郭理想，劉磊*，王守敬，張然，魏付帥

1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006；3.西北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，陜西 西安 710054

引言

石墨是一種主要由碳元素組成的具有層狀結(jié)構(gòu)的非金屬礦物，因其具有耐高溫、抗腐蝕、強(qiáng)度高、潤滑性好、防輻射以及不遜于金屬材料的導(dǎo)電性能等諸多優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，使其兼具非金屬、金屬和有機(jī)材料等的性能，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、化工、電氣、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及核能等多個支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要領(lǐng)域[1]。近些年來隨著全球新能源行業(yè)尤其是電動汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，鋰離子電池等儲能產(chǎn)品的需求量劇增，而石墨作為各種儲能產(chǎn)品中負(fù)極材料的核心原材料，其需求量也隨之呈現(xiàn)急增趨勢，加之石墨屬于不可再生型資源，全球各主要經(jīng)濟(jì)體對石墨原材料都高度重視。

2011—2021年，歐盟委員會共發(fā)布了四版關(guān)鍵原材料清單(List of Critical Raw Materials)，四個版本均將石墨列為關(guān)鍵原材料。2016年，我國原國土資源部發(fā)布《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》，首次將晶質(zhì)石墨等24種礦產(chǎn)列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄，作為國家礦產(chǎn)資源宏觀調(diào)控和管理的重點(diǎn)對象。2018年，美國內(nèi)政部根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局提供的清單，發(fā)布了對美國國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要至關(guān)重要的35種關(guān)鍵礦物清單(List of Critical Minerals)，該清單是美國實施國家戰(zhàn)略的重點(diǎn)礦產(chǎn)，其中也包含天然石墨[graphite(natural)]。從上述世界各主要經(jīng)濟(jì)體的舉措可以看出天然石墨幾乎已被視為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種重要戰(zhàn)略資源。

本文旨在介紹目前我國主要石墨產(chǎn)地的資源稟賦特征并進(jìn)行對比分析，以期提高對石墨資源的研究程度和勘查開發(fā)力度，提升石墨資源的開發(fā)利用水平，為我國石墨資源的勘查開發(fā)和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃提供有益參考。

1 石墨礦床基本特征

1.1 礦床分類

目前，石墨礦床類型的劃分方案較多，各種方案的劃分依據(jù)各有側(cè)重，不盡相同。

石墨具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，自然界中常呈鱗片狀產(chǎn)出，根據(jù)石墨結(jié)晶片徑的大小可將其分為晶質(zhì)石墨和隱晶質(zhì)石墨，由此可將石墨礦床分為晶質(zhì)石墨礦和隱晶質(zhì)石墨礦。其中晶質(zhì)石墨的晶體片徑大于1 μm，常呈鱗片狀產(chǎn)出，故又稱為鱗片狀石墨。隱晶質(zhì)石墨的晶體片徑小于1 μm，常呈微晶狀集合體的形式產(chǎn)出，故又稱微晶、土狀或無定形石墨[2]。晶質(zhì)石墨在可浮性、膨脹倍率以及潤滑性能等方面均優(yōu)于隱晶質(zhì)石墨，因而具有更高的經(jīng)濟(jì)價值。

礦床是在地殼中由各類地質(zhì)作用形成在一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下具有開采利用價值的綜合地質(zhì)體。因此根據(jù)石墨成礦過程的地質(zhì)作用可將其劃分為以下成因類型：區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型和巖漿熱液型[2-4]。其中區(qū)域變質(zhì)型石墨礦主要受區(qū)域變質(zhì)作用的控制，多賦存于前寒武紀(jì)古老的中-高級變質(zhì)巖中；礦體多呈層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)出，多屬晶質(zhì)石墨礦，是石墨礦最主要也最常見的成因類型；如黑龍江雞西柳毛、鶴崗工農(nóng)村、山東青島萊西南墅、內(nèi)蒙古烏蘭察布興和、新疆溫泉蘇魯別珍[5]等。接觸變質(zhì)巖型石墨礦的成礦過程與接觸變質(zhì)作用密切相關(guān)，賦礦地層巖性多為石墨質(zhì)板巖，礦體多呈層狀產(chǎn)出，多產(chǎn)出隱晶質(zhì)石墨；如湖南郴州魯塘、婁底石巷里[6]、吉林磐石、福建三明和永安地區(qū)[7]等。巖漿熱液型石墨礦的形成與巖漿活動關(guān)系密切，常產(chǎn)出于巖漿巖體的接觸帶部位，礦體規(guī)模一般較小，產(chǎn)狀多不規(guī)則；礦石中常發(fā)育獨(dú)特的球狀構(gòu)造，石墨集合體呈大小不一的球狀，部分“石墨球體”中可見圈層狀結(jié)構(gòu)；石墨晶體尺寸多以細(xì)小鱗片為主，也可見呈隱晶質(zhì)者[3]；此類礦床最典型的代表為新疆昌吉奇臺縣黃羊山和蘇吉泉石墨礦[8]。該成因分類方案是目前劃分石墨礦床類型時應(yīng)用最廣泛的方案。

