倪振平， 馬兆同， 劉福魁， 倪志霄

(1．山東省地質(zhì)調(diào)查院, 山東濟南250013； 2．山東省物化探勘查院，山東濟南250013； 3．中國建筑材料地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東濟南250100)

?

山東石墨資源潛力預測

倪振平1， 馬兆同2， 劉?？?， 倪志霄3

(1．山東省地質(zhì)調(diào)查院, 山東濟南250013； 2．山東省物化探勘查院，山東濟南250013； 3．中國建筑材料地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東濟南250100)

以“礦床成礦系列”理論為指導，利用 “礦床模型綜合地質(zhì)信息預測”方法分析提取石墨典型礦床預測要素，結合典型礦床及石墨成礦地質(zhì)特征提取區(qū)域預測要素，建立了區(qū)域成礦模式及區(qū)域預測模型。在陸緣海相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境下沉積形成的古元古代荊山群陡崖組徐村段含碳碎屑巖-有機質(zhì)黏土巖-鎂質(zhì)碳酸鹽巖建造、古元古代晚期區(qū)內(nèi)的高角閃巖-麻粒巖相的中—高級變質(zhì)作用是區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦床形成的必要條件。區(qū)域性褶皺構造的翼部、次級褶皺構造的核部及轉折端附近，角閃石、透閃石、透輝石、石墨、黑云母礦物組合特征是石墨礦床成礦、賦礦的重要要素，陡崖組徐村段石墨黑云斜長片麻巖或石墨透輝變粒巖是石墨礦床的重要找礦標志。石墨賦礦層位的高極化率、低電阻率、低磁異常特征是石墨礦床存在的重要指示標志。按照賦礦變質(zhì)建造分布范圍，控礦構造展布方向及區(qū)內(nèi)電性、重磁異常特征等綜合因素圈定預測區(qū)平面及深部延伸邊界。全區(qū)圈定預測區(qū)85個，其中A級14個，B級11個，C級60個，分區(qū)域、地段、深度、級別(類別)定量估算500 m以淺資源量，預測晶質(zhì)石墨礦物量1億多t。

石墨礦；礦床模型綜合地質(zhì)信息；預測要素；預測區(qū)；山東西北地區(qū)

0　引　言

山東省晶質(zhì)石墨礦床僅分布于膠西北地區(qū)的南部，大地構造位置處于華北陸塊膠遼陸塊膠北隆起區(qū)內(nèi)，前人經(jīng)過勘查及研究認為古元古代荊山群陡崖組是晶質(zhì)石墨礦床的主要賦存層位，荊山群陡崖組變質(zhì)地層呈NEE向分布于膠西北地區(qū)南部的平度—萊西—棲霞—牟平一帶，該帶構成了石墨礦床密集分布區(qū)。盡管石墨很早就作為戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源受到各國的普遍關注，但由于受用途、用量及深度開發(fā)技術影響，石墨礦床的勘查開發(fā)自始至終未與其他大宗礦產(chǎn)及稀有、稀土等礦床享有同等的重視程度，因此，對于石墨礦床的研究工作較少。山東省石墨礦床的研究工作始于20世紀60年代，首先在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中開展了基礎研究工作，蘭心儼(1981)、陶維屏(1988,1989)、張?zhí)斓澋?1998)在非金屬成礦系列、石墨礦床的賦存特征等方面開展過較為系統(tǒng)的研究工作。隨著近幾年石墨烯等新型材料的興起，石墨受到了廣泛關注和高度重視。顏玲亞等(2012)、李振來(2014)開展過石墨礦床地質(zhì)特征方面的研究工作；蘇旭亮(2013)對膠東西部地區(qū)石墨地質(zhì)特征進行了研究并開展了資源潛力預測。受同期認識及區(qū)內(nèi)勘查工作程度影響，區(qū)內(nèi)石墨礦床研究及預測成果尚存不足：(1) 石墨礦床地質(zhì)特征研究成果資料多數(shù)較陳舊；(2) 礦床地質(zhì)研究內(nèi)容較多，預測工作、尤其是對全區(qū)系統(tǒng)預測的研究工作開展得較少。

針對前人研究工作的特點，以陳毓川等(2007)提出的“礦床成礦系列”理論為指導，采用的“礦床模型綜合地質(zhì)信息預測”方法，主要圍繞預測評價中的礦產(chǎn)預測要素信息提取、成礦模式、預測模型建立、預測區(qū)圈定與優(yōu)選及資源量估算等方法展開預測研究，做到了全區(qū)定位、定深度、定量、定級別(類別)的預測。預測簡要流程：預測方法類型及礦產(chǎn)預測類型確定—典型礦床與區(qū)域成礦要素研究—典型礦床與區(qū)域預測要素研究—建立典型礦床與區(qū)域成礦模式及預測模型—最小預測區(qū)的圈定與優(yōu)選—資源量估算—資源潛力評價。

1　礦產(chǎn)預測方法類型及預測類型的確定

區(qū)內(nèi)與石墨礦床形成、賦存密切相關的因素有古元古代荊山群變質(zhì)地層，特別是古元古代荊山群陡崖組徐村段變質(zhì)地層是晶質(zhì)石墨礦床賦存的有利層位，晶質(zhì)石墨形成的關鍵因素是區(qū)內(nèi)的區(qū)域變質(zhì)程度，因此，古元古代荊山群陡崖組較高級變質(zhì)地層分布區(qū)是石墨礦資源潛力的有利部位。

早古元古代，膠北隆起區(qū)南部整體處于大陸邊緣沉積環(huán)境，區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)背景基本相同，古元古代晚期，區(qū)內(nèi)整體經(jīng)歷了高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用，因此石墨的成礦地質(zhì)作用基本相同，其礦床式僅為“南墅式”沉積變質(zhì)型石墨礦床的一個礦床式，礦產(chǎn)預測方法類型采用“變質(zhì)”型。

