馬方,程蓉蓉*,李明磊,張魯濤,李志強(qiáng),梁太濤

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264004；2.自然資源部金礦成礦過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

魯東地區(qū)是我國(guó)重要的晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)區(qū)，區(qū)內(nèi)石墨礦床勘查工作始于20世紀(jì)60年代，先后發(fā)現(xiàn)有大中型晶質(zhì)石墨礦床20余處，均分布于古元古代荊山群變質(zhì)地層中(圖1)，蘭心儼[1]、孟輝[2]、顏玲亞[3]、焦麗香[4]、李凱月[5]、馮偉[6]等對(duì)南墅、劉戈莊、閆村、張舍、大梁子口等地開展過(guò)石墨礦床地質(zhì)特征及巖石學(xué)、地球化學(xué)等方面的研究，倪振平[7]、王帥[8]、蘇旭亮[9]等亦對(duì)區(qū)域石墨礦地質(zhì)特征進(jìn)行了研究并開展了資源潛力評(píng)價(jià)，劉敬黨[10]、梁帥[11]、顏玲亞[12]等對(duì)華北地區(qū)晶質(zhì)石墨礦床的成因及成礦系列的劃分等進(jìn)行過(guò)細(xì)致研究。以往開展的研究工作多集中分布在平度—萊西一帶，對(duì)于萊陽(yáng)、牟平等地的石墨礦床論述較少。西徐格莊礦床地處萊陽(yáng)市南部荊山一帶，該區(qū)前期已發(fā)現(xiàn)大梁子口、山前夼、牛百口等小型礦床，隨著近年來(lái)晶質(zhì)石墨礦在高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)家對(duì)石墨礦的勘查投入亦逐年提高，在西徐格莊地區(qū)實(shí)現(xiàn)了找礦新突破，本文以在該區(qū)開展的2個(gè)省級(jí)財(cái)政項(xiàng)目為依托，對(duì)該區(qū)石墨礦床地質(zhì)特征進(jìn)行了總結(jié)，探討了該區(qū)晶質(zhì)石墨礦床的成礦過(guò)程及礦床成因，分析了石墨礦找礦遠(yuǎn)景，為該區(qū)石墨礦勘查找礦提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西徐格莊石墨礦大地構(gòu)造位置屬于華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)膠萊盆地西部(Ⅲ)萊西-即墨斷陷(Ⅳ)荊山凸起(Ⅴ)[13]，荊山凸起主體由古元古代變質(zhì)地層和中生代侵入巖組成，呈孤島狀分布于中生代沉積盆地中(圖1)。

1—第四系；2—白堊系；3—新元古代地層；4—古元古代粉子山群；5—古元古代荊山群；6—新太古代地層；7—早白堊世花崗巖；8—晚侏羅世花崗巖；9—晚三疊世花崗巖；10—斷層；11—石墨礦床；12—研究區(qū)范圍

區(qū)內(nèi)地層由老至新為古元古代荊山群、中生代萊陽(yáng)群、青山群、王氏群和新近系。荊山群在區(qū)內(nèi)廣泛分布，為富鋁孔茲巖系[14]，主要巖性為石榴矽線黑云片巖、黑云片巖、白云石大理巖、透輝大理巖、黑云變粒巖、含石墨黑云變粒巖、含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖等，為一套淺海陸源含碳質(zhì)成熟較低的碎屑巖—黏土巖(泥灰質(zhì)巖)—碳酸鹽巖沉積建造[13]，陡崖組徐村石墨巖系段是晶質(zhì)石墨礦的賦礦層位。萊陽(yáng)群、青山群和王氏群分布于荊山群周邊，萊陽(yáng)群主要巖性為砂巖、礫巖、砂礫巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖等，青山群主要巖性為流紋巖、凝灰?guī)r、角礫巖、玄武巖等，王氏群主要巖性為礫巖、砂礫巖、砂巖等。第四系沿山前溝谷分布，主要為礫、粗砂、中細(xì)砂及粉砂質(zhì)黏土等。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為褶皺和脆性斷裂。褶皺構(gòu)造是荊山群變質(zhì)地層的主要表現(xiàn)形式，褶皺構(gòu)造多期疊加，控制著荊山群地層的展布。祿格莊復(fù)式背斜為該區(qū)主要褶皺構(gòu)造，由早期NW向同斜緊閉褶皺疊加NE向背斜形成，核部為荊山群祿格莊組光山大理巖段，翼部依次為野頭組、陡崖組，軸面產(chǎn)狀近直立，兩翼地層具良好的對(duì)稱性，該褶皺控制西徐格莊地區(qū)變質(zhì)地層的分布，褶皺構(gòu)造的壓縮、彎曲、折疊，使得該區(qū)礦層厚度變化較大。脆性斷裂構(gòu)造主要形成于中生代，縱橫交錯(cuò)切割不同時(shí)代地質(zhì)體，是區(qū)域主要構(gòu)造類型，脆性斷裂具多期活動(dòng)特征，可劃分為NE向、NNE向、SN向、NW向、EW向5組，以NE向?yàn)橹?，?guī)模大，常作為區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)體的邊界，與石墨礦產(chǎn)關(guān)系密切。一般認(rèn)為，EW向斷裂形成時(shí)代較早，NE向次之，NW向斷裂形成時(shí)代較晚，常限制其他斷裂，斷裂性質(zhì)以張性和扭性為主。

