均為晶質(zhì)石墨礦，資源潛力巨大。其主要特征為：石墨鱗片中等、品質(zhì)較好、礦床規(guī)模及資源量大。

（3）最后區(qū)內(nèi)出露的石炭系煤系地層，該層位內(nèi)形成的石墨礦數(shù)量不多、但由于地層中富含炭質(zhì)，形成的石墨固定碳含量相對較高、多為隱晶質(zhì)石墨，碳資源量豐富，其主要特征為：石墨鱗片?。ǘ鄶?shù)為隱晶質(zhì)）、品質(zhì)一般、礦床規(guī)模小但碳質(zhì)資源量大。

通過以上分析，可根據(jù)石墨礦物的不同工業(yè)利用價(jià)值對相應(yīng)的地區(qū)展開針對性的找礦勘查工作。

6 結(jié)論

（1）內(nèi)蒙古中西部石墨礦床主要?jiǎng)澐譃榻Y(jié)晶基底型與活動(dòng)帶型。根據(jù)石墨礦床的時(shí)空分布特征，該區(qū)石墨礦主要集中于中太古代—古元古代、中—新元古代、古生代石炭紀(jì)3個(gè)成礦期，產(chǎn)出位置集中于陰山隆起中東段、阿拉善地塊東南緣與鄂爾多斯凹陷北緣三個(gè)區(qū)域。

（2）該區(qū)的石墨成礦具多種因素，其含礦建造與穩(wěn)定的陸緣沉積環(huán)境、溫濕適宜的氣候環(huán)境所形成的含碳物質(zhì)豐富的地層密切相關(guān)，同時(shí)經(jīng)過之后大規(guī)模、多階段的區(qū)域變質(zhì)作用，使碳質(zhì)得到活化、聚集并逐步成礦，最后經(jīng)混合巖化、巖漿侵位以及變質(zhì)疊加等后期復(fù)雜的地質(zhì)作用，石墨品質(zhì)得以不斷提高。

（3）內(nèi)蒙古中西部石墨礦的找礦勘查工作需重點(diǎn)關(guān)注：太古宇—古元古界深變質(zhì)巖區(qū)地層，狼山-白云鄂博裂谷系淺變質(zhì)巖地層及鄂爾多斯凹陷北緣石炭系煤系地層3個(gè)方向。

注 釋

①U.S.Geological Survey.2021.《Mineral Commodity Summaries 2020》[R].

② 自然資源部.2019.《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告（2019）》[R].

③吳曉光,薛全君,王歷都,王子龍.2011.內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)市大豐石墨礦礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告[R].內(nèi)蒙古有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查第六院.

④ 王文秀,韓文彤,馬德清,郭曉冬,趙俊威.2012.內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗哈達(dá)圖石墨礦普查報(bào)告[R].內(nèi)蒙古自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局五一一隊(duì).

⑤ 薛志剛,王繼剛,白啟星,任培林.2003.內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗紅旗店石墨礦20、79、90號(hào)礦體普查地質(zhì)報(bào)告[R].內(nèi)蒙古自治區(qū)第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院.

⑥ 梁柯,趙起超,員玉強(qiáng),趙生俊,周勛.2012.內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗閆地拉圖礦區(qū)石墨礦、高嶺土礦、鐵礦詳查報(bào)告[R].內(nèi)蒙古自治區(qū)第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院.