2　典型石墨礦床成礦要素及預測要素

以平度市劉戈莊石墨礦床為例。區(qū)內(nèi)屬于同一成因類型的石墨礦床，成礦物質(zhì)來源、控礦因素以及形成石墨礦床的大地構造環(huán)境具有相似性和一致性。但具體成礦作用及成礦環(huán)境會有微細差異，均可造成成礦作用的不均勻性，由此造成預測的復雜性。為提高預測的準確性，則盡可能多地開展典型礦床研究、建立典型礦床預測模型，為分區(qū)精確預測奠定基礎。因此，選定勘查、研究工作程度較高的平度劉戈莊石墨礦床為主、其他石墨礦床為輔，從成礦地質(zhì)環(huán)境和礦床特征兩大部分進行成礦規(guī)律研究和成礦模式的建立，根據(jù)重力、航磁及電法信息的提取和解釋，結合區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)特征、石墨礦成礦規(guī)律建立礦床預測模型。

2.1控礦構造特征

劉戈莊石墨礦床位于平度—萊西成礦帶的中西部，礦床受NEE向劉戈莊—田莊不對稱向斜控制，其向斜核部由古元古代荊山群陡崖組水桃林片巖段組成，兩翼分別為陡崖組徐村石墨巖系段和野頭組大理巖組成。向斜南翼較發(fā)育，傾角較緩(50°～80°)，北翼傾角較陡(70°～80°)；向斜北翼的東部還發(fā)育南坦坡次級背斜，背斜由陡崖組徐村石墨巖系組成。區(qū)內(nèi)發(fā)育NNE、NW向2組斷裂。礦區(qū)石墨礦體的分布除受向斜和次級背斜控制外還遭受NNE、NW向2組后期斷裂的切割和破壞(圖1)。

圖1　平度市劉戈莊石墨礦區(qū)地質(zhì)簡圖1-古元古代荊山群陡崖組水桃林段；2-古元古代荊山群陡崖組徐村段；3-古元古代荊山群野頭組定國寺段；4-古元古代荊山群野頭組祥山段；5-石墨礦體；6-向斜；7-背斜；8-斷層Fig.1　Simplified geological map of the Liugezhuang graphite mine in Pingdu City of Shandong

2.2礦體特征

礦區(qū)賦存3個含礦帶、11個含礦層，賦存29個石墨礦體。其中，第Ⅱ含礦帶規(guī)模最大，含礦巖石類型為石墨黑云片麻巖，出露于劉戈莊向斜南翼。其中Ⅱ-1礦層，含礦連續(xù)、規(guī)模巨大、是主礦層，該主礦層與含礦帶分布范圍相當，出露于向斜南翼F9和F11兩斷裂之間，中間被F10、F16、F17切割成4段；礦體呈層狀，出露長度2 454 m，厚度15～72 m，平均厚度43 m，已控制最大斜深420 m；礦層總體走向55°，傾向NW，與地層產(chǎn)狀一致，傾角35°～55°。除Ⅱ-1礦層以外，其余礦層多為透鏡狀、扁豆狀，沿走向長幾十米至300 m，延深30～180 m，厚4～40 m，傾角30°～65°。

礦層圍巖為徐村段斜長角閃巖，礦層頂、底板往往含石墨黑云斜長片麻巖或石墨透閃透輝巖，圍巖與礦層呈漸變過渡關系。

2.3礦石特征

2.3.1礦石礦物成分、結構構造特征(1) 透閃透輝巖型石墨礦石。約占礦區(qū)石墨總儲量的80%，是主要礦石類型。礦石為鱗片粒狀變晶結構，少數(shù)為鱗片纖維狀變晶結構。鱗片浸染狀、片麻狀構造。礦物成分：透輝石10%～50%，透閃石10%～50%，局部被后期碳酸鹽交代；斜長石5%～30%，多為中長石，常被絹云母交代；黑云母5%～10%；石墨7%～12%。石墨礦物多為單體，分散分布，少數(shù)呈集合體分布；石墨多呈細小鱗片分布于透輝石、透閃石的邊緣，少數(shù)在透輝石中呈包體分布。石墨礦物鱗片片徑多在0.5 mm以下。

(2) 混合質(zhì)片麻巖型石墨礦石。主要發(fā)育在主礦層底部，深部變薄或尖滅。此類礦石約占礦區(qū)石墨總儲量的15%～17%。石墨晶體平直，少數(shù)彎曲。

(3) 黑云斜長片麻巖型礦石。石墨多與黑云母連生或間疊，石墨鱗片直徑0.5～1 mm。此類礦石約占礦區(qū)石墨總儲量的5%。

2.3.2礦石化學成分特征石墨礦石中固定碳質(zhì)量分數(shù)一般為2.5%～6.5%，最高7.93%。礦區(qū)平均品位3.34%。主礦層具有東富西貧、淺富深貧的特征，輕微混合巖化品位增高，混合巖化強烈品位降低。原生石墨礦石中含硫一般為2%～5%，最高6.85%，主礦層平均硫質(zhì)量分數(shù)2.83%。含硫礦物中磁黃鐵礦約占60%，黃鐵礦占40%，多半沿片理呈不規(guī)則脈狀或團塊狀，局部可見磁黃鐵礦沿石墨的解理裂隙充填交代。礦石中TiO2質(zhì)量分數(shù)一般為0.50%～0.70%，個別樣品達1%以上。礦石中親硫元素(Cu、Mo、Pb、Zn)總量與固定碳質(zhì)量分數(shù)呈正相關關系。

2.4礦區(qū)地球物理特征

2.4.1電性特征(1) 物性參數(shù)。礦床及圍巖由各種變質(zhì)程度較高的變質(zhì)巖石組成，含礦巖石物性特征最主要的特點表現(xiàn)在電性方面，具有極化率增加、電阻率降低的特征(表1)。

表1　劉戈莊典型礦床電性、磁性、密度統(tǒng)計

(2) 極化率。陡崖組徐村段石墨礦的極化率最高，常見值為45.00%，常見變化范圍為15.00%～55.00%,引起石墨礦區(qū)高極化率異常峰值區(qū)。各類含石墨巖系極化率普遍較高，極化率常見值4..00%～5.50%，極小值在1.80%～3.00%之間，極大值在15.00%～50.00%之間。石墨礦體的圍巖極化率常見值為2.50%～3.00%，變化范圍較大，為0.55%～11.00%。石墨礦體底板圍巖常見極化率值為2.00%,變化范圍較大，為0.75%～11.86%。

