膠東西部石墨礦地質(zhì)特征及資源量預(yù)測

蘇旭亮

（青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島 266071）

石墨礦是國家重要的戰(zhàn)略資源，應(yīng)用廣泛。膠東西部石墨礦區(qū)是我國晶質(zhì)石墨礦礦床重要產(chǎn)區(qū)之一，石墨礦品質(zhì)好，資源儲量大，成礦前景好。本區(qū)石墨礦工作程度相對較高，勘查開發(fā)已多年，石墨產(chǎn)量居全國第一[1]，各主要礦體均已作了詳查或勘探工作，并形成了數(shù)個大中型的開采礦山。為進(jìn)一步查清本區(qū)石墨礦成礦規(guī)律、分布范圍，了解資源總量，采用趨勢外推法和類比法預(yù)測該區(qū)石墨礦資源量，預(yù)測可新增334？類石墨礦物量4632萬t，蘊含著巨大的經(jīng)濟(jì)價值。

1 區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)位于華北板塊、膠北地塊之內(nèi)的膠北隆起與膠萊坳陷兩個Ⅲ級構(gòu)造單元銜接部位的西部[2]。區(qū)域地質(zhì)圖見圖1。

區(qū)內(nèi)以古元古代變質(zhì)地層為主，可占總面積的80%以上；構(gòu)造以縱橫交錯的表層次級脆性斷裂為主，褶皺構(gòu)造是變質(zhì)地層的主要表現(xiàn)形式，少量淺層次級韌性剪切帶常出現(xiàn)在不同地質(zhì)體交接部位；區(qū)內(nèi)北部有少量中生代燕山期侵入巖和脈巖分布，東部邊緣見少量中太古代表殼巖殘留和中生古代花崗巖系列及零星分布的基性、超基性巖體；區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)以建材類為主，其中尤以晶質(zhì)石墨礦獨占優(yōu)勢。

圖1 區(qū)域地質(zhì)略圖

2 石墨礦特征

2.1 石墨礦成因

研究區(qū)處于粉子山群地層熱背斜核心環(huán)境，分布其中的荊山群地層在中壓相系角閃麻粒巖相的高變質(zhì)作用下，原巖中的碳質(zhì)成為晶質(zhì)石墨。之后，經(jīng)歷了混合巖化作用，區(qū)域變質(zhì)階段后使石墨鱗片加大、礦石富化，形成片大質(zhì)優(yōu)的石墨礦，可歸結(jié)為基底型區(qū)域變質(zhì)作用形成的變質(zhì)沉積晶質(zhì)石墨礦床[3]。石墨礦的形成，與區(qū)域變質(zhì)作用關(guān)系十分密切，變質(zhì)程度越高越易形成石墨礦，呈正相關(guān)。例如在膠東北部萊州，東部棲霞、福山—帶大面積分布著粉子山群地層，其中也有富含石墨的巨屯組，但因其變質(zhì)作用只達(dá)角閃巖相或高角閃巖相，僅形成了隱晶質(zhì)石墨。

2.2 賦礦地層特征

含礦地層荊山群是在膠東群固結(jié)成巖之后，相對穩(wěn)定的準(zhǔn)地槽上形成的以含鋁富碳碎屑—碳酸鹽為主夾少量火山物質(zhì)的類似蓋層性質(zhì)的沉積，在沉積過程中，從早期到晚期都有富碳的夾層形成，而且到晚期形成了具有一定規(guī)模徐村碳質(zhì)(石墨)巖系段。這些碳質(zhì)來源于有機碳，如南墅石墨礦各種礦石類型中石墨的δ13CPDB值(見圖2(據(jù)蘭心儼，1981))，同南墅大理巖以及其他地區(qū)石灰?guī)r的δ13CPDB值相比較，存在極明顯的差異，說明碳質(zhì)來源非屬同源，南墅石墨礦石的碳同位素δ13CPDB的變化范圍與煤、原油、現(xiàn)代有機質(zhì)沉積物的有機碳的δ13CPDB值相當(dāng)，因此認(rèn)定，石墨礦石中的碳來自有機質(zhì)，應(yīng)是原始沉積中的低等生物碎屑。

