鄭 樂 郝凱波 劉冬冬 陳 濤 王凱壘

（華北地質勘查局五一九大隊，河北 保定 071051）

黑龍江省林口縣五義屯石墨礦處于天山—興蒙造山域（Ⅰ），吉黑成礦?。á颍?，佳木斯-興凱（地塊）Fe-Au-石墨-矽線石-磷成礦帶（Ⅲ），佳木斯（地塊）Au-Fe-W-石墨-矽線石-磷-螢石成礦亞帶（IV），麻山石墨矽線石磷礦化集中區(qū)內。是該區(qū)近幾年內新發(fā)現(xiàn)的一處大型大鱗片晶質石墨礦床[1]。

1 區(qū)域地質

礦區(qū)大地構造位置處于天山—興蒙造山域（Ⅰ），興蒙古生代造山帶（Ⅰ-8），佳木斯地塊（Ⅰ-8-3），雙鴨山-麻山隆起（Ⅰ-8-3-2）西南緣[2]。

區(qū)域地層主要出露：中-新元古界麻山巖群余慶巖組（Pt2-3y），白堊系下統(tǒng)城子河組（K1c）、穆棱組（K1m），新近系中-新新統(tǒng)船底山玄武巖（βN2c）以及第四系全新統(tǒng)（Qhal+l）[2]。區(qū)域內的構造包括褶皺構造和斷裂構造，主要褶皺構造為龍山復式向斜和吉慶復式背斜；斷裂構造主要為近東西向的斷裂，其次為北東向、南北向的斷裂。區(qū)域內侵入巖大部分經受不同程度的區(qū)域變質、熱動力變質和超變質作用，主要巖性為早元古代混染花崗巖（mr）、晚寒武世花崗巖（r）、中-晚二疊世花崗閃長巖（γδ）。礦區(qū)內以花崗閃長巖（γδ）為主體。工作區(qū)處于古-中元古代古陸核區(qū)，地質構造復雜，經過多次構造改造疊加，地層和侵入巖均發(fā)生了變質變形，形成了廣泛變質巖，主要以區(qū)域變質為主，主要由石墨石英片巖、石英片巖、石墨片麻巖、含石墨變粒巖、黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、石墨大理巖和白云質大理巖等組成。區(qū)域的礦產主要為煤、石墨、大理巖等，區(qū)內已發(fā)現(xiàn)的石墨礦床主要有雞西市柳毛石墨礦、雞西市石場石墨礦、林口縣六合石墨礦、林口縣碾子溝石墨礦、林口縣八道溝石墨礦、林口縣曲家溝石墨礦、林口縣西北楞石墨礦以及穆棱市光義石墨礦。這些礦床（點）大都是沉積變質型，區(qū)域上典型的礦床為柳毛石墨礦。

2 礦區(qū)地質

2.1 地層

礦區(qū)地層層序自上而下為：黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖、石墨矽線石英片巖、透輝方解大理巖透鏡體、黑云石英片巖、變粒巖。其中，石墨石英片巖、石墨矽線石英片巖是石墨礦體的主要母巖。

黑云斜長片麻巖：巖石呈淺灰-灰白色，鱗片粒狀變晶結構，片麻狀構造。主要礦物成分為斜長石（65%～70%），他形粒狀，粒徑0.1 mm～1.2 mm；鉀長石（±10%），他形粒狀，粒徑0.1 mm～0.7 mm；黑云母（±15%），片狀，片徑0.1 mm～1.5 mm，呈定向排列；石英（±5%）。為區(qū)內石墨礦體的主要頂板圍巖，局部巖石遭受混合巖化作用，形成了大小不一的長英質脈體或細晶巖脈。

石墨石英片巖：巖石呈灰黑色-灰褐色，鱗片粒狀變晶結構，片狀構造。主要礦物成分為石英（40%～60%），他形粒狀，粒徑0.1 mm～1.5 mm；長石（±15%），他形粒狀，粒徑0.1 mm～1.0 mm；石墨（10%～20%），鱗片狀、細條狀，局部呈片狀集合體，片徑0.2 mm～2 mm，定向分布；黑云母（±5%），片狀，片徑0.1 mm～1.0 mm，定向排列。

石墨矽線石英片巖：巖石呈灰黑色-灰褐色，鱗片粒狀變晶結構，片狀構造。主要礦物成分為石英（±60%），他形粒狀，粒徑0.1 mm～1.5 mm；長石（±10%），他形粒狀，粒徑0.1 mm～1.0 mm；石墨（5%～10%），鱗片狀、細條狀，局部呈片狀集合體，片徑0.2 mm～2 mm，定向分布；矽線石（5%～15%），長柱狀、毛發(fā)狀，柱長1.25 mm～5.5 mm，沿片理定向分布；黑云母（±5%），片狀，片徑0.1 mm～1.0 mm，定向排列，及少量黑云母。