陡崖組水桃林段是石墨礦層的上層巖層，主要巖性為黑云變粒巖、長石石英巖，極化率較低，常見值2.77%～3.00%；野頭組是石墨礦層的下層巖層，主要巖性為混合質(zhì)石墨黑云斜長片麻巖、斜長角閃混合巖，藍晶石榴黑云片巖、(矽線)石榴二云片巖、淺粒巖等巖石，極化率較低，常見值1.91%～2.80%。

(3) 電阻率。石墨礦的電阻率最低，一般變化范圍59～95 Ω·m，平均值78 Ω·m。含石墨變質(zhì)巖系由于含有層狀石墨而電阻率相對較低。含石墨(黑云、斜長)片麻巖類電阻率較低，變化范圍150～1 000 Ω·m，平均值405 Ω·m。含石墨變粒巖類，包括含黑云母、透閃石、透輝石質(zhì)變粒巖，電阻率較低，變化范圍93～2 000 Ω·m，平均值540～890 Ω·m。含石墨(透閃)透輝巖類電阻率也較低，變化范圍281～2 606 Ω·m，平均值910 Ω·m。礦石圍巖斜長角閃巖、透輝斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖等巖石電阻率中低等，變化范圍905～950 Ω·m。蛇紋大理巖電阻率較高,變化范圍1 179～31 010 Ω·m，平均值20 870 Ω·m。

石墨礦層上層巖層陡崖組水桃林段黑云變粒巖、長石石英巖電阻率較高，為1 457～2 515 Ω·m；石墨礦層下層巖層野頭組斜長角閃混合巖，藍晶石榴黑云片巖、(矽線)石榴二云片巖、淺粒巖等巖石等電阻率1 085～18 300 Ω·m?；旌腺|(zhì)石墨黑云斜長片麻巖由于含有石墨，電阻率為255 Ω·m。后期脈巖類電阻率中高，如閃長玢巖電阻率為1 365 Ω·m。

含石墨礦段的巖石極化率、電阻率的高低隨含石墨量的變化而變化，含石墨高的巖石極化率高、電阻率低。石墨礦床圍巖、上下巖層等極化率較低、電阻率較高，因此，利用電阻率電性參數(shù)物探方法是尋找石墨礦床的有利工具。

(4) 激電異常特征。典型礦床視極化率ηs等值線平面圖表現(xiàn)為反“C”字半弧形高視極化率條帶，該高極化率條帶呈向西、向南彎曲的弧形條帶，長約3.5 km，由曲線狀串珠狀、條帶狀，高極化率極ηs分別為16%、17%、18%、22%、24%、15%等局部極大值組成“C”。異常寬窄不一：北東部局部稍寬，為250～300 m；南西端稍窄約120 m。石墨礦體的分布與高極化率條帶分布高度一致，反映了劉戈莊礦區(qū)晶質(zhì)石墨礦及含石墨礦變質(zhì)巖系的分布(圖2)，高極化率異常多處有極化率異常錯位,反映北西向后期斷裂的分布。

典型礦床視電阻率ρs異常表現(xiàn)為不規(guī)則半環(huán)“地槽”形低阻異常帶，該低阻帶總長約3 km，寬窄不一，窄處寬度120～150 m，寬處可達300～350 m，低阻值420～440 Ω·m，與其視極化率高異常帶相對應，同樣反映了低阻高極化石墨礦及含石墨變質(zhì)巖系的分布特征(圖2)。

圖2　視電阻率ρs(a)、視極化率ηs(b)與石墨礦體的關系Fig.2　Relationship of apparent resistivity (a) and polarizability (b) with graphite ore bodies

2.4.2地磁異常特征根據(jù)1∶1萬和1∶2 000地磁測量編制的典型礦床地磁異常等值線圖(圖3)，地磁異常表現(xiàn)為“舌”形邊緣條帶狀、串珠狀磁力高，內(nèi)部近EW向正、負局部磁異常條帶，東西長1.8 km，南北0.6～1.2 km，與劉戈莊復式向式核部古元古荊山群陡崖組水桃林段變質(zhì)巖系的分布相對應；向外，分布窄條帶狀正、負半環(huán)形磁異常帶，長約4 km，寬300～400 m，與含石墨礦的陡崖組徐村段變質(zhì)巖系相對應。

該巖段條帶狀正、負磁異常首尾相接、斷續(xù)分布，不僅反映向斜構造中含石墨礦變質(zhì)巖層的半環(huán)形分布合褶曲，而且該變質(zhì)巖層中引起正、負磁異常帶的交替變化。外圍呈寬條帶狀正、負磁異常，與荊山群野關組變質(zhì)巖層相對應。礦區(qū)西部分布有寬200～300 m近SN向降低磁異常帶，與復式向斜構造軸向正交，反映后期石碎性斷裂的分布?？傊?，礦區(qū)的多條帶半環(huán)形正、負磁異常群落反映了以古元古界荊山群含石墨變質(zhì)巖系及圍巖變質(zhì)巖層復式向斜構造分布與巖性變化。

2.4.3重力異常特征借用區(qū)域重力資料，典型礦床表現(xiàn)為西低東高的NNW向重力梯級帶，梯度值1.3×10-5m/s2，反映了劉戈莊次級凸起的西南邊部，而且還反映劉戈莊復式向斜荊山群變質(zhì)巖層向NSS方向傾伏。東側重力高，為劉戈莊復式向斜與南坦坡復式背斜的轉折端，說明凸起程度相對較高；西側重力低，反映向斜的傾伏端(圖3)。

圖3　地磁異常(ΔT)、剩余重力異常與石墨礦體關系Fig.3　Relationship of geomagnetic (ΔT) (a) and residual gravity anomalies (b) with graphite ore bodies

典型礦床提取的必要、重要、次要預測要素特征見表2。

根據(jù)典型礦床預測要素分析，建立劉戈莊“南墅”式沉積變質(zhì)型典型礦床預測模型(圖4)。

3　區(qū)域成礦要素研究

3.1大地構造環(huán)境

礦床集中分布于膠西北地區(qū)南部平度—萊西—萊陽—牟平地區(qū)，大地構造位置為華北陸塊、膠遼陸塊(山東部分)中南部。礦床分布受古元古代荊山群陡崖組徐村段石墨變粒巖建造組合的控制(圖5)。

