焦麗香，郭加朋，高樹學(xué)，顏玲亞，歐陽(yáng)友和

(1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省自然資源資料檔案館，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

山東省石墨礦床的研究工作始于20世紀(jì)60年代，首先在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中開展了基礎(chǔ)研究工作，1981—1998年，蘭心儼[1]、陶維屏[2]、王克勤[3]、張?zhí)斓漑4]等在非金屬成礦系列、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。近幾年隨著石墨烯等新型材料的興起，石墨受到了廣泛關(guān)注和高度重視。2012—2014年，顏玲亞[5]、李振來[6]等人，開展過石墨礦床地質(zhì)特征方面的研究工作；2013年蘇旭亮[7]對(duì)膠東西部地區(qū)石墨地質(zhì)特征進(jìn)行了研究，并開展了膠東地區(qū)資源潛力預(yù)測(cè)。2016年倪振平[8]等對(duì)山東石墨資源潛力進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。綜觀區(qū)內(nèi)石墨礦床較多，礦床地質(zhì)特征研究成果資料多數(shù)較陳舊，石墨巖石學(xué)特征研究較少。

2019年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局下達(dá)“東部地區(qū)脈石英葉蠟石等特種非金屬礦調(diào)查評(píng)價(jià)”委托項(xiàng)目——東部地區(qū)脈石英石墨葉蠟石礦產(chǎn)資源調(diào)查，筆者選擇平度市閆村石墨礦作為典型礦床，采取樣品進(jìn)行巖石學(xué)研究，確定了石墨礦巖石學(xué)特征、成礦要素，探討了礦床成因和找礦標(biāo)志，對(duì)成礦預(yù)測(cè)和找礦具有一定的指導(dǎo)意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于平度市西北25km，行政區(qū)劃隸屬馬戈莊鎮(zhèn)。大地構(gòu)造位置屬華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)膠北隆起(Ⅲ)南部、膠萊盆地的西北部,地處2個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元的銜接處。礦區(qū)地層簡(jiǎn)單，褶皺、斷裂構(gòu)造不發(fā)育，巖漿活動(dòng)相對(duì)較弱。礦區(qū)除第四系廣泛分布外，出露地層主要為古元古代荊山群野頭組和陡崖組。石墨礦賦存于陡崖組徐村(石墨巖系)段。陡崖組上部是斜長(zhǎng)角閃巖石，夾1～6層石墨礦，中部為石墨透閃透輝石巖、石墨黑云透輝斜長(zhǎng)片麻巖、混合質(zhì)石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖，下部以斜長(zhǎng)角閃巖為主。礦區(qū)為習(xí)禮埠-豖西倒轉(zhuǎn)向斜的一部分，其核部為徐村段石墨石榴透輝斜長(zhǎng)片麻巖和石墨黑云透輝斜長(zhǎng)片麻巖，兩翼依次為野頭組蛇紋石大理巖、長(zhǎng)石石英巖。區(qū)內(nèi)無斷層分布。巖漿巖不發(fā)育，僅出露古元古代萊州序列西水夼單元細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖(斜長(zhǎng)角閃巖)，分布在陡崖組與下伏地層的接觸部位，順層面侵入，對(duì)石墨礦體的破壞作用不明顯。

2 礦體特征

礦床賦存1個(gè)礦體，呈層狀產(chǎn)于閆村向斜翼部的徐村段(圖1,圖2)(1)青島地質(zhì)工程勘察院，山東省平度市閆村礦區(qū)石墨礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告，2008年、2014年。，賦存標(biāo)高-10.8m～-30m。礦體總體走向320°～340°，傾向SW，傾角10°～25°?？刂崎L(zhǎng)240m，斜深40～60m，厚度18.50～27.70m，平均23.10m，厚度變化系數(shù)28.14%，厚度穩(wěn)定。但從上向下厚度呈變窄趨勢(shì)，每延深1m約減少0.09m。礦體固定碳1.94%～5.35%，平均3.02%，品位變化系數(shù)29.30%，固定碳分布均勻。