此外，自然界中礦床的形成過程離不開成礦物質(zhì)來源，根據(jù)成礦物質(zhì)來源類型可劃分為有機(jī)成因類型、無機(jī)成因類型和混合成因類型[9]。根據(jù)石墨礦床賦礦巖石建造的差異可將石墨礦床分為片麻巖大理巖透輝巖變粒巖混合巖化型晶質(zhì)石墨礦、片巖區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦、花崗巖混染同化型晶質(zhì)石墨礦和含煤碎屑巖接觸變質(zhì)型土狀石墨礦四類[10]。

1.2 成礦機(jī)制

碳在地球各圈層中的分布是不均勻的，在地球中的豐度為730×10-6，地幔中的豐度為100×10-6，陸殼中的豐度為1 990×10-6，而上地殼中的豐度為3 240×10-6。在大氣圈對流層中CO2的濃度為356×10-6，而平均海水中非有機(jī)態(tài)碳的含量為2 200 μmol/L[11]。按晶質(zhì)石墨礦礦石最低可采品位為2.5%計算，晶質(zhì)石墨礦中碳的濃集系數(shù)為12.6。

關(guān)于石墨的形成過程，目前的共識是通常情況下石墨為高溫變質(zhì)作用的產(chǎn)物，但也存在巖漿熱液成因形成的石墨，它是從熱液流體中沉淀形成的，可以沒有變質(zhì)作用的參與。自然界環(huán)境中石墨的形成過程大體可以分為以下兩個階段：(1)碳化階段：自然界中的植物尤其是高等植物的遺體經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)和生物作用會產(chǎn)生碳?xì)浠衔?如石油和天然氣等)和含碳固體殘留物，隨著固體殘留物中絕大多數(shù)非碳組分的去除，其逐漸富集碳元素，并開始形成六方環(huán)狀骨架結(jié)構(gòu)，即芳香族骨架。(2)嚴(yán)格的石墨化階段：結(jié)構(gòu)上，芳香族骨架通過聚合和結(jié)構(gòu)重排等方式向熱力學(xué)上穩(wěn)定的石墨層序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，而化學(xué)成分上，經(jīng)歷碳化階段之后的剩余物質(zhì)進(jìn)一步向純碳相組成富集[13]。簡單理解上述兩個階段就是碳化階段會先在單層結(jié)構(gòu)上向石墨的層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，而嚴(yán)格石墨化階段則是在單層結(jié)構(gòu)的層間堆疊方式上向石墨的層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并且在這兩個階段都有去除非碳雜質(zhì)成分、在化學(xué)成分上向純碳相富集的過程。通常情況下石墨礦床的形成需要具備以下兩個主要條件：(1)大量的碳，即碳質(zhì)要富集，其是形成石墨的物源；(2)合適的熱力學(xué)條件，例如相當(dāng)高的溫度等[4]。

1.3 成礦規(guī)律

我國石墨資源十分豐富且分布廣泛，礦床的分布總體上呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。從全國范圍來看，空間上石墨資源分布呈現(xiàn)出“分布廣泛、北多南少、東多西少、局部富集”的特征。目前已發(fā)現(xiàn)的石墨礦床在我國的各大主要構(gòu)造單元上均有分布，但主要分布于華北、揚(yáng)子兩大克拉通周緣，秦嶺-祁連-昆侖造山系和天山-興蒙造山系。其中在華北克拉通的阿拉善隆起、膠北隆起、遼吉裂谷以及華北克拉通與秦祁昆造山系的結(jié)合部，揚(yáng)子克拉通的康滇基底斷隆、黃陵斷穹等區(qū)域分布較集中[14]。

時間上，石墨礦的賦礦地層形成時代相對較老，主要分布于新太古代至早寒武世，其中元古代時期尤其是古元古代時期最為重要，產(chǎn)出了大量規(guī)模較大的石墨礦床，如黑龍江柳毛[15]、山東南墅和張舍[9]、湖北三岔埡[16]等。其中北方的石墨礦多為新太古代至新元古代，南方的則多為新元古代至早寒武世，總體呈現(xiàn)出北方早于南方的規(guī)律[4,14]。我國石墨礦的成礦時代主要集中于三個時期：晚太古代時期、早元古代時期和侏羅-早白堊時期。其中前兩個成礦期主要形成區(qū)域變質(zhì)型的晶質(zhì)石墨礦，侏羅-早白堊時期主要形成接觸變質(zhì)型和巖漿熱液型石墨礦[17]。