古元古代時期，該區(qū)由太古宙的巖漿侵入作用及隆起剝蝕轉變?yōu)楹Ｏ喑练e。最突出的特點是古弧盆系特征發(fā)育，出現(xiàn)了線型盆地，形成了大面積的海相沉積。古元古代早期，由于地幔上隆作用，在地表形成近東西向的沉積盆地，伴隨著中酸性火山活動和海相碎屑沉積，還發(fā)育大量與火山活動有關的鐵英巖建造(硅鐵建造)。

古元古代沉積地層總體呈NEE向帶狀展布。荊山群主要分布于萊陽荊山、旌旗山、萊西南墅、平度祝溝、明村及昌邑岞山和安丘趙戈莊等南部地區(qū)。同樣含有石墨的同時異相沉積粉子山群主要分布于萊州粉子山、平度灰埠、蓬萊金果山、福山張格莊等北部地區(qū)，粉子山群沉積于弧后盆地，荊山群沉積于弧前盆地(宋明春等，2001)，兩者直接覆蓋于太古宙巖系之上，沿接觸面兩者多發(fā)育順層的韌性剪切帶。

表2　劉戈莊典型礦床預測要素特征

圖4　劉戈莊典型礦床預測模型1-第四系洪坡積物；2-陡崖組水桃林片巖段；3-陡崖組徐村石墨巖系段；4-野頭組定國寺段；5-野頭組祥山段；6-地質(zhì)界線；7-鉆孔位置及編號；8-視極化率曲線；9-視電阻率曲線；10-地磁曲線；11-剩余重力曲線；12-石墨礦體及編號Fig.4　Prediction model of the typical graphite ore deposits in Liugezhuang area

圖5　區(qū)域含礦層位與重磁異常關系1-第四系；2-新近紀牛山群玄武巖；3-晚白堊世王氏群砂巖、粉砂巖；4-早白堊世大盛群砂巖、粉砂巖夾火山碎屑巖；5-早白堊世青山群火山巖；6-早白堊世萊陽群砂巖、粉砂巖；7-中—晚奧陶世馬家溝群碳酸鹽巖；8-震旦紀蓬萊群輕微變質(zhì)砂巖、碳酸鹽巖；9-古元古代粉子山群斜長角閃巖、蛇紋石化大理巖，含石墨片巖；10-古元古代荊山群角閃變粒巖、石墨片巖、透輝大理巖；11-早白堊世偉德山二長花崗巖；12-早白堊世郭家?guī)X花崗閃長巖；13-晚侏羅世玲瓏二長花崗巖；14-新太古代棲霞英云閃長巖、奧長花崗片麻巖；15-地質(zhì)界線；16-斷層、推測斷層；17-航磁等值線；18-A類最小預測區(qū)；19-B類最小預測區(qū)；20-C類最小預測區(qū)；21-石墨礦床Fig.5　Relationship of ore-bearing strata with gravity and magnetic anomalies

荊山群的原巖建造主要為一套正常淺海相的泥質(zhì)巖、碎屑巖、碳酸鹽巖及鈣鎂硅酸鹽巖。3個組大致代表3個不同的沉積旋回。其中，從祿格莊組巖性組合看，基本沒有火山噴發(fā)事件，反映了一種穩(wěn)定的正常淺海相沉積環(huán)境。野頭組的原巖除正常沉積的碎屑巖、鈣鎂硅酸鹽巖和碳酸鹽巖外，尚有大量的表征基性火山噴發(fā)的斜長角閃巖類，尤其是在祥山段，其橫向和縱向上的巖相頻繁快速相變反映了當時處于一種地殼不穩(wěn)定的水下沉積環(huán)境。陡崖組的巖性組合及其穩(wěn)定延伸昭示著該組沉積時地殼處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，其中石墨的出現(xiàn)表征著該地區(qū)第一次大規(guī)模出現(xiàn)有機質(zhì)成分。其原巖主要為一套含炭質(zhì)的碎屑巖及黏土巖，反映了一種淺海相的沉積環(huán)境。

從粉子山群分布于各地的巖石組合可以看出，其原巖可以分為3個部分：下部是碎屑沉積巖，中部是碳酸鹽巖夾鈣鎂硅酸鹽巖，上部是含石墨的泥質(zhì)巖。其中在萊州地區(qū)下部的碎屑巖中發(fā)育較多的基性火山巖夾層，且碎屑巖的成熟度也比較低，主要為長石砂巖類。而在福山、蓬萊地區(qū)的粉子山群下部則主要為成熟度比較高的長石石英砂巖、石英砂巖，底部為泥質(zhì)巖，表明從整體看，粉子山群是形成于濱海相至淺海相的大陸邊緣構造環(huán)景，但各地具體的沉積環(huán)境則具有明顯的差別，一種是穩(wěn)定的陸緣環(huán)境，一種是活動的陸緣環(huán)境。

3.2控礦地質(zhì)體特征

與石墨礦成礦密切相關的地質(zhì)體為陡崖組徐村段石墨變粒巖-透輝大理巖組合，嚴格受地層層位控制，巖性由大理巖、片麻巖、變粒巖、透輝巖、透閃巖和斜長角閃巖等組成。根據(jù)對魯東地區(qū)石墨礦床的礦石資料統(tǒng)計，含晶質(zhì)石墨的變質(zhì)巖石主要為變粒巖(約占礦石總量的70%～80%)，其次為透閃透輝巖(約占礦石總量的10%～20%)，少數(shù)為大理巖。這些變質(zhì)巖與石墨礦體之間往往為漸變過渡關系，其原巖為淺海陸源含炭質(zhì)成熟較低的碎屑巖-黏土巖(泥灰質(zhì)巖)-碳酸鹽巖的沉積建造。據(jù)蘭心儼(1981)對萊西南墅石墨礦碳穩(wěn)定同位素的研究，南墅石墨中碳的輕、重同位素比例與礦體圍巖大理巖中碳酸鹽礦物碳的輕、重同位素比例完全不同，兩者非屬同源，這就否定了石墨碳來自碳酸鹽的可能。與國內(nèi)外資料對比, 南墅石墨的碳相當于有機質(zhì)碳，圍巖大理巖中碳酸鹽礦物的碳則相當于沉積碳酸鹽的成分。南墅石墨礦礦石中的碳來自于有機質(zhì)，當原巖中含有足夠數(shù)量的有機質(zhì)時，石墨礦的成礦才成為可能。主要石墨礦床都集中于膠北古陸南緣萊西、平度等地的徐村段含石墨變質(zhì)巖系中，乳山午極、威海馬格村等地同一層位原巖中沒有足夠的有機質(zhì)，未能形成石墨礦床。

