楊瑞，郝凱波，梁景利，王子金，周紅芳，王鵬

(1.華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊，河北 承德，067000；2.華北地質(zhì)勘查局五一九大隊，河北 保定，071051)

0 引言

石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體，其與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯互為同素異形體[1]?！度珖V產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》將晶質(zhì)石墨列入國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，其產(chǎn)品正逐漸成為新能源、新材料和航空航天等領(lǐng)域不可替代的重要材料[2]。中國石墨礦床主要分布于華北地塊、揚子地塊周緣、天山-興蒙造山帶和秦祁昆造山帶，其中黑龍江、內(nèi)蒙古和山東是晶質(zhì)石墨礦主產(chǎn)地[1,3-5]。

五義屯石墨礦礦床位于黑龍江省林口縣奎山鄉(xiāng)五義屯一帶，是近年來天津華北地質(zhì)勘查局通過普查—詳查—勘探的系統(tǒng)工作在黑龍江省內(nèi)天山-興蒙造山帶上又探明的一座大型晶質(zhì)石墨礦床，其具有大鱗片、品位厚度穩(wěn)定的特點。本文通過對該礦床地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征歸納總結(jié)，對其礦床成因、找礦標識和找礦方向進行探討，希望有助于指導本區(qū)擴界勘查及區(qū)域找礦。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域出露地層主要有中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)，白堊系下統(tǒng)穆棱組(K1m)，新近系中-上新統(tǒng)船底山玄武巖(βN2c)以及第四系全新統(tǒng)(Qhal+l)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要表現(xiàn)為褶皺和斷裂構(gòu)造，并控制著麻山群分布。褶皺構(gòu)造主要為吉慶復式背斜和龍山復式向斜；斷裂構(gòu)造以近EW向麻山斷裂帶為主，與NE向中三陽斷裂帶和NS向龍爪溝斷裂共同形成了區(qū)域斷裂格架(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為早元古代混染花崗巖、晚寒武世花崗巖、中-晚二疊世花崗閃長巖[6]。區(qū)內(nèi)多期次的構(gòu)造改造疊加作用，使得地層和侵入巖均發(fā)生不同程度的變質(zhì)變形，最終形成廣泛的區(qū)域變質(zhì)巖，巖性以石墨石英片巖、石英片巖、石墨片麻巖、石墨大理巖、白云質(zhì)大理巖等為主。區(qū)內(nèi)煤、石墨、大理巖等礦產(chǎn)豐富，已探明的石墨礦床有柳毛石墨礦、石場石墨礦、六合石墨礦、八道溝石墨礦、曲家溝石墨礦、西北楞石墨礦等[7-8]。

圖1 五義屯石墨礦床區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Regional geological sketch of Wuyitun crytalline graphite deposit1.上-中元古界構(gòu)造層；2.古生代構(gòu)造層；3.中生代構(gòu)造層；4.新生代構(gòu)造層；5.斷層；6.向斜褶皺；7.背斜褶皺；8.五義屯礦床

五義屯地區(qū)地處古-中元古代古陸核區(qū)-麻山石墨矽線石集中區(qū)內(nèi)，石墨等礦種成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

礦床內(nèi)主要出露中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)，巖性自上而下為：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本區(qū)主要成礦和賦礦巖石(圖2)。

2.2 構(gòu)造

礦床內(nèi)褶皺不發(fā)育，地層呈單斜產(chǎn)出，局部見小扭褶。斷裂構(gòu)造僅發(fā)育1條破礦平移斷層F2，具壓扭性特點，控制著礦床西側(cè)余慶巖組出露(圖2)。

圖2 五義屯石墨礦床地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological map of the deposit1.全新統(tǒng)低漫灘堆積、沖積層、湖積層；2.上太古界余慶組均質(zhì)混合巖夾石墨石英片巖；3.上太古界余慶組混合質(zhì)片麻巖夾石墨石英片巖、混合花崗巖；4.上太古界余慶組石墨石英片巖夾大理巖、混合花崗巖；5.混合花崗巖；6.上太古界余慶組條帶狀混合巖夾薄層大理巖；7.石墨礦段編號；8.實測斷層(平移)；9.實測地質(zhì)界線；10.地質(zhì)漸變界線

2.3 巖漿巖

礦床內(nèi)巖漿巖較大面積出露，大部分受不同程度的變質(zhì)作用，主要巖性為混合花崗巖及閃長玢巖脈。區(qū)內(nèi)巖體對石墨礦體的破礦作用較為明顯，多表現(xiàn)為切割、侵蝕礦體。