區(qū)域變質(zhì)型石墨礦是石墨礦床最主要的礦床類型，我國的礦床實例眾多，且分布廣泛，研究程度也最高。前人研究發(fā)現(xiàn)區(qū)域變質(zhì)型礦床主要產(chǎn)出于古老克拉通的邊緣，可能與該區(qū)域板塊匯聚活動中與板塊升降過程有關(guān)的變質(zhì)作用關(guān)系密切[18]。王力等人[1]將晶質(zhì)石墨的成礦規(guī)律概括為“構(gòu)造定區(qū)、沉積控源、變質(zhì)限量、熱液提質(zhì)”，即大地構(gòu)造格局決定晶質(zhì)石墨礦床的有利區(qū)分布，富有機(jī)質(zhì)陸源碎屑沉積體系控制碳源供給和賦礦層位分布，變質(zhì)作用程度及期次限定石墨礦體總量，混合巖化過程對礦石品質(zhì)具有提質(zhì)的作用。將典型的區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床的成礦過程歸納為三個階段：沉積成巖作用階段、區(qū)域變質(zhì)作用階段和混合巖化的重結(jié)晶作用階段[1,14]。張艷飛等[19]通過對石墨礦物學(xué)、礦石及圍巖碳同位素以及礦床學(xué)的研究成果的概況，提出了“有機(jī)碳熱結(jié)晶—碳硅有機(jī)熱液交代”的石墨成礦模式，即石墨的形成會經(jīng)歷原生碳富集→高溫?zé)嶙冑|(zhì)無定型碳成核結(jié)晶形成石墨核晶→碳硅有機(jī)熱液氧化還原交代石墨核晶形成鱗片狀晶質(zhì)石墨三個階段?？傊?，目前已取得的共識都遵從早期碳源富集，之后經(jīng)歷變質(zhì)成礦和后期熱液活動改造的模式。接觸變質(zhì)型石墨礦床主要分布于中國東部的活動大陸邊緣，常形成于早期擠壓環(huán)境下的中酸性巖漿活動階段，此類石墨礦床的產(chǎn)出主要與中酸性巖漿侵入活動關(guān)系密切。而僅在我國新疆地區(qū)發(fā)現(xiàn)的發(fā)育典型“球狀石墨”團(tuán)塊的巖漿熱液型石墨礦則與堿性花崗巖有關(guān)[18]。

2 中國石墨資源概況

中國是石墨生產(chǎn)和消費(fèi)的大國，石墨是我國的優(yōu)勢礦種之一。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)最新發(fā)布的《Mineral Commodity Summaries 2021》，我國石墨儲量為7 300萬t，約占全球石墨總儲量的22.8%，居世界第二位，僅次于土耳其。我國石墨資源分布廣泛，礦床種類多樣，礦石品質(zhì)較好，易采易選[4]。目前已在全國的25個省(自治區(qū)、直轄市)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了石墨礦點(diǎn)[20]。2021年10月21日，自然資源部發(fā)布《中國礦產(chǎn)資源報告2021》，其中根據(jù)2020年國家最新發(fā)布的《固體礦產(chǎn)資源儲量分類》標(biāo)準(zhǔn)對我國主要礦種的礦產(chǎn)儲量進(jìn)行了統(tǒng)計計算，晶質(zhì)石墨儲量為5 231.85萬t。我國石墨資源主要分布在黑龍江、山東、內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林和湖南5個省(區(qū))，上述五省(區(qū))保有儲量占全國近90%，形成了黑龍江省鶴崗市蘿北縣、雞西市密山市、山東省青島市平度市和內(nèi)蒙古烏蘭察布市興和縣四個晶質(zhì)石墨開發(fā)基地以及吉林省吉林市磐石市和湖南省郴州市北湖區(qū)魯塘鎮(zhèn)兩個隱晶質(zhì)石墨基地[14]。我國石墨礦床以大、中型為主，其中大型礦床(資源儲量≥100萬t)占比約23%，中型礦床(20萬t≤資源儲量<100萬t)占比約44%，小型礦床(資源儲量<20萬t)占比約33%。晶質(zhì)石墨礦石品位變化范圍較大，礦石主要以中等品位(礦石平均固定碳含量在5%～10%之間)為主[17]。據(jù)原國土資源部發(fā)布的國土資源儲量通報中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到2016年，我國已查明的石墨礦產(chǎn)地中區(qū)域變質(zhì)型礦床數(shù)量占比約80.66%，接觸變質(zhì)型礦床數(shù)量占比約18.78%，巖漿熱液型礦床數(shù)量占比約0.56%?？梢妳^(qū)域變質(zhì)型石墨礦是我國石墨礦床的主要類型，該類型石墨礦床的資源儲量占我國石墨總資源儲量的82%[14]。