1─第四系；2─陡崖組徐村段第一層石墨石榴透輝斜長(zhǎng)片麻巖；3─陡崖組徐村段第二層含石墨黑云透輝斜長(zhǎng)片麻巖；4─西水夼單元變基性巖(斜長(zhǎng)角閃巖)；5─地質(zhì)界線；6─壓扭性斷層、產(chǎn)狀及編號(hào)；7─石墨礦體及編號(hào)；8─片麻理產(chǎn)狀；9─取樣剖面位置及編號(hào)

1─黑土湖組含砂礫質(zhì)黏土；2─陡崖組徐村段；3─西水夼單元細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖(斜長(zhǎng)角閃巖)；4─含石墨黑云透輝斜長(zhǎng)片麻巖；5─礦體及編號(hào)；6─地質(zhì)界線；7─礦體延伸線；8─產(chǎn)狀(傾向/傾角)

礦體圍巖主要是斜長(zhǎng)片麻巖，局部為蛇紋石化透閃大理巖。近礦圍巖含少量石墨，固定碳含量0.2%～2.48%。圍巖產(chǎn)狀與礦體相同。

礦體內(nèi)夾石主要為含石墨透輝斜長(zhǎng)片麻巖，呈透鏡狀，長(zhǎng)40～120m，寬2～6m。

3 巖石學(xué)特征

本次在典型剖面上采集光薄片鑒定、X射線熒光光譜分析、掃描電鏡測(cè)試分析、差熱分析樣品6件，結(jié)合野外露頭、手標(biāo)本綜合觀察，對(duì)石墨礦石的巖石學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)的研究。光薄片鑒定由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。X射線熒光光譜分析和掃描電鏡測(cè)試分析(SEM)由西南科技大學(xué)非金屬礦研究所進(jìn)行。X射線熒光光譜分析采用帕納科Axios型X射線熒光光譜儀，檢測(cè)依據(jù)為《JY/T 016--1996波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜方法通則》；掃描電鏡測(cè)試分析采用美國(guó)飛納臺(tái)式掃描電鏡(phenom pure型號(hào))。

礦石自然類型以石墨黑云透輝斜長(zhǎng)片麻巖型為主，石墨透閃透輝巖型、石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖型、石墨大理巖型很少，且多呈小透鏡體，與主要礦石類型呈過渡關(guān)系，不能單獨(dú)圈出。

依據(jù)風(fēng)化程度，礦石分為風(fēng)化礦石和原生礦石2類。風(fēng)化礦與原生礦的界線平均深度20.0m。

礦石工業(yè)類型為晶質(zhì)(磷片狀)石墨礦。

礦石為磷片柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖3a)，片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，平均含量3.02%。脈石礦物：斜長(zhǎng)石30%，石英20%～30%，鉀長(zhǎng)石20%，透輝石、透閃石、黑云母10%～15%，金云母、黝簾石、石榴子石3%～6%。金屬礦物較少，主要是黃鐵礦(圖3b)，副礦物有磁鐵礦、鋯石、榍石、磷灰石、金紅石、矽線石等。

石墨呈磷片狀，黑色。偏光鏡下不透明，反光鏡下反射色呈褐灰色，雙反射明顯。石墨沿礦物解理或裂隙分布，或嵌布在石英、長(zhǎng)石和其他礦物顆粒間，少數(shù)穿插其他礦物。在片麻巖型礦石中，部分與黑云母連生或?yàn)槠浒w。石墨磷片不同程度受應(yīng)力作用，局部有破碎、揉皺和泥化現(xiàn)象(圖3c，圖3d)。

a—磷片柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)(+)10×2；b—石墨及其共生礦物(-)10×10；c—晶質(zhì)磷片石墨；d—石墨邊緣及磷片內(nèi)部；Gr—石墨；Py—黃鐵礦；Bt—黑云母；Qtz—石英；Tr—透閃石；Kfs—鉀長(zhǎng)石；Di—透輝石