2.2 構造

礦區(qū)內褶皺不發(fā)育，地層呈單斜產出，但局部見小褶曲處，產狀變化較大。

礦區(qū)內僅見一條斷層，屬成礦后期構造。從地表露頭和深部控制情況綜合確定斷層為壓扭性逆斷層，對礦體有一定的破壞作用。

2.3 侵入巖

礦區(qū)內巖漿巖大面積出露，大部分經受不同程度的區(qū)域變質、熱動力變質和超變質作用，對石墨礦體起到切割、侵蝕、破壞作用。巖性主要為混合花崗巖、閃長玢巖細脈。

混合花崗巖：呈灰色-灰白色，似斑狀結構，局部為中?；◢徑Y構，塊狀構造。主要礦物成分為長石（±65%），半自形-他形粒狀，粒徑1.0 mm～4.0 mm，部分呈半自形-自行板柱狀，粒徑0.5 cm～1.0 cm，約占5%；石英（±30%），他形粒狀，粒徑1.0 mm～3.0 mm；黑云母（±5%），片狀，片徑0.2 mm～2.0 mm。

閃長玢巖細脈：灰黑色，斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要為斜長石，呈他形粒狀，粒徑1 mm～5 mm，基質為隱晶質。

2.4 變質巖

礦區(qū)變質巖為中-新元古界麻山巖群余慶巖組（Pt2-3y）地層，以區(qū)域變質巖為主，主要巖性有黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖、透輝方解大理巖透鏡體、黑云石英片巖以及變粒巖等。

變質礦物在不同巖石中的共生組合略有差異，主要包括以下礦物共生組合。片麻巖：斜長石+鉀長石+石英+黑云母。大理巖：方解石+白云石+石英+透閃石。片巖：石英+黑云母+白云母+鉀長石+斜長石+紅柱石+矽線石+絹云母+綠簾石+綠泥石+赤褐鐵礦+磁鐵礦。變粒巖：斜長石+鉀長石+石英+黑云母+透輝石。依據(jù)上述所出現(xiàn)的變質礦物組合，將礦區(qū)麻山巖群變質巖相劃歸為綠片巖相、麻粒巖相。個別巖石遭受了后期的退變質作用，造成退變質作用的主要因素為構造變動和混合巖化作用。主要表現(xiàn)為黑云母鐵質析出；斜長石（泥化、絹云母化）形成鈉長石；富含有機質的巖石經區(qū)域變質作用碳質結晶為石墨，后經混合巖化作用改造，最終富集形成石墨礦床。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內礦體劃分為2個礦段，即Ⅱ礦段、Ⅲ礦段。其中Ⅱ礦段圈定了6個礦體；Ⅲ礦段圈定了24個礦體。

Ⅱ礦段中Ⅱ-1號礦體為礦區(qū)的主礦體，占礦區(qū)總資源量比例94.38%。其特征如下：礦體賦存于中-新元古界麻山巖群余慶巖組（Pt2-3y）地層中，巖性主要為石墨石英片巖，少部分為石墨矽線石英片巖。礦體呈厚層狀分布，長約570 m，地表控制寬度164 m～327 m，深部延深385 m～483 m，平均真厚度100.72 m，總體產狀10°～70°∠40°～80°，賦存標高42 m～423.05 m，固定碳平均品位5.28%。礦體品位變化系數(shù)12.79%，品位穩(wěn)定；礦體厚度變化系數(shù)28.13%，厚度穩(wěn)定；礦體內夾石分布總體上有一定的規(guī)律性，較連續(xù)。礦體頂板圍巖為大理巖、黑云斜長片麻巖、混合花崗巖；礦體底板圍巖為混合花崗巖、變粒巖、大理巖。其余小礦體規(guī)模較小。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石的礦物成分及特征

石墨礦石中的主要礦物組合為石墨+石英+長石+云母+其他礦物。

石墨為礦石中可利用的有用礦物成分，呈晶質鱗片狀，含量3%～10%，最高可達22.05%。單體石墨鱗片片徑一般為0.01 mm～2 mm，最大可達5 mm。

石英為礦石中含量較多而普遍的脈石礦物，呈它形粒狀晶體，有時集合體呈不規(guī)則團塊狀。在礦石中分布變化較大，一般在40%～60%，局部最高可達80%。結晶粒度一般為0.3 mm～1.8 mm。