表1 我國石墨資源分布

3 中國晶質(zhì)石墨主要產(chǎn)地的資源稟賦特征

本次研究主要對我國黑龍江、內(nèi)蒙古和山東三處晶質(zhì)石墨主要產(chǎn)地以及近些年來呈現(xiàn)出巨大找礦潛力的甘肅和新疆兩處產(chǎn)地的典型晶質(zhì)石墨礦床的礦石特征進(jìn)行了研究，同時利用ZEISS Axioskop 40光學(xué)顯微鏡對樣品光片進(jìn)行詳細(xì)觀察且拍攝大量顯微照片，采用普瑞賽司顯微圖像分析系統(tǒng)(MIAPS)軟件對石墨鱗片片徑進(jìn)行了測量，依據(jù)《DZ/T 0326—2018 石墨、碎云母礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》中規(guī)定的片度分界值147 μm、175 μm和287 μm對片徑測量值進(jìn)行了統(tǒng)計。

3.1 黑龍江蘿北礦集區(qū)

黑龍江省是我國的石墨資源大省，石墨資源儲量居全國之首，其中晶質(zhì)石墨儲量占全國儲量的40%以上。省內(nèi)石墨礦主要產(chǎn)出于佳木斯地體中，大致可分為雞西-勃利、樺南-雙鴨山和蘿北-嘉蔭三個集中區(qū)。石墨礦床主要產(chǎn)于變質(zhì)巖地層中，以上太古界麻山群和中元古界黑龍江群為主。巖性主要為片巖、片麻巖，此外還可見大理巖、變粒巖、麻粒巖和混合巖等。礦體多呈層狀、似層狀和透鏡狀產(chǎn)出。礦床成因類型為區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦，礦石品位一般在4%～17%之間，最高可達(dá)30%[21-23]。此外，該省還產(chǎn)出接觸變質(zhì)型石墨礦，石墨類型主要為隱晶質(zhì)石墨，此類石墨礦主要產(chǎn)于伊春市鐵力市至哈爾濱市尚志市一帶，礦石品位一般在65%左右[22,24]。

本次研究采集了鶴崗市蘿北縣工農(nóng)村石墨礦的典型礦石樣品，礦石巖性為白云母片巖，固定碳含量為18.24%。對其進(jìn)行了顯微鏡下觀察鑒定發(fā)現(xiàn)其礦物組成主要為石英(45%～50%)、石墨(10%～15%)、白云母(10%～15%)、鉀長石(5%～10%)和高嶺石(1%～3%)等(圖1b、c)，金屬礦物主要為褐鐵礦(5%～8%)，其次還可見少量的黃鐵礦。礦石中石墨片狀晶形發(fā)育較好(圖1e)，整體呈浸染狀分布，且具有弱定向(圖1d)。石墨與石英、長石、云母等礦物密切共生，局部可見與褐鐵礦接觸共生。石墨鱗片內(nèi)部分層明顯，且常與白云母呈互層狀夾雜共生。此外，部分石墨鱗片可見發(fā)育彎曲變形(圖1f)。

(a)石墨礦石手標(biāo)本；(b)、(c)為礦石薄片，可見其礦物組成有石英、白云母、石墨等，其中(b)圖中可見石墨與白云母互層共生，(b)、(c)為正交偏光；(d)礦石光片，可見石墨片狀晶形發(fā)育較好，整體呈浸染狀分布，可見定向性，反射光；(e)礦石光片，可見石墨鱗片片徑大小不一，部分鱗片片徑較長，邊緣齊整，反射光；(f)礦石光片，可見部分石墨鱗片發(fā)生彎曲變形，反射光

對樣品光片中石墨鱗片片徑的測量統(tǒng)計結(jié)果表明，該礦床中石墨鱗片主要分布于20～603 μm，平均值為141 μm。其中+147 μm(+100目)占比56.20%，147～175 μm(100～80目)占比13.09%，175～287 μm(80～50目)占比為28.64%，大于287 μm(+50目)占比14.48%。

表2 鶴崗蘿北工農(nóng)村石墨礦石墨鱗片原生片徑統(tǒng)計表

3.2 內(nèi)蒙古阿拉善礦集區(qū)

內(nèi)蒙古自治區(qū)晶質(zhì)石墨礦資源儲量僅次于黑龍江，位居全國第二位。自治區(qū)石墨礦成礦大地構(gòu)造位置主要位于華北地臺北緣狼山—白云鄂博臺緣坳陷，主要集中產(chǎn)出于華北陸塊北緣中、東段石墨成礦帶和阿拉善陸塊石墨礦區(qū)[25]，主要分布于烏蘭察布市、巴彥淖爾市、阿拉善盟和包頭市等地。賦礦地層主要有太古界集寧群、中太古代烏拉山巖群、新太古界色爾騰山巖群和中新元古界白云鄂博群等。礦石巖性主要為片麻巖和片巖等。礦體產(chǎn)狀主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出，少量呈透鏡狀產(chǎn)出[26-27]。自治區(qū)晶質(zhì)石墨礦礦石固定碳含量平均為3%～6%[28]。成因類型主要為區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦(如興和石墨礦和依肯腦包石墨礦等)[26,29]和接觸變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦(如大烏淀石墨礦等)[30]。