2.4 激電掃面特征

礦床區(qū)內(nèi)主要出露混合花崗巖、石墨石英片巖、黑云母石英片巖、黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、大理巖等，石墨石英片巖為含礦母巖。其余圍巖極化率值一般在3%以下，而石墨礦(化)體標本的極化率值通常為27.82%，礦石與圍巖的電性差異明顯(表1)。

表1 巖礦石標本電性參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of electric property parameters of the rock and ore

開展1∶10000激電中梯測量，使用4%等值線為異常下限圈定異常帶IP5、IP6兩處。IP5激電異常帶位于西側(cè)，整體走向為北西西向，長約600 m，寬約300 m，有多個濃集中心，視極化率異常峰值為20%，對應(yīng)視電阻率值在100 Ω·m以下，呈現(xiàn)明顯的低阻高極化特征。IP6激電異常帶位于IP5異常帶東部，整體走向北西向，長約1200 m，寬約300 m，有多個濃集中心，視極化率異常峰值大于12%，對應(yīng)視電阻率值在100 Ω·m以下，呈現(xiàn)明顯的低阻高極化特征。

經(jīng)地表槽探工程揭露和深部鉆探工程驗證，確定IP5和IP6均為礦致異常。激電掃面異常與礦體套合好，直接顯示出石墨礦(化)體的平面分布范圍，表明了大功率激電中梯掃面對于尋找石墨礦是直接有效的。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦床經(jīng)過普查、詳查和勘探地質(zhì)工作，詳細查明了礦床內(nèi)石墨礦體特征，礦體賦存于中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)地層中，巖性絕大部分為石墨石英片巖，少部分為石墨矽線石英片巖；礦床共劃分3個礦段，圈定30個礦體；礦體品位和厚度均穩(wěn)定，固定碳平均品位5.31%；礦體總體分布較連續(xù)，頂?shù)装鍑鷰r為黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、大理巖、混合花崗巖等；夾石較少，大部分呈似層狀或不連續(xù)透鏡體狀分布在礦體中，巖性主要為長英質(zhì)脈體、石墨石英片巖(品位不夠圈礦標準)、混合花崗巖、大理巖等。其中Ⅱ-1號礦體是主礦體，長約570 m，呈厚層狀，地表控制寬度164～327 m，深部延深385～483 m，平均真厚度100.72 m，總體產(chǎn)狀10°～70°∠40°～80°，賦存標高42～423.05 m，固定碳平均品位5.28%。

3.2 礦石特征

(1)礦石礦物成分

礦石中的主要礦物組合：石墨+石英+長石+云母+其它礦物。其中，石墨為礦石中可利用的有用礦物成分，呈晶質(zhì)鱗片狀，含量3%～10%，最高可達22.05%。單體石墨鱗片片徑一般在0.01～2 mm，最大可達5 mm。石英是礦石中含量較多而普遍的脈石礦物，呈它形粒狀晶體，少量呈不規(guī)則團塊狀集合體；一般含量在40%～60%，局部最高可達80%；結(jié)晶粒度一般在0.3～1.8 mm之間。其它礦物中矽線石含量分布極不平均，結(jié)合選礦試驗分析，認為其不具有綜合回收利用價值。

(2)礦石化學成分

對石墨礦石進行多元素分析、光譜分析、組合分析等，礦石具高鈣、貧鎂、低鉀鈉的特點。其中w(SiO2)=39.80%～73.80%，平均59.53%，w(CaO)=6.39%、w(MgO)=1.51%、w(K2O)=2.60%、w(Na2O)=0.61%。同時，主要有益、微量元素和有害組分含量也均在常量范圍內(nèi)，無綜合利用價值，對選礦或產(chǎn)品質(zhì)量不會產(chǎn)生較大影響。

(3)礦石組構(gòu)

礦石的結(jié)構(gòu)為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以片狀、片麻狀構(gòu)造(圖3a)、定向構(gòu)造為主，局部見塊狀構(gòu)造(圖3b)。

