黑龙江省林口县五义屯石墨矿矿床地质特征及找矿方向

时间：2024-05-22

杨瑞，郝凯波，梁景利，王子金，周红芳，王鹏

(1.华北地质勘查局五一四地质大队，河北承德，067000；2.华北地质勘查局五一九大队，河北保定，071051)

0 引言

石墨是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体，其与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯互为同素异形体[1]。《全国矿产资源规划(2016—2020年)》将晶质石墨列入国家战略性矿产资源，其产品正逐渐成为新能源、新材料和航空航天等领域不可替代的重要材料[2]。中国石墨矿床主要分布于华北地块、扬子地块周缘、天山-兴蒙造山带和秦祁昆造山带，其中黑龙江、内蒙古和山东是晶质石墨矿主产地[1,3-5]。

五义屯石墨矿矿床位于黑龙江省林口县奎山乡五义屯一带，是近年来天津华北地质勘查局通过普查—详查—勘探的系统工作在黑龙江省内天山-兴蒙造山带上又探明的一座大型晶质石墨矿床，其具有大鳞片、品位厚度稳定的特点。本文通过对该矿床地质背景、矿床地质特征归纳总结，对其矿床成因、找矿标识和找矿方向进行探讨，希望有助于指导本区扩界勘查及区域找矿。

1 区域地质背景

区域出露地层主要有中-新元古界麻山岩群余庆岩组(Pt2-3y)，白垩系下统穆棱组(K1m)，新近系中-上新统船底山玄武岩(βN2c)以及第四系全新统(Qhal+l)。区内构造发育，主要表现为褶皱和断裂构造，并控制着麻山群分布。褶皱构造主要为吉庆复式背斜和龙山复式向斜；断裂构造以近EW向麻山断裂带为主，与NE向中三阳断裂带和NS向龙爪沟断裂共同形成了区域断裂格架(图1)。区内岩浆岩主要为早元古代混染花岗岩、晚寒武世花岗岩、中-晚二叠世花岗闪长岩[6]。区内多期次的构造改造叠加作用，使得地层和侵入岩均发生不同程度的变质变形，最终形成广泛的区域变质岩，岩性以石墨石英片岩、石英片岩、石墨片麻岩、石墨大理岩、白云质大理岩等为主。区内煤、石墨、大理岩等矿产丰富，已探明的石墨矿床有柳毛石墨矿、石场石墨矿、六合石墨矿、八道沟石墨矿、曲家沟石墨矿、西北楞石墨矿等[7-8]。

图1 五义屯石墨矿床区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch of Wuyitun crytalline graphite deposit1.上-中元古界构造层；2.古生代构造层；3.中生代构造层；4.新生代构造层；5.断层；6.向斜褶皱；7.背斜褶皱；8.五义屯矿床

五义屯地区地处古-中元古代古陆核区-麻山石墨矽线石集中区内，石墨等矿种成矿地质条件优越。

2 矿床地质特征

2.1 地层

矿床内主要出露中-新元古界麻山岩群余庆岩组(Pt2-3y)，岩性自上而下为：黑云斜长片麻岩、石墨石英片岩、石墨矽线石英片岩、透辉方解大理岩透镜体、黑云石英片岩、变粒岩。其中，石墨石英片岩、石墨矽线石英片岩是本区主要成矿和赋矿岩石(图2)。

2.2 构造

矿床内褶皱不发育，地层呈单斜产出，局部见小扭褶。断裂构造仅发育1条破矿平移断层F2，具压扭性特点，控制着矿床西侧余庆岩组出露(图2)。

图2 五义屯石墨矿床地质简图Fig.2 Geological map of the deposit1.全新统低漫滩堆积、冲积层、湖积层；2.上太古界余庆组均质混合岩夹石墨石英片岩；3.上太古界余庆组混合质片麻岩夹石墨石英片岩、混合花岗岩；4.上太古界余庆组石墨石英片岩夹大理岩、混合花岗岩；5.混合花岗岩；6.上太古界余庆组条带状混合岩夹薄层大理岩；7.石墨矿段编号；8.实测断层(平移)；9.实测地质界线；10.地质渐变界线

2.3 岩浆岩

矿床内岩浆岩较大面积出露，大部分受不同程度的变质作用，主要岩性为混合花岗岩及闪长玢岩脉。区内岩体对石墨矿体的破矿作用较为明显，多表现为切割、侵蚀矿体。

2.4 激电扫面特征

矿床区内主要出露混合花岗岩、石墨石英片岩、黑云母石英片岩、黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩、大理岩等，石墨石英片岩为含矿母岩。其余围岩极化率值一般在3%以下，而石墨矿(化)体标本的极化率值通常为27.82%，矿石与围岩的电性差异明显(表1)。

表1 岩矿石标本电性参数统计Table 1 Statistics of electric property parameters of the rock and ore