本次采集了阿拉善盟某石墨礦典型礦石樣品，礦石巖性為含透輝石斜長片麻巖，礦石固定碳含量為4.18%。對其進(jìn)行顯微鏡下觀察鑒定發(fā)現(xiàn)其主要礦物組成為石墨(5%～8%)、石英(10%～15%)、斜長石(30%～40%)、透輝石(10%～20%)、云母(10%～15%)、褐鐵礦(～3%)，還可見少量的磁鐵礦、黃鐵礦和榍石等(圖2b、c、e)。

鏡下可見石墨片狀晶形發(fā)育較好，整體呈浸染狀分布，弱定向性(圖2d)。鱗片邊緣較齊整，片徑普遍較長，厚度不均勻，變化較大。部分鱗片內(nèi)部分層較明顯，層間夾雜物主要為石英和長石，局部可見褐鐵礦和磁鐵礦等。與石墨共生關(guān)系密切的褐鐵礦中普遍發(fā)育呈浸染狀分布的細(xì)小的黃鐵礦顆粒(圖2e)。部分石墨鱗片發(fā)生彎曲變形(圖2f)。粒徑大小不一，粒徑約50～4 120 μm。

(a)石墨礦石手標(biāo)本；(b)、(c)礦石薄片，可見其礦物組成有石英、斜長石、黑云母、白云母、石墨等，其中(c)中可見石墨與白云母互層夾雜共生，(b)、(c)均為單偏光；(d)礦石光片，可見石墨鱗片片狀晶形發(fā)育完好，邊緣齊整，整體呈浸染狀分布，片徑較長，反射光；(e)礦石光片，可見褐鐵礦與石墨接觸共生，褐鐵礦中發(fā)育呈浸染狀分布的細(xì)小黃鐵礦顆粒，反射光；(f)礦石光片，可見石墨鱗片發(fā)生彎曲變形，反射光

對樣品光片中石墨鱗片片徑的測量統(tǒng)計結(jié)果表明，該礦床中石墨鱗片片徑主要分布于15～2 146 μm，平均值為327 μm。其中+147 μm(+100目)占比93.35%，147～175 μm(100～80目)占比為3.27%，175～287 μm(80～50目)占比16.86%，大于287 μm(+50目)占比73.22%，大于500 μm占比40.35%，屬特大鱗片石墨礦。

表3 阿拉善石墨礦石墨鱗片原生片徑統(tǒng)計表

3.3 山東平度礦集區(qū)

山東省是我國重要的石墨產(chǎn)地，轄區(qū)內(nèi)已查明的礦物資源儲量位居全國第五。早期以山東青島平度南墅石墨礦為代表的一批大規(guī)模晶質(zhì)石墨礦奠定了山東省石墨資源大省的地位，之后隨著礦石的長期消耗以及環(huán)保政策的調(diào)整，目前已成功轉(zhuǎn)型為我國重要的石墨深加工產(chǎn)業(yè)基地，轄區(qū)范圍內(nèi)分布有眾多石墨下游產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)。

山東省目前已發(fā)現(xiàn)的石墨礦的大地構(gòu)造位置主要位于華北克拉通膠遼隆起區(qū)內(nèi)的膠北隆起內(nèi)，主要集中在平度云山鎮(zhèn)、平度劉戈莊和萊西南墅三個石墨礦集區(qū)內(nèi)，主要分布于青島平度，其次為萊西、萊陽、牟平、海陽等地，此外在威海田村、蓉城、乳山等地也有晶質(zhì)石墨礦點(diǎn)分布。其中具有工業(yè)開采價值的大都分布于平度和萊西境內(nèi)[28,31]。主要的賦礦地層為古元古代荊山群和新太古代泰山巖群，巖性主要有片麻巖、變粒巖、透輝巖、透閃巖、大理巖和斜長角閃巖等。含晶質(zhì)石墨礦的巖石主要為斜長片麻巖，其次為透閃透輝巖，此外還可見少數(shù)含石墨的大理巖。礦體主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出。晶質(zhì)石墨礦石固定碳含量平均為3.76%。礦床成因類型主要為區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦，礦石中石墨鱗片片徑大，易采易選[31]。

本次研究采集了青島市平度市田莊石墨礦的典型礦石樣品，礦石巖性為黑云角閃斜長片麻巖，礦石固定碳含量為3%～6%。對其進(jìn)行了顯微鏡下觀察鑒定發(fā)現(xiàn)其主要礦物組成為石墨(5%～10%)、石英(20%～25%)、斜長石(30%～35%)、黑云母(10%～15%)、角閃石(5%～10%)、綠泥石(～3%)、黃鐵礦(～3%)、極少量的鋯石等(圖3b、c、f)。