區(qū)內(nèi)侵入巖不發(fā)育，多呈巖株、巖墻狀產(chǎn)出。古元古代西水夼單元細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖侵入荊山群，且多順層侵入；中生代侵入巖以玲瓏序列筆架山單元不等粒偉晶花崗巖最為發(fā)育，侵入荊山群并改造石墨礦體，花崗巖侵入體邊緣的石墨礦體中常見石墨片徑加大或礦體不連續(xù)現(xiàn)象。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)共圈定5條石墨含礦帶，編號(hào)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，均產(chǎn)出于荊山群陡崖組徐村段中，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致(圖2)，含礦巖石主要為含石墨黑云變粒巖。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號(hào)含礦帶內(nèi)共圈定礦層20個(gè)，以Ⅱ-1、Ⅳ-1號(hào)規(guī)模較大，其他礦層規(guī)模較小(表1)。

表1 西徐格莊礦區(qū)礦層特征

1—第四紀(jì)沂河組；2—第四紀(jì)臨沂組；3—王氏群金崗口組；4—紅土崖組三段；5—萊陽(yáng)群水南組；6—萊陽(yáng)群止鳳莊組；7—荊山群陡崖組水桃林片巖段；8—荊山群陡崖組徐村石墨巖系段；9—荊山群野頭組定國(guó)寺大理巖段；10—荊山群野頭組祥山變粒巖段；11—不等粒偉晶花崗巖；12—變輝長(zhǎng)巖；13—大理巖；14—石墨含礦帶；15—石墨礦層；16—整合界線；17—不整合界線；18—斷裂；19—背斜；20—向斜；21—層理產(chǎn)狀；22—片理產(chǎn)狀；23—鉆孔；24—124剖面位置

Ⅱ-1號(hào)礦層：賦存于Ⅱ號(hào)含礦帶內(nèi)，分布在107～132線間，由7條探槽和5個(gè)鉆孔控制，長(zhǎng)約1600m。礦層呈層狀—似層狀(圖3)，賦存標(biāo)高+74m～-251m，控制斜深64～353m；礦層走向120°～170°，傾向NE—SE，傾角46°～65°；厚度5.79～50.27m，平均厚度16.14m，厚度變化系數(shù)106.17%，為厚度不穩(wěn)定礦體；固定碳含量2.30%～3.17%，平均含量2.86%，品位變化系數(shù)11.14%，屬有用組分分布均勻礦體。

1—大理巖；2—黑云變粒巖；3—黑云片巖；4—不等粒偉晶花崗巖；5—產(chǎn)狀；6—探槽；7—鉆孔及編號(hào)；8—石墨含礦帶；9—石墨礦層

Ⅳ-1號(hào)礦層：賦存于Ⅳ號(hào)含礦帶內(nèi)，分布在307～336線間，由5條探槽和5個(gè)鉆孔控制，長(zhǎng)約2100m，控制斜深122～176m；礦層呈層狀—似層狀，賦存標(biāo)高+78m～-114m；礦層走向39°～75°，傾向SE，局部反傾，傾角79°～82°；礦層厚度2.03～44.25m，平均厚度13.58m，厚度變化系數(shù)91.81%，為厚度不穩(wěn)定礦體；固定碳含量2.03%～3.79%，平均含量3.21%，品位變化系數(shù)20.77%，屬于有用組分分布均勻礦體。

石墨含礦帶圍巖為徐村石墨巖系段黑云變粒巖、定國(guó)寺大理巖段大理巖以及水桃林片巖段黑云片巖；石墨礦層的直接頂?shù)装宥酁楹谠谱兞r、石墨透閃透輝巖以及斜長(zhǎng)含石墨黑云片巖等，多與礦層呈漸變過(guò)渡，厚度幾米到幾十米不等。