开展1∶10000激电中梯测量，使用4%等值线为异常下限圈定异常带IP5、IP6两处。IP5激电异常带位于西侧，整体走向为北西西向，长约600 m，宽约300 m，有多个浓集中心，视极化率异常峰值为20%，对应视电阻率值在100 Ω·m以下，呈现明显的低阻高极化特征。IP6激电异常带位于IP5异常带东部，整体走向北西向，长约1200 m，宽约300 m，有多个浓集中心，视极化率异常峰值大于12%，对应视电阻率值在100 Ω·m以下，呈现明显的低阻高极化特征。

经地表槽探工程揭露和深部钻探工程验证，确定IP5和IP6均为矿致异常。激电扫面异常与矿体套合好，直接显示出石墨矿(化)体的平面分布范围，表明了大功率激电中梯扫面对于寻找石墨矿是直接有效的。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿床经过普查、详查和勘探地质工作，详细查明了矿床内石墨矿体特征，矿体赋存于中-新元古界麻山岩群余庆岩组(Pt2-3y)地层中，岩性绝大部分为石墨石英片岩，少部分为石墨矽线石英片岩；矿床共划分3个矿段，圈定30个矿体；矿体品位和厚度均稳定，固定碳平均品位5.31%；矿体总体分布较连续，顶底板围岩为黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩、大理岩、混合花岗岩等；夹石较少，大部分呈似层状或不连续透镜体状分布在矿体中，岩性主要为长英质脉体、石墨石英片岩(品位不够圈矿标准)、混合花岗岩、大理岩等。其中Ⅱ-1号矿体是主矿体，长约570 m，呈厚层状，地表控制宽度164～327 m，深部延深385～483 m，平均真厚度100.72 m，总体产状10°～70°∠40°～80°，赋存标高42～423.05 m，固定碳平均品位5.28%。

3.2 矿石特征

(1)矿石矿物成分

矿石中的主要矿物组合：石墨+石英+长石+云母+其它矿物。其中，石墨为矿石中可利用的有用矿物成分，呈晶质鳞片状，含量3%～10%，最高可达22.05%。单体石墨鳞片片径一般在0.01～2 mm，最大可达5 mm。石英是矿石中含量较多而普遍的脉石矿物，呈它形粒状晶体，少量呈不规则团块状集合体；一般含量在40%～60%，局部最高可达80%；结晶粒度一般在0.3～1.8 mm之间。其它矿物中矽线石含量分布极不平均，结合选矿试验分析，认为其不具有综合回收利用价值。

(2)矿石化学成分

对石墨矿石进行多元素分析、光谱分析、组合分析等，矿石具高钙、贫镁、低钾钠的特点。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%。同时，主要有益、微量元素和有害组分含量也均在常量范围内，无综合利用价值，对选矿或产品质量不会产生较大影响。

(3)矿石组构

矿石的结构为鳞片粒状变晶结构，构造以片状、片麻状构造(图3a)、定向构造为主，局部见块状构造(图3b)。

图3 石墨石英片岩矿石照片Fig.3 Photo of graphite-quartz schist

(4)矿石质量

矿床矿石中石墨呈晶质鳞片状及叶片状的单体或集合体定向或半定向的分布在粒状石英(长石)间隙中；大部分呈弯曲波状，与石英、斜长石等粒状矿物呈平行片理分布；石墨鳞片粒级普遍>0.287 mm(超60%)，其次为0.175～0.287 mm(表2)，显示出大鳞片石墨矿床的特点。而国内大鳞片石墨储量少，通过现代工艺提高大鳞片石墨的保护率，最终产品性能更佳，应用更广且不可合成，经济价值较高[9]。

表2 五义屯石墨矿床石墨鳞片定量分析统计Table 2 Quantitative analysis and statistics of graphite flake crystals

4 矿床成因探讨

天山—兴蒙造山带上沉积变质型石墨矿床较多，具有相似性。其成矿作用普遍从沉积作用开始，最初于湿润的陆棚环境形成富含有机质的沉积物，经成岩作用形成富含碳质的粘-半黏土岩。再经区域变质作用碳质结晶为石墨，并富集形成石墨床，后经混合岩化作用改造，最终形成石墨矿[3,10-11]。

本区石墨矿体具有层控特征，主要受地层控制，赋存于中-新元古界麻山岩群余庆岩组(Pt2-3y)变质岩中，矿体与顶底板围岩界面清晰，固定碳品位比较稳定。在湿润的陆棚环境下，含矿岩石是一套沉积高铝、富碳的黏土-半黏土岩、白云岩、灰岩及少量酸性火山岩，经区域变质作用，主要形成片岩、片麻岩、变粒岩、麻粒岩、大理岩，而原岩中的碳质成分变质为片状石墨，碳质页岩变质形成石墨矿体，这一过程中石墨鳞片逐步增大，品质提高[12]。因此矿床中碳元素主要来源于原岩滨海-沼泽相的富碳黏土质沉积岩，原岩经历相当于低角闪岩相的中-高级变质，使岩石中矿物重结晶生成晶质鳞片状石墨、富集成矿，本矿床属沉积变质型矿床。