鏡下可見石墨片狀晶形發(fā)育較好，整體呈浸染狀分布，定向性較明顯(圖3e)。鱗片邊緣較齊整，片徑普遍較長，但厚度薄。部分鱗片內(nèi)部分層較明顯，層間夾雜物主要有黑云母、黃鐵礦、石英等，可見石墨與黑云母呈互層狀密切共生(圖3d)，局部還可見石墨片層間發(fā)育呈脈狀的黃鐵礦顆粒(圖3f)。部分石墨鱗片發(fā)生彎曲變形。粒徑大小不一，粒徑約60～2 100 μm。

(a)石墨礦石手標(biāo)本；(b)、(c)礦石薄片，可見其礦物組成有石英、斜長石、黑云母、石墨等，其中(b)為單偏光、(c)為正交偏光；(d)礦石光片，可見石墨與黑云母互層共生，單偏光；(e)礦石光片，可見石墨鱗片片狀晶形發(fā)育完好，邊緣齊整，整體呈浸染狀分布，片徑較長，厚度較薄，反射光；(f)礦石光片，可見石墨鱗片之間發(fā)育有不規(guī)則狀的黃鐵礦，反射光

對樣品光片中石墨鱗片片徑的測量統(tǒng)計結(jié)果表明，該礦床中石墨鱗片片徑主要分布于50～2 100 μm，平均值為438 μm。其中+147 μm(+100目)占比98.03%，147～175 μm(100～80目)占比1.75%，175～287 μm(80～50目)占比11.51%，大于287 μm(+50目)占比84.77%，大于500 μm占比55.10%，屬超大鱗片石墨礦。但厚度普遍很小，片徑/厚度比值大。

表4 青島平度田莊石墨礦石墨鱗片原生片徑統(tǒng)計表

3.4 甘肅阿克塞礦集區(qū)

甘肅省地處塔里木、華北和揚(yáng)子三大克拉通的交匯部位，經(jīng)歷了漫長且復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造演化過程，區(qū)域內(nèi)發(fā)育敦煌、阿拉善等地塊，中祁連、鄂爾多斯隆起以及北秦嶺褶皺帶等眾多構(gòu)造單元，沉積環(huán)境多樣，巖漿活動廣泛，變質(zhì)作用強(qiáng)烈，具備十分有利的成礦條件[32-33]。早期該省僅在武威市民勤縣發(fā)現(xiàn)唐家鄂博山一處大型石墨礦，但近些年來，在該省酒泉市的肅北、阿克塞和瓜州等地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)眾多石墨礦床，如敖包山、紅柳峽、大敖包、白臺溝、白石頭溝、梧桐井、大案盆溝、豺狼溝、大水峽等[34]。此外在張掖市臨澤縣以及天水市麥積區(qū)也有石墨礦產(chǎn)出。總體上，該省的晶質(zhì)石墨礦床主要分布于敦煌地塊以及龍首山地塊，區(qū)域上構(gòu)成了中祁連隆起石墨成礦帶[14,32]。該區(qū)石墨礦主要為區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦，主要產(chǎn)出于中太古代龍首山巖群和古元古代敦煌巖群中，礦石巖性為斜長片麻巖、石英片巖，局部可見含石墨大理巖等。礦體呈層狀或似層狀產(chǎn)出，礦石固定碳含量1.36%～30.31%[32]。

本次研究采集了甘肅省酒泉市阿克塞縣石墨礦的礦石樣品，該礦主要賦存于太古宇-古元古界敦煌巖群中，礦石巖性為斜長片麻巖，固定碳含量為3.35%。對其進(jìn)行顯微鏡下觀察鑒定發(fā)現(xiàn)其主要礦物組成為石墨(～5%)、石英(55%～60%)、斜長石(25%～30%)、方解石(～3%)、絹云母(～1%)、白云母、褐鐵礦(～3%)、黃鐵礦等(圖4b、c、e、f)。

(a)石墨礦石手標(biāo)本；(b)、(c)、(d)為礦石薄片，可見其礦物組成有石英、石墨、方解石、絹云母、褐鐵礦等，其中(b)、(c)為正交偏光，(d)為單偏光；(e)礦石光片，可見石墨鱗片片狀晶形發(fā)育完好，邊緣齊整，整體呈浸染狀分布，局部可見有細(xì)小的黃鐵礦顆粒，反射光；(f)礦石光片，可見石墨鱗片周圍發(fā)育有不規(guī)則狀的褐鐵礦，反射光