長石以鉀長石為主，含量一般15%，局部可達50%。呈它形粒狀晶體，定向拉長排列，結晶粒度一般在0.5 mm～1.5 mm。

云母以黑云母為主，次為白云母，片徑略大于石墨。含量一般在5%～15%，局部可達30%，云母與石墨共同呈平行、定向、斷續(xù)的排列在礦石中，形成片狀、片麻狀構造。

礦石中其他礦物有透輝石、方解石、矽線石。

3.2.2 礦石的結構構造、鱗片特征及分級占有率

石墨礦石的結構為鱗片粒狀變晶結構。石墨礦石的構造以片狀、片麻狀構造、定向構造為主，局部因片狀礦物定向不明顯而呈塊狀構造。

礦石中的石墨呈晶質鱗片狀、葉片狀的單體或集合體定向或半定向的分布在粒狀石英、長石間隙中。大部分呈彎曲波狀，與石英、斜長石等粒狀礦物大致平行片理分布。石墨與脈石礦物的接觸界限一般較平直。

對礦石的石墨鱗片產出進行定量分析，將礦石中的石墨鱗片按-100目（＜0.147 mm）、100-80目（0.147 mm～0.175 mm）、80～50目（0.175 mm～0.287 mm）和+50目（＞0.287 mm）4個級別分別統(tǒng)計，結果見表3。對礦區(qū)石墨礦石進行多元素分析，礦石具高鈣、貧鎂、低鉀鈉的特點。其中SiO2含量39.80～73.80%，平均59.53%，CaO含量6.39%、MgO含量1.51%、K2O含量2.60%、Na2O含量0.61%。

表3 石墨鱗片產出定量分析結果表

對礦區(qū)石墨礦石進行了組合分析，礦石中的主要有用組份含量低，沒有綜合利用價值；主要有益和有害組份含量也基本在常量范圍內，對選礦或產品質量不會產生大的影響。

對礦區(qū)石墨礦石進行光譜全分析，礦石中微量元素含量均較低，無利用價值。

3.3 礦石類型

3.3.1 礦石自然類型

根據(jù)礦石的結構、構造和礦物的組合特點，礦區(qū)內的礦石自然類型主要為石墨石英片巖及少量石墨矽線石英片巖；根據(jù)巖石的完整度，風化破碎裂隙的發(fā)育程度，參照地表水沿裂隙的溶蝕度確定風化帶的下限。地表至弱風化帶下限間為風化礦石，弱風化帶下限以下為原生礦石。

3.3.2 礦石工業(yè)類型

礦石自然類型中的礦石礦物為單一的晶質石墨礦，礦石的組分變化對礦石加工技術、選礦工藝流程等無根本影響。因此礦區(qū)的石墨礦石屬晶質石墨礦。

4 礦石加工技術性能

試驗以風化礦和原生礦為原料，得到浮選精礦試驗產品，風化礦得到的精礦產品固定碳含量為95.09%，回收率為91.40%，產率為5.19%，其中+100目產品含量在浮選精礦產品中的占比為15.84%；原生礦礦得到的精礦產品固定碳含量為95.33%，回收率為92.53%，產率為5.29%，其中+100目產品含量在浮選精礦產品中占比為25.42%。具體結論如下：1）2種原礦都屬于石墨石英片巖，石墨礦物發(fā)育較好，結晶完整，風化礦原礦中+100目的大鱗片累計分布率在66.42%左右，原生礦原礦中+100目的大鱗片分布率在65.70%左右；風化礦中固定碳的含量為5.40%，原生礦固定碳含量為5.45%。風化礦原礦中固定碳含量為5.40%，其他主要化學成分是SiO261.26%，Al2O310.62 %，CaO 10.87 %，F(xiàn)e2O33.38%，K2O 2.29%、Na2O 0.55%，MgO 2.63%等，燒失量為8.37%。原生礦原礦中固定碳含量5.45%，其他主要化學成分是：SiO260.35%，Al2O313.72%，CaO 7.93%，F(xiàn)e2O33.90%，K2O 2.69%、Na2O 0.90%，MgO 2.11%等，燒失量為8.58%。2種石墨原礦中的主要礦物組份基本相同，主要礦物為石墨，含量在5%左右，其余雜質礦物為石英、長石類、方解石、云母類、含鐵礦物等。另外，風化礦中還含有少許的蒙脫石礦物等。石墨原礦中石墨為晶質鱗片，石墨片徑一般為0.011 mm～1.12 mm。其中，風化礦+0.15 mm（+100目）大鱗片累計分布率大約為66.42%，原生礦+0.15 mm（+100目）大鱗片累計分布率大約為65.70%，有部分大鱗片石墨。石墨礦磨礦細度達到0.074 mm（200目），石墨單體解離度＞90%，磨礦細度達到0.045 mm（325目），石墨單體解離度接近100%。2）該原礦可浮性較好，經過較短流程及合適的工藝，可以得到精礦品位＞95%的浮選精礦產品。2種原礦經過一次粗磨、一次粗選、六次再磨、七次精選、中礦依次向上返回的閉路流程，可以得到固定碳含量＞95%的高碳石墨精礦產品。以風化礦為原料，得到的精礦產品固定碳含量為95.09%，回收率為91.40%，產率為5.19%，其中+100目產品含量在浮選精礦產品中占比為15.84%。以原生礦為原料，得到的精礦產品固定碳含量為95.33%，回收率為92.53%，產率為5.29%，其中+100目產品含量在浮選精礦產品中占比為25.42%。2種原礦經過一次粗磨、一次粗選、六次再磨、七次精選、中礦依次向上返回的閉路流程，都可以得到固定碳含量＞95%的高碳石墨精礦產品。