石墨片徑一般0.2～1.0mm，個(gè)別為1.2mm，片厚0.03～0.05mm。河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室按>50目、50～80目、80～100目、<100目4個(gè)區(qū)間，利用光學(xué)顯微鏡統(tǒng)計(jì)，石墨大片(100目以上)率較高，顆粒分?jǐn)?shù)為80.86%～94.45%(表1)、面積分?jǐn)?shù)為93.76%。石墨片度與結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)，結(jié)構(gòu)粗則片度大。與SEM分析結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，固體為粉末時(shí)，存在明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

表1 閆村石墨礦光片粒度分析

據(jù)選礦廠實(shí)地調(diào)查，精礦中+100目磷片石墨產(chǎn)率為45%，+60目產(chǎn)率為9%。

石墨變粒巖中石墨粒徑小，99.8%分布在10μm以下，83.4%分布在1μm以下(圖4)。

圖4 石墨變粒巖中石墨粒徑分布統(tǒng)計(jì)圖

礦石固定碳含量2.74%～5.36%，平均3.34%。其他組分含量見表2。

表2 閆村石墨礦石墨樣品化學(xué)成分(wt%)

石墨變粒巖差熱分析(圖5)：起始測(cè)試溫度為15℃，能很好的控制樣品中水分和溶劑的揮發(fā)，終止溫度1500℃。TGA失重曲線(綠色虛線)顯示，樣品在700℃左右開始失重，在1050℃左右不再變化，失重比例約85%；DTA放熱曲線(紅實(shí)線)在800℃左右放熱速率最大，有機(jī)揮發(fā)物絕大部分都已開始燃燒。在900℃左右失重最快，絕大部分有機(jī)揮發(fā)物已經(jīng)開始消耗殆盡。

圖5 石墨變粒巖TGA失重曲線與DTA放熱曲線變化趨勢(shì)圖

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

4.1.1 石墨礦的形成時(shí)代

石墨礦賦存于陡崖組徐村段，受層位控制，成礦時(shí)代為古元古代。

根據(jù)鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)[9]，變質(zhì)原巖沉積時(shí)代年齡約為2230±20Ma，為古元古代早期。

4.1.2 原巖建造

原巖成分主要為碎屑巖、黏土巖、碳酸巖，有少量的中基性熔巖。由此可見，石墨含礦巖系原巖為一套(含碳質(zhì)的)碎屑巖及鈣鎂硅酸巖，且經(jīng)歷了火山噴發(fā)作用。

4.1.3 含礦變質(zhì)建造

含礦變質(zhì)建造為變粒巖-含矽線黑云母片麻巖-鎂質(zhì)大理巖變質(zhì)建造組合，石墨礦主要賦存在該建造中，巖性以石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主，含石墨透輝變粒巖及少量石榴紫蘇斜長(zhǎng)角閃巖、長(zhǎng)石石英巖及蛇紋石大理巖。從變質(zhì)建造看，荊山群是一套經(jīng)歷了高角閃巖相--麻粒巖相變質(zhì)的石榴矽線黑云片巖、石墨巖系、大理巖系。

4.1.4 區(qū)域變質(zhì)作用

按閆村石墨礦巖石礦物共生組合，屬角閃巖相—麻粒巖相，是中深變質(zhì)作用的產(chǎn)物。

4.1.5 控礦條件與成礦環(huán)境

閆村石墨礦形成于古元古代早期。華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞后，在華北板塊南緣形成拗拉槽或被動(dòng)大陸邊緣海盆，在半穩(wěn)定構(gòu)造條件下，形成含高碳、鋁為特征的陸源碎屑--富鎂碳酸鹽巖陸棚濱淺海沉積建造，局部層位夾基性火山巖和硅鐵質(zhì)巖。經(jīng)中高溫區(qū)域變質(zhì)后，達(dá)到角閃麻粒巖-高角閃巖相，形成了古元古代荊山群含石墨變粒巖-片麻巖沉積建造中石墨礦。