石墨反射光下呈土黃色，片狀晶形發(fā)育較好，整體呈浸染狀分布，基本無定向(圖4e)。鱗片邊緣較齊整，片徑普遍較長，厚度較厚。鱗片內(nèi)部幾乎無分層，可見石墨與石英、褐鐵礦和方解石的密切共生，尤其是褐鐵礦，石墨鱗片周圍常有褐鐵礦出現(xiàn)，局部可見石墨鱗片與褐鐵礦呈互層狀共生(圖4d、f)。部分石墨鱗片發(fā)生彎曲變形。粒徑大小不一，粒徑約20～1 600 μm。

對樣品光片中石墨鱗片片徑的測量統(tǒng)計結(jié)果表明，該礦床中石墨鱗片片徑主要分布于20～1 470 μm，平均值為380 μm。其中+147 μm(+100目)占比96.16%，147～175 μm(100～80目)占比2.17%，175～287 μm(80～50目)占比12.49%，大于287 μm(+50目)占比81.51%，大于500 μm占比47.65%，屬特大鱗片石墨礦。

表5 酒泉阿克塞石墨礦石墨鱗片原生片徑統(tǒng)計表

3.5 新疆奇臺礦集區(qū)

新疆維吾爾自治區(qū)受限于所轄面積大、地形復(fù)雜以及資源勘查程度低的影響，早期鮮有石墨礦的找礦成果報道。近些年來，隨著國家及地方對資源勘查工作的持續(xù)投入，在新疆東準(zhǔn)噶爾、天山等地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多處石墨礦，如奇臺縣黃羊山、蘇吉泉，青河縣阿拉托別、孔可熱和達(dá)布遜、鄯善縣玉泉山以及溫泉縣蘇魯別珍石墨礦等[5]，上述石墨礦主要分布與準(zhǔn)噶爾盆地周邊，尤其是其東北部的東準(zhǔn)噶爾造山帶。該造山帶位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦準(zhǔn)噶爾板塊的結(jié)合部位，是中亞造山帶的重要組成部分，也是新疆北部最重要的成礦帶之一。該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的石墨礦類型齊全，涵蓋了區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型和巖漿熱液型三大成因類型，且是我國唯一一處發(fā)現(xiàn)大型巖漿熱液型石墨礦的地區(qū)。其中區(qū)域變質(zhì)型石墨礦主要賦存于元古界星星峽群、興地塔格群、溫泉群等古老變質(zhì)巖地層中，礦石巖性主要為石英片巖、黑云斜長片麻巖以及大理巖等，礦體主要呈似層狀或透鏡體狀產(chǎn)出，礦石固定碳含量為2%～10%[5,35]。接觸變質(zhì)型石墨礦的賦礦地層為古生界志留紀(jì)至石炭紀(jì)的陸海過渡相、淺海相碎屑巖中，含礦巖系主要為二疊紀(jì)及侏羅紀(jì)的煤系地層，礦體呈似層狀產(chǎn)出，此類石墨礦屬隱晶質(zhì)石墨，但固定碳含量較高，一般在5%～25%[36-37]。巖漿熱液型石墨礦均分布在東準(zhǔn)噶爾卡拉麥里地區(qū)，主要是黃羊山和蘇吉泉兩處晶質(zhì)石墨礦床。石墨礦賦存在晚石炭世的堿性花崗巖中，圍巖主要為泥盆紀(jì)的火山碎屑沉積巖?；◢弾r中的石墨主要呈球狀或團(tuán)狀的集合體發(fā)育，尺寸大小不一，整體在花崗巖中呈散點(diǎn)狀分布。此類石墨礦石中石墨鱗片片徑較小，固定碳含量2%～16%，平均在5%左右[8,38]。

石墨反射光下呈土黃色，片狀晶形發(fā)育較好，鱗片邊緣較齊整(圖5f)，呈球狀或不規(guī)則團(tuán)狀集合體發(fā)育，集合體內(nèi)部呈稠密浸染狀或團(tuán)狀分布，無定向?？梢娛c石英、長石的密切共生(圖5d)，局部可見石墨鱗片與黑云母和磁鐵礦共生(圖5f)。石墨鱗片片徑普遍較短，介于10～600 μm，通常在100 μm以下。

(a)石墨礦石手標(biāo)本；(b)、(c)、(d)為礦石薄片，可見其礦物組成有石英、長石、石墨、黑云母、方解石、磁鐵礦等，其中(b)、(c)為正交偏光，(d)為單偏光；(e)礦石光片，可見石墨鱗片整體呈浸染狀發(fā)育，局部可見有磁鐵礦顆粒，反射光；(f)礦石光片，可見石墨鱗片片狀晶形發(fā)育好，邊緣較齊整，部分與磁鐵礦共生，反射光