2.2 礦石質(zhì)量

礦石類型主要為含石墨黑云變粒巖型，其次為含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖型、含石墨透輝變粒巖型、含石墨構(gòu)造碎裂巖型等(圖4)，其中含石墨黑云變粒巖型和石墨透輝變粒巖型固定碳含量較高，但石墨鱗片相對(duì)偏低，含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖型石墨鱗片較大但固定碳含量較低，含石墨構(gòu)造碎裂巖型石墨礦不具工業(yè)價(jià)值。

a—黑云變粒巖型石墨礦；b—石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖型石墨礦；c—石墨透輝變粒巖型石墨礦；d—含石墨構(gòu)造碎裂巖型石墨礦

含石墨黑云變粒巖型礦石主要礦物為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母、石英、透輝石、輝石、石墨等；含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖型礦石主要礦物為斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、石墨等；石墨透輝變粒巖型主要礦物為斜長(zhǎng)石、透輝石、透閃石、黑云母、白云母、石英、石墨等。幾種礦石中副礦物一般為磁鐵礦、鋯石、磷灰石，次生礦物為絹云母、方解石、高嶺土等。

礦石中固定碳呈晶質(zhì)石墨形態(tài)存在，多呈鱗片狀，大致星散狀定向分布(圖5a)，局部可見解理彎曲(圖5b)。石墨片徑一般0.2～0.3mm，個(gè)別0.5mm以上，正目石墨含量47.12%。礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖5c)和鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)(圖5d)，柱狀變晶結(jié)構(gòu)少量，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)和柱狀變晶結(jié)構(gòu)多見于含石墨黑云變粒巖礦石，鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)多見于含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖礦石。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造和弱片麻狀構(gòu)造，少量變余層理構(gòu)造。

a—石墨鱗片定向分布；b—石墨鱗片局部彎曲；c—鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)；d—鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)；Bt—黑云母；Ptz—石英；Gph—石墨礦

礦石有用組分固定碳含量一般為2.02%～3.79%，最高可達(dá)8.70%，主礦層固定碳平均含量2.81%；有益組分金紅石(TiO2)含量少，詳見表2。

表2 礦石化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)表 單位：%

3 礦床成因

3.1 成礦時(shí)代

荊山群的形成時(shí)代在2100～1900Ma之間[15-18]，據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，古元古代西水夼單元變輝長(zhǎng)巖多順層侵入荊山群變質(zhì)地層，變輝長(zhǎng)巖中未發(fā)現(xiàn)晶質(zhì)石墨的混入表明石墨礦的形成時(shí)代至少早于變輝長(zhǎng)巖的形成時(shí)代，荊山群地層與變輝長(zhǎng)巖共同接受褶皺構(gòu)造的變形改造也是石墨礦形成于古元古代的證據(jù)之一。

3.2 原巖建造

礦床中礦石及圍巖主體巖性為變粒巖類、片巖類和大理巖類，具孔茲巖系巖性組合特點(diǎn)。據(jù)馮偉[6]對(duì)該區(qū)石墨黑云變粒巖進(jìn)行的原巖恢復(fù)，其原巖為一套以雜砂巖、黏土巖和碳酸鹽巖為主的含碳碎屑巖組合，亦表明其適宜生物大量繁衍的溫暖沉積環(huán)境。

3.3 成礦物質(zhì)來(lái)源

據(jù)野外調(diào)查可知，該區(qū)石墨礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與圍巖產(chǎn)狀一致，且界線多為漸變過(guò)渡或互層過(guò)渡關(guān)系，具有明顯的原生沉積特征；礦體產(chǎn)出具有一定的層位規(guī)律，巖性特征均與石墨黑云變粒巖、石墨斜長(zhǎng)片麻巖有關(guān)，說(shuō)明其原巖沉積具有一定適宜于生物大量繁殖的古地理環(huán)境；鱗片狀石墨在礦石中分布均勻，品位相對(duì)穩(wěn)定，反映出成礦物質(zhì)沒(méi)有發(fā)生過(guò)大規(guī)模的遷移運(yùn)動(dòng)，只是在前進(jìn)的變質(zhì)作用過(guò)程中，在有限的空間范圍內(nèi)重新組合、重新結(jié)晶形成石墨，說(shuō)明石墨礦碳質(zhì)成分來(lái)源于原巖本身的原始沉積。據(jù)梁帥[12]、季海章[19]、馬旭東[20]等對(duì)魯東晶質(zhì)石墨碳穩(wěn)定同位素的研究，魯東地區(qū)眾多石墨礦床碳δ13C范圍在(-6.72～-28.93)×10-3，與世界有機(jī)質(zhì)平均值(-26±7)×10-3最為接近，表明碳質(zhì)來(lái)源主要為有機(jī)物。

