辽宁孙家沟石墨矿地质特征及找矿标志探讨

时间：2024-07-28

蔡新明李昌松

(辽宁省矿产勘查院有限责任公司，辽宁沈阳 110031)

0 引言

孙家沟石墨矿地处中朝准地台、燕山台褶带、北镇凸起、辽西台陷的北东端[1,2]，大巴-瓦子峪-后三角山韧性剪切带[3,4]上，行政区划隶属阜蒙县大巴镇东苇子沟村管辖。自20世纪60年代以来，辽宁省地质局多家地质单位在区内开展区域地质调查、水系沉积物测量和物探激电中梯测量等工作，积累了较多的基础地质资料，但一直未发现具有工业意义的金属矿体。2015年以来，通过在区内开展地质测量、槽探、钻探和室内鉴定分析工作，圈定石墨矿体8条，为区内的找矿工作提供了新的思路。

1 区域成矿地质背景

区域出露地层包括太古界小塔子沟组角闪黑云斜长片麻岩，元古界长城系大红峪组石英砂岩、高于庄组白云岩，蓟县系杨庄组白云岩、雾迷山组白云岩，白垩系义县组安山岩、阜新组砂岩粉砂岩、孙家湾组砂砾石，第四系冲积物。构造以北东向断裂构造为主，主要分布于区域西北部和东南部，走向35°～45°，长1.2～3.1 km，倾角40°～60°。侵入岩以燕山期侵入花岗岩和闪长岩为主，在区内中部成北东向展布，脉岩以闪长玢岩脉和花岗斑岩脉为主。区内变质变质作用比较复杂，以区域变质作用为主，受变质时温度和压力的影响，重结晶作用显著，受定向压力的作用，矿物常呈定向性排列，如含石墨片岩、硅质大理岩和白云质大理岩等。

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区范围内出露地层有太古代变质表壳岩组合、中元古界长城系、蓟县系、中生界白垩系及第四系。其中太古代变质表壳岩组合为小塔子沟组花岗片麻岩、斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩和斜长角闪岩，主要分布在北西部，呈北东方向狭长分布。中元古界长城系高于庄组要分布于孙家沟地区中部和南部狭长地带，岩性主要为灰白色粉晶白云岩、白云质大理岩、石英岩、石墨片岩、含石墨大理岩、片麻岩，为石墨含矿地层；蓟县系雾迷山组分布于苇子沟、小洞-架子山等地，组成岩性浅灰色中厚层-厚层或薄层燧石条带白云岩、细晶白云岩及灰黑色燧石结核白云岩。白垩系仅见有义县组出露，底部为复成分砾岩不整合于花岗岩之上，下-中上部以安山岩为主，夹有凝灰岩及火山碎屑岩。第四系分布广泛，由黄褐色含砾亚砂土夹细砂、粉砂层组成，发育于河流、山间沟谷中。

1—第四系砂砾石；2—白垩系义县组安山岩；3—燕山期花岗岩；4—中元古界蓟县系雾迷山组白云岩；5—中元古界长城系高于庄组白云岩；6—闪长岩脉；7—石英岩脉；8—矿体；9—地质界限；10—断裂。

2.2 构造

区内韧性剪切、变形、变质构造发育，呈带状分布，属递进演化的高效应变带[5]，呈北东方向穿过矿区，穿切区内中元古界长城系、蓟县系地层和花岗岩岩体边缘，使区内地层受到变质作用，区内部分地段片理化较明显，形成了花岗片麻岩、石墨片岩、白云质大理岩等。脆性构造以断裂构造为主，燕山旋回的构造在矿区内以断裂构造为主，按展布方位可分为的北北东向和近东西向2组断裂构造，即F1构造和F2构造，二者同为逆断层。其中F1构造长约1 600 m，位于矿区中部，其西侧为高于庄组地层和花岗岩，东侧为雾迷山组地层；F2构造位于矿区南部，呈北东向，贯穿于长城系高于庄组，与成矿意义不大。