對樣品光片中石墨鱗片片徑的測量統(tǒng)計結(jié)果表明，該礦床中石墨鱗片片徑主要分布于5～665 μm，平均值為77 μm。其中+147 μm(+100目)占比20.58%，147～175 μm(100～80目)占比8.77%，175～287 μm(80～50目)占比10.29%，大于287 μm(+50目)占比1.52%，絕大多數(shù)小于147 μm，占比79.42%，屬細(xì)小鱗片石墨礦。

表6 昌吉州奇臺縣黃羊山石墨礦石墨鱗片原生片徑統(tǒng)計表

3.6 小結(jié)

我國晶質(zhì)石墨礦床多為區(qū)域變質(zhì)成因，僅在新疆產(chǎn)出有巖漿熱液成因的晶質(zhì)石墨礦。區(qū)域變質(zhì)型石墨礦礦床多產(chǎn)于前寒武紀(jì)的古老變質(zhì)巖中，礦石巖性多為片麻巖或片巖，礦石品位普遍偏低，礦石中的石墨鱗片普遍呈浸染狀發(fā)育。將上述五處石墨產(chǎn)地的典型礦床進(jìn)行對比可以看出：(1)黑龍江的晶質(zhì)石墨礦石固定碳含量最高，內(nèi)蒙古、山東的普遍較低。(2)黑龍江、內(nèi)蒙古、山東產(chǎn)出的晶質(zhì)石墨礦石中普遍可見石墨鱗片與云母的互層共生現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為石墨鱗片和云母相互夾雜疊生，此類嵌布特征對選礦過程中石墨的解離十分不利。(3)石墨礦石中發(fā)育的金屬礦物種類表現(xiàn)出一定的差異。黑龍江、內(nèi)蒙古和甘肅三地的石墨礦石中均發(fā)育有褐鐵礦和少量的黃鐵礦，山東的石墨礦石中則主要發(fā)育黃鐵礦且含量較高，而新疆的石墨礦石中主要發(fā)育磁鐵礦。(4)石墨鱗片的片徑統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，內(nèi)蒙古、山東和甘肅三地的晶質(zhì)石墨礦石墨鱗片中片徑>287μm占比均超過50%，其中山東省的占比最高，而黑龍江和新疆兩地的石墨鱗片片徑則普遍<147μm，從礦石光片的鏡下顯微照片中可以看出，山東石墨礦的鱗片片徑雖然很長，但厚度普遍很薄，此類礦石在選礦過程中對大鱗片的保護(hù)難度極大。相比之下，內(nèi)蒙古、甘肅兩地的石墨鱗片厚度較厚，在選礦過程中大鱗片的產(chǎn)率會較高。(5)新疆巖漿熱液型晶質(zhì)石墨礦礦石的鱗片片徑普遍較小，且多呈球狀或團(tuán)塊狀集合體的形式產(chǎn)出，此類結(jié)構(gòu)在選礦的粗磨粗選階段易于對石墨進(jìn)行富集，但后續(xù)再磨再選階段對石墨的進(jìn)一步分選提純過程則相對較難。

4 結(jié)論與建議

(1)我國石墨資源量十分豐富，成因類型齊全?？臻g分布上呈現(xiàn)出“北多南少、東多西少”的特征，主要分布于華北、揚(yáng)子兩大克拉通周緣，秦嶺-祁連-昆侖造山系和天山-興蒙造山系。時間上，石墨礦賦礦地質(zhì)體的形成時代跨度較大。區(qū)域變質(zhì)型石墨礦的賦礦地層形成時代普遍較老，多在前寒武紀(jì)。接觸變質(zhì)型石墨礦的相對較晚，多在中生代。巖漿熱液型石墨礦的含礦巖體的形成時代多在古生代。區(qū)域變質(zhì)型石墨礦多產(chǎn)出晶質(zhì)石墨，是我國最主要也是產(chǎn)出礦床數(shù)量最多的石墨礦類型。

(2)我國晶質(zhì)石墨主要產(chǎn)地的礦石資源稟賦差異較大。黑龍江石墨礦石品位較高，但鱗片片徑較小。山東石墨鱗片片徑長，但厚度很薄。甘肅石墨礦鱗片片徑較長，且厚度也較厚。新疆石墨礦鱗片片徑最小，且厚度也較薄。同時，黑龍江、內(nèi)蒙古、山東三地石墨礦石中普遍可見石墨鱗片與云母的互層共生現(xiàn)象，此類嵌布特征對選礦十分不利。

(3)石墨作為一種重要的非金屬資源，其評價方式應(yīng)與常用的大宗金屬礦產(chǎn)資源的評價有所區(qū)別，除了關(guān)注其礦石品位(固定碳含量)之外，還應(yīng)對其結(jié)構(gòu)形態(tài)特征予以重視。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)主導(dǎo)用途，用途影響價值。因此在后續(xù)的石墨研究評價工作中，應(yīng)注意對石墨資源的多維度評價，盡可能做到分質(zhì)分級評價利用，以提高其綜合利用價值。