此外，膠東地區(qū)石墨礦體的產(chǎn)出與大理巖密切相關，大理巖多作為礦體的頂、底板或夾層出現(xiàn)，如萊西南墅各礦區(qū)，牟平徐村、威海大西莊、平度境內(nèi)的石墨礦床等，說明含炭質(zhì)的沉積巖環(huán)境接近碳酸鹽巖的沉積環(huán)境，或是統(tǒng)一環(huán)境下沉積的產(chǎn)物。

3.3變質(zhì)作用對石墨成礦的控制

3.3.1 區(qū)域變質(zhì)作用對石墨礦成礦的控制作用從變質(zhì)作用及元古宙非金屬含礦變質(zhì)沉積建造分布特點看，膠遼陸塊石墨、滑石、菱鎂礦等主要非金屬礦床的展布具有明顯的規(guī)律性：(1) 一些大、中型石墨礦床幾乎全部賦存于麻粒巖相條件下形成的含礦變質(zhì)沉積建造中，主要分布于平度明村、萊西南墅、萊陽旌旗山和棲霞大莊頭等地，含礦層歸屬于古元古代荊山群；(2) 滑石、菱鎂礦、藍晶石、透輝巖、石英巖、大理巖等非金屬礦床，主要產(chǎn)在麻粒巖相帶兩側呈大體對稱展布的角閃巖相條件下形成的含礦變質(zhì)沉積建造中，主要分布于萊州粉子山群、蓬萊金果山、福山張格莊、萊陽荊山、五蓮坤山等地，含礦層主要歸屬于粉子山群。由此可見，不同的非金屬礦床明顯受控于不同的原巖建造類型、不同的變質(zhì)相及不同的大地構造環(huán)境。

中—高級區(qū)域變質(zhì)作用是區(qū)內(nèi)石墨礦床成礦的必要條件。含有相當數(shù)量的有機物質(zhì)的泥砂質(zhì)沉積巖，只有在變質(zhì)作用過程中，巖石內(nèi)的有機物遭受一系列的分解反應，才能導致晶質(zhì)石墨的產(chǎn)生(都城秋穗，1979)。變質(zhì)作用下有機碳轉變?yōu)槭倪^程，實際上是碳的構造有序化。在沸石相中，有機碳仍然是非晶質(zhì)或僅僅顯示一種發(fā)育不完全的石墨化構造，當?shù)搅私情W巖相時，才完成有序化的石墨構造，生成結晶完好的石墨，可見石墨礦床的形成必須有炭質(zhì)集中和適宜的熱力學條件。幾乎所有的工業(yè)礦床都出自變質(zhì)作用或內(nèi)生作用，但以前者的工業(yè)價值最大(譚冠民等，1994)。古元古代荊山群地層經(jīng)歷了3期5個階段的變質(zhì)作用，峰值溫壓條件T=700～750 ℃，P=0.5～0.6 GPa，達到了角閃麻粒巖相(董永勝等，1998)。對南墅石墨礦田的變質(zhì)相進行多組礦物溫、壓估測認為，主期變質(zhì)溫度為760～875 ℃，壓力在0.5 GPa左右，地熱梯度為41～46 ℃/km，屬低壓相系麻粒巖相(孔慶友等，2006)，從而使得原巖中的炭質(zhì)在更有利的環(huán)境中結晶成晶片大的晶質(zhì)石墨礦床。

在同一地層單位的非麻粒巖相發(fā)育區(qū)，如牟平徐家、海陽郭城、萊陽荊山群等地的角閃巖相變質(zhì)級發(fā)育區(qū)，其含礦性相差很大。變質(zhì)程度越高，變質(zhì)巖石中石墨晶片越大，含礦性越好，反映了變質(zhì)作用與石墨礦形成的密切相關性。而發(fā)育在膠北隆起區(qū)北部福山巨屯和東廳、蓬萊疃頂、萊州粉子山等地，與荊山群同時異相沉積的粉子山群巨屯組為一套含石墨變質(zhì)巖系，為石墨(黑云)片巖、黑云片巖、石墨大理巖為主夾(石墨)黑云變粒巖、石墨透閃巖的巖石組合，原巖為炭質(zhì)黏土巖、粉砂巖及碳酸鹽巖，經(jīng)歷了低角閃巖相變質(zhì)作用。盡管這套含石墨變質(zhì)巖系中固定碳質(zhì)量分數(shù)達5%～8%(高者達10%)，普遍高于荊山群陡崖組徐村段高角閃巖-麻粒巖相含石墨變質(zhì)巖系中的固定碳質(zhì)量分數(shù)(一般3%～5%)，但因變質(zhì)程度低，其石墨結晶程度差，石墨晶片細小，片徑僅0.03～0.1 mm，不能形成工業(yè)礦床。粉子山群巨屯組具有良好的成礦物質(zhì)基礎，但缺乏合適的區(qū)域成礦條件，變質(zhì)程度僅有低角閃巖相，遠不能滿足優(yōu)質(zhì)鱗片石墨礦結晶的溫度條件(王沛成等，1996)。3.3.2混合巖化作用對石墨礦成礦的控制作用山東較大的晶質(zhì)石墨礦區(qū)中，變質(zhì)巖石中混合巖化作用較普遍，有些地段混合巖化作用較強(如萊西南墅石墨礦區(qū)岳石礦段)?；旌蠋r化作用對區(qū)域變質(zhì)作用階段形成的晶質(zhì)石墨礦石進行了一定的改造，主要表現(xiàn)為： (1) 混合巖化的重結晶作用，使含片麻理礦石中石墨鱗片片徑加大(粗大)，利于選礦(南墅院后礦段)；(2) 混合巖化的重熔作用，使部分炭質(zhì)遷移，形成石墨脈(脈內(nèi)石墨鱗片片徑較大，固定碳含量較高)；重熔作用產(chǎn)生的長英質(zhì)脈體注入石墨片麻巖之片麻理中，引起近脈壁兩旁石墨鱗片粗化。