圖3 石墨石英片巖礦石照片F(xiàn)ig.3 Photo of graphite-quartz schist

(4)礦石質(zhì)量

礦床礦石中石墨呈晶質(zhì)鱗片狀及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、斜長石等粒狀礦物呈平行片理分布；石墨鱗片粒級普遍>0.287 mm(超60%)，其次為0.175～0.287 mm(表2)，顯示出大鱗片石墨礦床的特點。而國內(nèi)大鱗片石墨儲量少，通過現(xiàn)代工藝提高大鱗片石墨的保護率，最終產(chǎn)品性能更佳，應(yīng)用更廣且不可合成，經(jīng)濟價值較高[9]。

表2 五義屯石墨礦床石墨鱗片定量分析統(tǒng)計Table 2 Quantitative analysis and statistics of graphite flake crystals

4 礦床成因探討

天山—興蒙造山帶上沉積變質(zhì)型石墨礦床較多，具有相似性。其成礦作用普遍從沉積作用開始，最初于濕潤的陸棚環(huán)境形成富含有機質(zhì)的沉積物，經(jīng)成巖作用形成富含碳質(zhì)的粘-半黏土巖。再經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用碳質(zhì)結(jié)晶為石墨，并富集形成石墨床，后經(jīng)混合巖化作用改造，最終形成石墨礦[3,10-11]。

本區(qū)石墨礦體具有層控特征，主要受地層控制，賦存于中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)變質(zhì)巖中，礦體與頂?shù)装鍑鷰r界面清晰，固定碳品位比較穩(wěn)定。在濕潤的陸棚環(huán)境下，含礦巖石是一套沉積高鋁、富碳的黏土-半黏土巖、白云巖、灰?guī)r及少量酸性火山巖，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，主要形成片巖、片麻巖、變粒巖、麻粒巖、大理巖，而原巖中的碳質(zhì)成分變質(zhì)為片狀石墨，碳質(zhì)頁巖變質(zhì)形成石墨礦體，這一過程中石墨鱗片逐步增大，品質(zhì)提高[12]。因此礦床中碳元素主要來源于原巖濱海-沼澤相的富碳黏土質(zhì)沉積巖，原巖經(jīng)歷相當于低角閃巖相的中-高級變質(zhì)，使巖石中礦物重結(jié)晶生成晶質(zhì)鱗片狀石墨、富集成礦，本礦床屬沉積變質(zhì)型礦床。

5 找礦方向

5.1 找礦標識

(1)中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)中石墨石英片巖夾大理巖透鏡體的地層巖石建造是本區(qū)主要的找礦標志。

(2)石墨礦化是直接的找礦標志。

(3)含石墨地層有明顯的低阻高極化率激電異常特征。

5.2 找礦方向

本區(qū)石墨礦體賦存于中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)地層中，固定碳品位相對穩(wěn)定，顯示出大型-超大型礦床的特點。與成礦帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)的雞西柳毛大型石墨礦床和光義石墨礦床距離較近，特征相似。因此礦區(qū)內(nèi)及外圍尋找沉積變質(zhì)型石墨礦床具有良好的資源遠景。

(1)區(qū)內(nèi)重點控制探索(含礦)變質(zhì)巖組走向。

(2)區(qū)內(nèi)西段平移斷層F2截斷主礦體，表現(xiàn)有壓扭性逆斷層特性。區(qū)外重點查證F2斷裂深部及礦區(qū)北側(cè)。

(3)區(qū)域內(nèi)針對激電掃面異常進行查證，重點是低阻高極化異常體。

6 結(jié)語

(1)林口縣五義屯石墨礦礦體層控特征明顯，主要賦存于中-新元古界麻山巖群余慶巖組(Pt2-3y)中，石墨石英片巖夾大理巖透鏡體的地層組合是本區(qū)主要找礦標志。

(2)五義屯石墨礦屬沉積變質(zhì)型石墨礦床，碳元素主要來源于原巖濱海-沼澤相的富碳黏土質(zhì)沉積巖，原巖經(jīng)變質(zhì)作用，使巖石中礦物重結(jié)晶生成晶質(zhì)鱗片狀石墨、富集成礦。

(3)五義屯石墨礦目前為大型晶質(zhì)石墨礦床，品位厚度穩(wěn)定、石墨主要呈大鱗片粒級，具有成為超大型石墨礦床的潛力。

(4)礦區(qū)內(nèi)及外圍尋找沉積變質(zhì)型石墨礦床具有良好的資源遠景，區(qū)內(nèi)重點控制(含礦)變質(zhì)巖組走向，區(qū)外重點查證F2斷裂深部、礦區(qū)北側(cè)以及區(qū)域內(nèi)低阻高極化異常地帶。