古元古代長(zhǎng)期剝蝕的膠北古陸邊緣，處于相對(duì)穩(wěn)定的濱海-淺海環(huán)境，溫暖濕潤(rùn)的氣候條件，使原始生物大量繁衍。據(jù)蘭心儼、王克勤、陳衍景[10]、李凱月[11]等人研究，古元古代荊山群形成年齡在2.1～1.9Ga之間[12-14]。通過對(duì)山東省石墨礦碳同位素δ13Cgrap分析，陡崖組石墨礦床經(jīng)歷了變質(zhì)作用和混合巖化作用的改造，表現(xiàn)出碳質(zhì)的多來源特征，但以有機(jī)碳質(zhì)來源為主[15]。海底基性火山噴發(fā)攜帶CO2亦產(chǎn)生部分碳質(zhì)。后期盆地閉合作用受NNW—SSE向的強(qiáng)烈擠壓，形成具有格架性質(zhì)的軸向NEE的多期褶皺構(gòu)造，大多經(jīng)歷了角閃巖相--角閃麻粒巖相的中高級(jí)變質(zhì)作用，同步伴隨區(qū)域動(dòng)熱變質(zhì)作用，使巖石中的有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生一系列的分解反應(yīng)，原巖中的碳質(zhì)成為粒徑較大的磷片晶質(zhì)石墨，逐漸富集而形成礦層。

綜上所述，閆村石墨礦床為區(qū)域變質(zhì)型石墨礦。

4.2 找礦標(biāo)志

閆村石墨礦屬于區(qū)域變質(zhì)型礦床，具有明顯的找礦標(biāo)志。

(1)層位標(biāo)志。石墨礦呈層狀產(chǎn)于陡崖組徐村段，該段地層是尋找石墨礦的良好層位標(biāo)志。

(2)構(gòu)造標(biāo)志。石墨礦體產(chǎn)于閆村向斜的翼部，該構(gòu)造是尋找石墨礦的良好構(gòu)造標(biāo)志。褶皺兩翼與混合巖化強(qiáng)烈處是大磷片晶質(zhì)石墨成礦有利部位。

(3)巖性標(biāo)志。石墨礦礦物共生組合屬角閃巖相--麻粒巖相。礦石越靠近地表，其中黏土含量越高，礦物組成越復(fù)雜；受外力作用，石墨磷片局部有破碎、揉皺和泥化現(xiàn)象。石墨本身也是明顯的巖性標(biāo)志。以上巖性特征是尋找石墨礦的良好巖性標(biāo)志。

(4)巖石類型。石墨透輝變粒巖、石墨變粒巖、石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖可作為石墨礦的直接找礦標(biāo)志。

(5)地球物理標(biāo)志。石墨礦具有明顯的低阻高極化地球物理特征，且極化率值一定程度反映石墨品位高低程度。視極化率ηS4%～15%，視電阻率ρS15～100Ω·m，自電異常在-200MV以下，與圍巖有著明顯的物性差異。這些差異是尋找石墨礦的良好地球物理標(biāo)志。

5 結(jié)論

(1)閆村石墨礦形成于古元古代早期，石墨礦產(chǎn)于陡崖組徐村段，石墨礦礦物共生組合屬角閃巖相—麻粒巖相，是中深變質(zhì)作用的產(chǎn)物。礦床成因類型為區(qū)域變質(zhì)型石墨礦。

(2)利用光學(xué)顯微鏡統(tǒng)計(jì)，閆村石墨礦石墨大片(100目以上)率較高，顆粒分?jǐn)?shù)為80.86%～94.45%。石墨片度與結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)，結(jié)構(gòu)粗則片度大。

致謝：平度市自然資源與規(guī)劃局郭岐松科長(zhǎng)給予了指導(dǎo)，平度閆村石墨礦王連臣礦長(zhǎng)提供了相關(guān)資料，在此一并表示感謝。