因此，山東石墨礦床的形成，是古元古代炭硅質(zhì)泥巖系(孔茲巖系)，經(jīng)角閃巖相-角閃麻粒巖相的中高級變質(zhì)作用，使原巖中的炭質(zhì)成為鱗片粒徑較大的晶質(zhì)石墨之后，再經(jīng)歷了混合巖化作用，使得區(qū)域變質(zhì)階段形成的石墨鱗片加大和礦石富化。

3.4區(qū)域成礦模式

石墨礦床主要賦存于荊山群陡崖組徐村段石墨黑云斜長片麻巖或石墨透輝變粒巖內(nèi)，其成礦環(huán)境屬于相對穩(wěn)定的濱海—淺海環(huán)境，加之溫暖濕潤的氣候條件，在該環(huán)境下原始生物大量繁衍，為原巖碳沉積提供了來源；海底基性火山噴發(fā)攜帶的CO2亦產(chǎn)生部分炭質(zhì)。在半穩(wěn)定構造條件下，形成了含高碳、高鋁為特征的陸源碎屑-富鎂碳酸鹽巖陸棚濱淺海沉積建造。經(jīng)中高溫區(qū)域變質(zhì)后，形成變粒巖、石墨片麻巖、石墨透輝巖以及石墨大理巖，含礦建造為變粒巖-含矽線黑云母片麻巖-鎂質(zhì)大理巖變質(zhì)建造，變質(zhì)程度達到了高角閃巖相-角閃麻粒巖相。變質(zhì)程度的高低對于晶質(zhì)石墨礦床的形成起到了決定性作用。

與荊山群沉積北部相鄰區(qū)域—粉子山群沉積區(qū)，沉積的巨屯組層位內(nèi)碳含量與荊山群陡崖組徐村段不相上下，但后期的區(qū)域變質(zhì)僅達到了低角閃巖相，相應地僅形成了隱晶質(zhì)石墨而無法形成石墨礦床(圖6)。

圖6　石墨(菱鎂礦、滑石)礦床區(qū)域成礦模式1-含碳砂巖；2-長石石英砂巖；3-泥巖；4-灰?guī)r；5-白云巖；6-太古宙表殼巖；7-含隱晶質(zhì)石墨黑云片巖；8-含晶質(zhì)石墨黑云變粒巖；9-白云大理巖；10-磁鐵石英巖；11-基性火山巖；12-花崗巖；13-致礦流體運移方向；14-赤鐵礦層；15-磁鐵礦體；16-滑石礦體；17-菱鎂礦礦體；18-石墨礦體Fig.6　Regional metallogenic pattern of graphite (magnesite and talc) deposits

3.5石墨礦成礦時代

劉戈莊石墨礦沉積建造的形成時代為古元古代(2 381～2 478 Ma)，沉積建造變質(zhì)年齡(Rb-Sr等時線法)為1 800～2 050 Ma。變質(zhì)年齡為石墨礦床的形成時代，石墨礦床形成時代為古元古代晚期(張增奇等，1996)。

4　區(qū)域預測要素與模型建立

4.1區(qū)域航磁異常特征

區(qū)域上，1∶50萬磁異常整體呈現(xiàn)NE向正、負相間的串珠狀磁異常條帶，荊山群變質(zhì)建造整體呈現(xiàn)弱磁異常特征，其內(nèi)的含石墨礦床部位多處于弱正磁異常或正、負磁異常相間的部位。

(1) 昌邑預測工作區(qū)荊山群變質(zhì)巖系磁異常帶(-50～-150 nT)反映了變粒巖、片麻巖等弱磁性組分的分布特征。

(2) 平度馬戈莊預測工作區(qū)表現(xiàn)為塊狀、NE向條帶狀磁異常，分布低值磁異常背景區(qū)(-50～100 nT),反映含石墨變質(zhì)巖系的弱磁性，而塊狀、條帶狀磁異常(250～350 nT)反映中生代巖漿巖及及荊山群角閃質(zhì)變質(zhì)巖組分的分布。

(3) 萊西南墅預測工作區(qū)分布在低磁背景區(qū)(-50～-250 nT)，反映了荊山群變質(zhì)巖系中弱磁性變粒巖、片麻巖，無磁性大理巖等等變質(zhì)巖組分的分布。石墨礦床周邊星點狀、短條帶狀磁異常(50～100 nT)反映了角閃質(zhì)變質(zhì)巖組分的分布。

(4) 萊陽呂戈莊預測工作區(qū)位于膠萊盆地的東北部，石墨礦床分布在近EW向負磁異常(0～-50 nT)的端部，反映了弱磁性的荊山群變質(zhì)巖系的分布，而EW向、NEE向高磁異常(300～350 nT)反映膠萊拗陷基底較強磁性變基性巖體的分布。

(5) 海陽郭城預測工作區(qū)，2個石墨礦床分布于NE向、NW向條帶狀磁異常的端部和鞍部的負磁場(-50 nT)區(qū)，同樣為弱磁性的荊山群變質(zhì)巖系的反映，NE向、NW向條帶狀磁異常(100 nT)為荊山群中斜長角閃巖的反映。

以上分析表明，賦存于古元古代荊山群石墨成礦帶，其石墨礦床分布位置被不同規(guī)模磁異常的邊部、鞍部、端部附近的降低背景磁異常所表征，反映含石墨變質(zhì)巖系的弱磁性特征(圖5)。

4.2區(qū)域重力異常特征

山東膠東石墨礦產(chǎn)呈NE向分布于平度馬戈莊、萊西南墅、海陽呂格莊—郭城、牟平高陵一線，被NE向的重力高值帶所表征，反映以高密度的古元古界荊巖群含石墨變質(zhì)巖系的分布。