圖2 萊西南墅石墨礦中石墨的碳同位素組成圖

工業(yè)礦體的產(chǎn)出只限于荊山群陡崖組徐村石墨巖系段一個層位。該段地層在區(qū)內(nèi)發(fā)育，單層厚度多在170～270m，礦體的出露數(shù)量和規(guī)模與含礦層位的厚度為正相關(guān)。礦體和含礦層位出露的頻率與褶皺的緊閉程度也成正相關(guān)，褶皺決定著礦體的形態(tài)與產(chǎn)狀，改變著石墨礦分布格局。

2.3 礦體特征

石墨礦床的形成和賦存嚴(yán)格受控于地層[4]、變質(zhì)作用和構(gòu)造，所以石墨礦體一般呈層狀、似層狀和透鏡狀，個別為扁豆?fàn)睢ⅠR鞍狀、長條狀?？傮w上分布較為穩(wěn)定，沿走向一般百米到2000余米，沿傾向一般幾十米到600余米，延長和延深都比較大，故形成礦床的規(guī)模往往也很大。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，界線清晰，但礦體局部有膨脹收縮、分支復(fù)合或直立倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，典型礦體形態(tài)特征見圖3。

圖3 萊西南墅石墨礦劉家莊礦段石墨礦體形態(tài)

2.4 礦石特征

組成石墨礦石的礦物有20余種，其中主要礦物有：石墨、斜長石、石英、透閃石、黑云母等；次要礦物有：黃鐵礦、磁黃鐵礦。

石墨為鐵黑色、鋼灰色，強金屬光澤。石墨呈鱗片狀，多數(shù)呈大致定向排列，石墨片徑0.1～1.5mm，片麻巖型和變粒巖型礦石中石墨鱗片片徑較大。礦石中固定碳呈晶質(zhì)石墨形態(tài)存在，固定碳含量一般為2.5%～6.5%，最高含量為11.95%。礦石的結(jié)構(gòu)以鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)為主，其次為中—細(xì)粒鱗片變晶結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造以片麻狀構(gòu)造為主，其次為塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造等。礦石類型為片麻巖型、透閃透輝巖型、大理巖型、變粒巖型 、碎裂巖型等。

3 石墨礦成礦預(yù)測

3.1 預(yù)測依據(jù)

以1∶20萬、1∶5萬區(qū)調(diào)、物化探資料及各礦區(qū)(點)的地質(zhì)、物探成果、區(qū)內(nèi)已知礦體的規(guī)律為基礎(chǔ)資料。石墨礦嚴(yán)格受層位控制，礦體長與傾向延深比為4∶1～1∶1，礦體厚度穩(wěn)定，厚度變化系數(shù)一般30%～56%，品位變化系數(shù)9%～34%。石墨礦(化)體與圍巖間有明顯的物性差異。在石墨礦(化)體視極化率ηS4-15%、視電阻率ρS15-100Ωm，自電異常在-200mV以下，利用航空電磁測量和地面激電、電測量等物探方法及其成果，可以大體推定覆蓋層下石墨礦(化)體位置與規(guī)模，從而預(yù)測其資源量。

3.2 預(yù)測方法

根據(jù)賦礦層位分布及構(gòu)造特點、地質(zhì)工作程度、礦床分布規(guī)律，將預(yù)測區(qū)分東部和西部2個成礦帶，7個礦田級級預(yù)測區(qū)，各預(yù)測區(qū)資源量情況見下表。

各預(yù)測單元資源量匯總

依次對礦區(qū)內(nèi)礦體、礦區(qū)外圍、賦礦層位、航電、地面電法異常區(qū)之預(yù)測礦體進(jìn)行編號。用物探異?；虬促x礦層位推測資源體。采用趨勢外推法和類比法預(yù)測，各礦體用平行斷面法計算礦量，估算參數(shù)的選定：①估算品位值采用附近已知礦體品位，無已知礦體參數(shù)可借用時，采用工業(yè)指標(biāo)固定碳3%；②礦體長度：物探異常長度，作為資源體長度，圈定資源體邊界；③斜深：斜向推深200～300m為資源體邊界；④寬度：取賦礦地層寬度的1/5或1/10、或取物探異常寬度的1/4作為預(yù)測資源體之寬度；用地層產(chǎn)狀作資源體產(chǎn)狀。