2種原礦的試驗過程和試驗結果均達到要求，可以為五義屯石墨礦的開發(fā)利用提供建議，并且在完善生產技術參數(shù)的基礎上為礦山的開發(fā)生產提供依據(jù)。

5 礦床成因及找礦標志

5.1 成礦物質來源

石墨礦在元古代時就已經被發(fā)現(xiàn)，最早為濕潤的陸棚環(huán)境所形成的富含有機質的沉積物，經過沉積作用形成富含碳質的黏-半黏土巖；后來經過區(qū)域變質作用，有機碳質結晶為石墨，并富集形成石墨床；后來又經過混合巖化作用改造，最終形成現(xiàn)在的石墨礦。沉積作用形成的碳質具有一定的層位，變質的石墨礦體（層）基本上是受沉積因素的影響，通過多階段性的沉積旋回，形成了多層的復礦層。

5.2 礦床成因基質

在中 -新元古代濕潤的陸棚環(huán)境下，沉積形成了高鋁、富碳的黏—半黏土巖、白云巖、灰?guī)r及少量酸性火山巖，同時沉積形成碳質頁巖，碳質的沉積通常發(fā)生在中性-弱堿性且相對穩(wěn)定的介質條件下。沉積巖經區(qū)域變質作用形成綠片巖相、麻粒巖相變質巖，包括片巖、片麻巖、變粒巖、麻粒巖以及大理巖等。其中的碳質變質形成片狀石墨，碳質頁巖變質形成石墨礦體母巖。根據(jù)區(qū)域上柳毛石墨礦δ13C為-16.8×10-3～ -24.4×10-3，與生物有機物的δ13C一致；礦體圍巖大理巖的δ13C為+3×10-3～ +5.6×10-3，與碳酸鹽相吻合。石墨與圍巖大理巖δ13C的顯著差異反映兩者的來源不同，石墨碳質來源于生物有機質，而大理巖的碳來源于沉積碳酸鹽。碳質來源為有機成因，而非來自附近碳酸鹽的分解[3]。

礦床基本上受沉積因素影響，通過多階段性的沉積旋回，形成了多層的復礦層。由于原巖具有一定層位，所以石墨礦體具有層控特征。后期的區(qū)域變質作用對碳質局部富集、重結晶等有一定的影響，甚至破壞了原巖特征，但石墨礦品位的高低以及其分布特征仍然取決于原生的沉積條件與古地理環(huán)境。

5.3 找礦標志

在中 -新元古界麻山巖群余慶巖組（Pt2-3y）中，中石墨石英片巖夾大理巖透鏡體的地層巖石建造是主要的找礦標志；該套地層的低阻高極化率激電異常是其重要的電性特征；石墨礦化是直接的找礦標志。

6 結語

石墨是一種重要的非金屬礦產，不僅在電極、電池、染料、墨粉以及鉛筆等一般傳統(tǒng)工業(yè)和消費領域中有廣泛的應用，而且應用于核電、化工、航天、軍事、冶金、電子以及機械等特殊的工業(yè)領域中。特別是對石墨烯的發(fā)現(xiàn)和研究，使晶質石墨資源更加重要。石墨是一種不可再生資源，隨著對其研究的深入，美國、俄羅斯、英國、德國和日本等國家都已經將其作為戰(zhàn)略資源進行儲備，并限制其開采，從我國低價進口。為此，合理、有序、適度地開發(fā)石墨資源，提高產品附加值，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。