平度馬戈莊預測工作區(qū)區(qū)表現(xiàn)為NNE向重力高值帶中NW向(20～30)×10-5m/s2局部重力高，反映了區(qū)內(nèi)1個局部凸起——張舍凸起。該凸起主要分布著荊山群含石墨變質(zhì)巖系，目前已探明的13個石墨礦床都分布在重力高值區(qū)，并且重力越高的區(qū)域，礦床分布越密集。說明重力高值區(qū)的含石墨荊山群變質(zhì)巖系厚度大、褶皺緊密，該異常區(qū)是尋找石墨礦床的有利區(qū)域。與馬戈莊預測工作區(qū)重力特類似征的礦區(qū)還有萊陽呂戈莊預測工作區(qū)。昌邑預測工作區(qū)為局部重力高，反映了含石墨變質(zhì)巖系的分布特征。萊西南墅石墨預測工作區(qū)分布10個石墨礦床，有7個石墨礦床分布在NNE向西低東高的重力梯級帶上，3個石墨礦床分布梯級帶附近重力高值一側。西側重力低(-24×10-5m/s2)，為中生代印支期玲瓏單元郭家?guī)X巖體的反映；東側重力高(36×10-5m/s2)，是萊西大望山凸起的反映，大望山凸起主要分布荊山群變質(zhì)巖系。該重力梯級帶3×10-5m/(s2·km)反映了二長質(zhì)花崗巖與荊山群含石墨變質(zhì)巖系的接觸部位，說明中生代巖漿巖侵位時的熱作用，有助于萊西晶質(zhì)石墨礦的形成。

與南墅石墨礦區(qū)重力特征類似的礦區(qū)還有牟平高陵預測工作區(qū)，徐村段石墨礦床被重力梯級帶的轉折部位表征，反映院格莊巖體與萊山凸起荊山群含石變質(zhì)巖系的接觸部位，同樣院格莊巖體侵位時的熱作用，有助于徐村段晶質(zhì)石墨的增大和聚集。

由以上分析認為:區(qū)內(nèi)賦存石墨礦床部位無論分布在重力高、重力低背景區(qū)還是高低間的過渡區(qū)，都表現(xiàn)為局部重力高的特征，重力高異常反映了荊山群含石黑變質(zhì)巖系的分布特征。

4.3區(qū)域預測要素

根據(jù)區(qū)域成礦地質(zhì)背景、石墨成礦地質(zhì)作用、成礦地質(zhì)特征以及區(qū)域航磁、重力異常確定區(qū)域預測要素特征(表3)。

4.4區(qū)域預測模型

根據(jù)區(qū)域預測要素分析，建立石墨礦區(qū)域預測模型(圖7)，預測模型剖面位于馬戈莊預測區(qū)的西南部，長23.6 km。區(qū)域預測模型圖內(nèi)表現(xiàn)為波動的磁異常曲線,反映荊山群含石墨變質(zhì)巖系緊密褶皺構造的分布特征，而賦存石墨礦床的變質(zhì)建造處于低磁異常區(qū)。模型剖面剩余重力曲線由西南低逐漸向東北方向抬高，反映了含石墨變質(zhì)巖緊密褶皺層由西南到東北方向高密度變質(zhì)巖層垂向重疊厚度增加，使得含石墨礦變質(zhì)巖系的疊置厚度加大，有利于石墨礦層的保存。因此，區(qū)內(nèi)重力異常高、磁力異常低的地段是尋找石墨礦床的有利區(qū)段。

表3　“南墅”式沉積變質(zhì)型石墨礦區(qū)域預測要素特征

圖7　“南墅”式石墨礦床區(qū)域預測模型1-第四系；2-古元古代粉子山群張格莊組三段；3-古元古代粉子山群祝家夼組；4-古元古代粉子山群未分；5-古元古代荊山群陡崖組水桃林段；6-古元古代荊山群陡崖組徐村段；7-古元古代荊山群野頭組定國寺段；8-古元古代荊山群野頭組祥山段；9-斷層、推測斷層；10-地質(zhì)界線；11-航磁曲線；12-剩余重力曲線；13-石墨礦體；14-大理巖；15-石墨黑云變粒巖；16-破碎帶Fig.7　Regional prediction model of the ″Nanshu″ type graphite ore deposits

5　預測區(qū)圈定、優(yōu)選及資源量估算

5.1預測區(qū)圈定及優(yōu)選

按照區(qū)域預測要素特征及預測模型進行最小預測區(qū)的圈定工作，即提取相關圖層信息，使用不同的重要條件要素組合，通過模型區(qū)找礦標志總結及對比，經(jīng)驗選擇相關的預測要素，圈定最小預測區(qū)。最小預測區(qū)圈定過程中，多種預測要素聯(lián)合使用時，遵循以地質(zhì)要素為基礎，最有效方法提供的信息為先導，結合重磁、礦區(qū)內(nèi)的電性特征綜合圈定最小預測區(qū)。

5.1.1定位條件已知礦床、礦點、礦化點的集中分布區(qū)，與成礦有關的陡崖組徐村段地質(zhì)體分布特征，背斜、向斜構造核部及兩翼部位，有利的地球物理場特征，上述任何因素的出現(xiàn)均可認為是石墨礦床存在的地質(zhì)條件和信息顯示，即成礦有利地區(qū)。

5.1.2邊界條件石墨礦床嚴格受控于荊山群陡崖組徐村段含石榴石墨斜長片麻巖、石墨透輝變粒巖等。含礦層位地表分布特征是重要的邊界條件，深部含礦層位的分布特征需要重力、有利磁場及電性特征和褶皺、斷裂構造等具體情況判定?？紤]到石墨礦床現(xiàn)有的礦床開采技術條件、石墨礦資源需要程度等因素，確定預測最大深度為地表500 m以淺。

5.1.3預測資源量分級、分類(1) 預測資源量分級。

依據(jù)預測區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景、成礦地質(zhì)條件、礦床埋深情況、資源潛力及自然經(jīng)濟狀況等，最小預測區(qū)分為A、B、C 3級。

A級：最小預測區(qū)范圍內(nèi)存在已知礦床或已知礦床深部及外圍已有礦床，同時具有中型及中型遠景以上規(guī)模預測資源量，成礦有利度高的最小預測區(qū)。

B級：具備直接找礦標志和間接找礦標志，具有中型及中型遠景以上規(guī)模預測資源量，成礦有利度較好的最小預測區(qū)。

C級：根據(jù)成礦條件，有可能發(fā)現(xiàn)資源，或現(xiàn)有礦區(qū)外圍和深部有預測依據(jù)，據(jù)目前資料認為資源潛力較小的預測區(qū)。