2.3 岩浆岩

矿区内侵入岩发育，分布广泛，以燕山期侵入岩为主，与太古宙变质岩及中元古代地层呈侵入关系，被义县组不整合覆盖，岩性为中细粒黑云母二长花岗岩，岩石呈灰白-浅粉色，中细粒花岗结构，块状构造。脉岩以石英斑岩脉和闪长岩脉为主。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

矿区共圈定8条石墨矿体，即①-⑧号石墨矿体。矿体大体呈北东走向分布于长城系高于庄组，地表多由探槽控制，延长大于延深，矿床平均品位4.60%，厚度变化系数87.12%，品位变化系数48%。各矿体见表1，主要矿体特征：

1)①号石墨矿体位于矿区北部，呈不规则脉状产出，矿体主要岩性为石墨片岩，其分布在35线、37线、39线之间，延长250 m左右，平均真厚度3.66 m，总体倾向290°，倾角40°，矿体埋深0～75 m，赋存标高178 m～103 m，固定碳平均品位3.51%。地表由TC35-1、TC39、TC37控制，深部由ZK3701、ZK3901控制。

2)⑤号石墨矿体位于矿区南部，呈不规则脉状产出，分布在1线、3线、5线，矿体延长260 m左右，矿体真厚度7.45 m，总体倾向285°，倾角54°，矿体埋深0～35 m，赋存标高199 m～164 m，固定碳平均品位6.58%。地表由TC1、TC3、TC5控制。

表1 矿体特征一览表

3.2 矿石特征

矿石的自然类型为片岩型石墨矿。矿石结构为鳞片状变晶结构，矿石构造为块状构造。矿石矿物成分以斜长石、石英和石墨为主，含少量磁铁矿、褐铁矿、黄铜矿和黄铁矿。脉石矿物主要为闪长岩和石英脉。

3.3 围岩和夹石

矿体顶板围岩主要为白云质大理岩，部分地段矿体围岩存在有花岗岩；矿体底板主要为白云质大理岩。白云岩呈黑白色、褐红色，等粒变晶结构，块状构造，主要矿物白云石、方解石，蚀变绿泥石化，碳酸盐化，部分地段见有溶蚀孔洞。花岗岩呈浅红色，中粒到中细粒花岗结构，块状构造，主要矿物石英、长石及少量角闪石组成。

3.4 围岩蚀变

区内的围岩蚀变较简单，主要有绿泥石化、蛇纹石化，有少量碳酸盐化、黄铁矿化、硅化。绿泥石化、蛇纹石化是指原岩为中-基性火成岩到泥质岩及变质岩，经过低温热液蚀变作用，其中的铁镁质矿物发生分解，产生绿泥石化和蛇纹石化。

4 矿床成因和找矿标志

基于孙家沟石墨矿的生成和赋存特点，结合矿石矿物特征，确定本区为区域变质型晶质石墨矿。本区地层的原岩白云岩，经历早期的区域变质作用[6]，碳元素发生迁移、富集和结晶，加之后期岩浆活动及构造运动产生的热量，为碳元素晶体颗粒长大提供热源，并使碳元素进一步富集，进而形成矿体[7,8]。矿床成因属于区域变质作用、中低温度和压力下形成的变质型石墨矿。明显的找矿标志包括：

1)矿体为石墨片岩，赋存于高于庄组大理岩之中，大理岩因含石墨，因此颜色差异明显，故黑白色高于庄组大理岩是重要的找矿标志；

2)由于风化作用，地表显示有灰褐色到灰黑色的颜色反映，是重要的找矿露头标志；

3)区内激电测量异常特征显示，石墨片岩电阻率明显高于赋矿围岩，矿体和围岩存在明显的电性差异，存在电法测量的地球物理基础，物探电法测量中正负异常交汇处是重要的找矿部位。