3.4 變質(zhì)作用

晶質(zhì)石墨礦的形成與區(qū)域變質(zhì)作用密切相關(guān)[21]，在區(qū)域變質(zhì)作用中不同溫度、壓力條件下經(jīng)歷的變質(zhì)程度不同，有機(jī)物的石墨化程度亦是不同[22]。變質(zhì)程度高形成大鱗片的晶質(zhì)石墨[7]，如萊西南墅、平度劉戈莊等地，主期變質(zhì)溫度750℃左右，壓力0.5GPa左右[23-24]，為低壓麻粒巖相，形成石墨片徑0.5～1.0mm；變質(zhì)程度低則形成較細(xì)鱗片的隱晶質(zhì)石墨，如棲霞等地分子山群，為低角閃巖相，形成石墨片徑僅0.03～0.1mm。山東省地質(zhì)調(diào)查院在區(qū)調(diào)工作中對(duì)萊陽(yáng)南部荊山群地層變質(zhì)溫壓條件開展過(guò)研究，認(rèn)為該套地層變質(zhì)溫度在440～750℃之間，壓力0.4～0.6GPa，以低壓麻粒巖相—高角閃巖相—低角閃巖相帶狀分布為特征，西徐格莊礦區(qū)位于該套地層?xùn)|北部，礦區(qū)內(nèi)荊山群變質(zhì)程度該區(qū)變質(zhì)程度以麻粒巖相—高角閃巖相為主，該區(qū)石墨片徑相對(duì)萊西、平度等地亦較小。

4 找礦標(biāo)志及前景分析

4.1 找礦標(biāo)志

(1)地層標(biāo)志：古元古代荊山群陡崖組徐村石墨巖系段是賦存石墨的重要層位，含石墨黑云變粒巖、含石墨透輝變粒巖和含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖的巖石組合可作為石墨礦的直接找礦標(biāo)志。

(2)構(gòu)造標(biāo)志：在荊山群變質(zhì)地層褶皺構(gòu)造的翼部、轉(zhuǎn)折端以及向斜構(gòu)造的核部等部位，石墨礦易富集成礦，且較易形成厚大礦體。褶皺構(gòu)造同時(shí)發(fā)育的層間擠壓帶、走滑斷裂帶，是礦層中富礦的界面，為石墨礦的間接找礦標(biāo)志。

4.2 找礦前景分析

西徐格莊地區(qū)的5條石墨含礦帶，為褶皺和斷裂構(gòu)造改造后的同一層位(圖6)，該區(qū)發(fā)現(xiàn)的石墨礦層分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號(hào)等3條含礦帶中，Ⅲ、Ⅴ號(hào)含礦帶未經(jīng)工程控制，含礦帶與激電中梯異常套合較好，有待進(jìn)一步工作進(jìn)行查明。已發(fā)現(xiàn)主礦體沿走向和傾向均未封閉，Ⅳ-1礦體SW方向厚大部位延伸2.5km至南姜格莊村民采礦點(diǎn)均未進(jìn)行控制，有較大的找礦潛力。

1—荊山群陡崖組水桃林片巖段；2—荊山群陡崖組徐村石墨巖系段；3—荊山群野頭組定國(guó)寺大理巖段；4—荊山群野頭組祥山變粒巖段；5—荊山群祿格莊組光山大理巖段；6—玲瓏序列筆架山單元；7—石墨含礦帶；8—石墨礦層；9—預(yù)測(cè)石墨礦層位置

5 結(jié)論

(1)西徐格莊石墨礦共圈定石墨含礦帶5條，礦層20個(gè)，礦層一般呈層狀—似層狀，主礦體具膨脹或收縮現(xiàn)象，礦體長(zhǎng)200～2100m，平均厚度2.78～33.55m，品位2.09%～3.39%，礦石類型主要為含石墨黑云變粒巖型。

(2)西徐格莊石墨礦為“區(qū)域變質(zhì)型”石墨礦床，賦存于古元古代荊山群陡崖組徐村石墨巖系段變質(zhì)地層中，具成礦專屬性，層控特征明顯，并嚴(yán)格受褶皺構(gòu)造控制，在褶皺轉(zhuǎn)彎部位易形成厚大礦體，賦礦層位具低阻高極化異常，可采用激電中梯測(cè)量工作進(jìn)行定位。

(3)西徐格莊石墨礦體沿走向和傾向均未封閉，其深部以及未控制含礦帶仍有較大找礦空間，Ⅳ-1礦體SW向延伸部位是以后工作的重點(diǎn)；向斜構(gòu)造的深部轉(zhuǎn)折部位是形成厚大石墨礦體的有利部位，進(jìn)一步厘清該區(qū)褶皺構(gòu)造的空間分布特征對(duì)今后的石墨找礦有重要意義。