(2) 預測資源量分類。

334-1：已知典型礦床深部及外圍預測資源量(必須是已提交334以上類別的資源量，且資料精度大于1∶5萬比例尺)，估算深度主要參考已有勘查工程控制的礦體深度，一般推測的估算深度大約為已知工程控制礦體深度的1∶1。

334-2：一般情況下為334-1類別(深度)以下部分，或同時具備直接(包括含礦礦點、礦化點、重要找礦線索)和間接找礦標志的最小預測區(qū)單元內(nèi)的預測資源量。資料精度大于或等于1∶5萬比例尺。

5.2資源量估算

資源量估算采用體積法，首先對典型礦床深部及外圍分類別進行資源量估算，然后擴大到典型礦床所在的預測區(qū)，建立典型礦床所在預測區(qū)為資源量估算典型模型區(qū)。利用典型模型區(qū)成礦條件、含礦信息與相臨預測區(qū)進行比較，求其相似性，確定相似系數(shù)，估算其資源量。

為提高預測準確性，典型模型區(qū)僅適用于成礦條件極為相似的預測區(qū)之間的比較，如劉戈莊典型礦床模型區(qū)適用于典型礦床周圍的平度馬戈莊、昌邑的預測工作區(qū)圈定的預測區(qū)，東部的萊西、萊陽、海陽、牟平預測工作區(qū)圈定的預測區(qū)使用其較近的南墅石墨典型礦床作為典型模型區(qū)進行資源量估算。典型模型區(qū)與預測區(qū)相似性比較采用經(jīng)驗值。 根據(jù)上述定位、定邊、分級、分類條件，對區(qū)內(nèi)成礦有利地段逐一對比圈定。對圈定的預測區(qū)按目前發(fā)現(xiàn)的礦床、重磁(電性)異常信息特征、控制程度、深度，逐一估算石墨資源量，評價其資源潛力。

全區(qū)共圈定預測區(qū)85個，其中：A級14個，B級11個，C級60個；按類別預測資源量統(tǒng)計：(334-1)類別17個，(334-2)類別8個，(334-3)類別60個。500 m以淺預測晶質(zhì)石墨礦物量1億多t，估算的石墨資源主要集中于平度馬戈莊、萊西南墅預測工作區(qū)內(nèi)(表4)。

表4　山東省晶質(zhì)石墨礦預測資源結果

6　結　論

(1) 利用“礦床模型綜合地質(zhì)信息預測”方法，對典型礦床及區(qū)域成礦要素進行了系統(tǒng)而詳細的分析，提取了與石墨成礦相關的區(qū)域預測要素特征，建立了區(qū)域成礦模式及區(qū)域預測模型。其中，古元古代早期(2 381～2 478 Ma)沉積的荊山群陡崖組徐村段含碳碎屑巖-有機質(zhì)黏土巖-鎂質(zhì)碳酸鹽巖原巖建造、古元古代晚期(1 800～2 050 Ma)發(fā)生的高角閃巖-麻粒巖相的中—高級變質(zhì)作用是區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦床形成的必要條件。區(qū)域性褶皺構造的翼部、次級褶皺構造的核部及轉折端附近和賦礦建造是石墨礦床賦礦的重要要素。陡崖組徐村段石墨黑云斜長片麻巖或石墨透輝變粒巖是石墨礦床的重要找礦標志。石墨賦礦層位的高極化率、低電阻率，低磁異常特征是石墨礦床存在的重要指示標志。

(2) 對山東主要的晶質(zhì)石墨含礦層位500 m以淺石墨資源進行了定量、定位、定深度、定級別(類別)的預測，共圈定預測區(qū)85個，預測石墨礦物資源量1億多t。

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Resource potential prediction of graphite deposits in Shandong Province

NI Zhenping1, MA Zhaotong2, LIU Fukui1, NI Zhixiao3

(1. Institute of Geological Survey, Shandong Province, Ji′nan 250013, Shandong, China; 2. Shandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Ji′nan 250013, Shandong, China; 3. Shandong Brigade of Geological Surveying Center, China National Materials Industry, Ji′nan 250100, Shandong, China)

This work used the ″metallogenic series of ore deposits″ theory to extract the prediction factors of typical graphite deposits in Shandong Province with the method of ″deposit model based on comprehensive geological information″. With typical ore deposits and the geological characteristics of graphite deposits, we extracted the regional prediction factors and established regional metallogenic pattern and model. Those carbonaceous clastic rocks-organic clay rocks-magnesian carbonate formations of the Xucun Member, Douya Formation in the Paleoproterozoic Jingshan Group deposited in relatively stable epicontinental sea environment, and the middle-high metamorphism of the late Paleoproterozoic high amphibolites facies-granulite facies are necessary for the formation of the crystalline graphite deposits in this region. Near the wing of regional fold structures, the core and turning points of secondary folds, and the mineral assemblage of amphibole, tremolite, diopside, graphite and biotite are important factors for the mineralization and ore hosting of these graphite deposits. The graphite biotite plagiogneiss or graphite diopside granulitite in the Xucun Member of Douya Formation is an important prospecting indicator of the graphite ore deposits. The high polarizability, low resistivity and low magnetic anomalies are important indicators for the existence of graphite deposits. We delineated the planar distribution and deep-extending boundary based on the distribution of ore-hosting metamorphic formation, the extending range of ore-controlling structures and electrical, gravity and magnetic anomalies. A total of 85 prediction areas, including 14 A-class, 11 B-class, 60 C-class areas, were determined. We quantitatively estimated the resource amount shallower than 500 m based on region, section, depth and grade (category), which amounts to more than 100 million tons in total.

graphite ore deposit; deposit model based on comprehensive geological information; prediction factors; prediction areas; northwestern Shandong Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.410

2016-07-28；

2016-08-17；編輯：蔣艷

國家地質(zhì)勘查專項“全國礦產(chǎn)資源潛力動態(tài)評價——新興礦種資源評價示范”(121201103000150003)，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項“全國重要礦種成礦區(qū)劃部署研究”(12120114051501)

倪振平(1960—)，男，研究員，主要從事礦產(chǎn)資源勘查與研究工作，E-mail： nzpmnt@163.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0410-14