3.3 預(yù)測成果

青島市平度一萊西北部地區(qū)，分東、西兩個石墨成礦帶，7個預(yù)測區(qū)分別是萊西南墅、祝溝、平度芝坊、西石嶺、劉家寨、劉戈莊、閻村區(qū)，共預(yù)測資源體62個，在-300m標(biāo)高以上，預(yù)測還可新增石墨資源量總計：礦石量140649萬t，合礦物量4632萬t，資源類型為334？類。

至今，該地區(qū)已探明石墨礦各類儲量總計為：礦石量52711萬t，合礦物量1856萬t。保有儲量：礦石量50902萬t、合礦物量：1797萬t。結(jié)合預(yù)測的334？類資源量分析，區(qū)內(nèi)還有很好的石墨礦資源勘查開發(fā)前景。

3.4 預(yù)測驗證

選1個已知礦區(qū)和1個遠(yuǎn)景預(yù)測點的預(yù)測成果與后期勘查成果進(jìn)行對比驗證，驗證情況如下：

(1)已知礦區(qū)驗證情況。

平度大金埠石墨礦：1998年12月化工部泰安地質(zhì)勘查院提交普查報告，沿傾向外推100m，求出334石墨礦石總量2469萬t，合礦物量102萬t。

大金埠預(yù)測區(qū)(E-2-B6)：礦區(qū)礦體穩(wěn)定、完整、厚大，呈一向東傾伏的向形，按一般規(guī)律，斜向延深可達(dá)400m以上，暫以-100m標(biāo)高為底界，用楔形公式，估算該區(qū)推測資源體之新增資源量為：礦石量1914萬t，礦物量80萬t(見圖4)。

2005年，青島地質(zhì)工程勘察院對平度大金埠石墨礦開展了普查工作，普查范圍與預(yù)測范圍一致。提交了《山東省平度市大金埠地區(qū)石墨礦普查報告》全礦區(qū)提交(332)＋(333)礦石量1952萬t，礦物量76萬t，礦石平均品位3.91%。

預(yù)測資源量與后期探求資源相比，礦石量誤差在+1.9%，礦物量誤差-4.7%。

(2)遠(yuǎn)景預(yù)測點驗證情況。

八里莊石墨遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)(E-3-Ct1)：位于一開闊寬緩的向斜東翼。由陡崖組徐村石墨巖系段組成，推測其內(nèi)賦存石墨資源體長5000m，寬35m，傾向南東，傾角35°，厚20m。為穩(wěn)定的層狀，沿傾向等厚外推200m，預(yù)測新增資源量估算：礦石5400萬t，礦物量162萬t。此預(yù)測區(qū)北段的前臥牛石地區(qū)約占八里莊石墨遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)的1/4，折算礦石量1350萬t，礦物量40萬t。

2006年，青島地質(zhì)工程勘察院對前臥牛石地區(qū)作了普查工作，提交的《山東省平度市前臥牛石地區(qū)石墨礦普查報告》探求石墨礦(332)＋(333)礦石量1568萬t，礦物量46萬t；其中控制的內(nèi)蘊經(jīng)濟(jì)資源量(332)礦石量374萬t，礦物量11萬t；推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟(jì)資源量(333)類型：礦石量1194萬t，礦物量35萬t。全礦區(qū)石墨礦體平均品位為2.90%。

圖4 預(yù)測范圍及礦區(qū)位置

預(yù)測資源量與后期探求資源相比，礦石量誤差在+16%，礦物量誤差+14%。

通過以上兩個礦區(qū)的預(yù)測結(jié)果與后期勘查結(jié)果對比可知，兩者較為相近，誤差基本在20%以內(nèi)，說明預(yù)測結(jié)果比較可靠。

4 結(jié)語

膠東西部平度—萊西石墨礦區(qū)石墨礦成礦條件良好，荊山群陡崖組徐村含石墨巖系段是石墨工業(yè)礦體的賦礦層位，有成礦的專屬性。本區(qū)石墨礦為沉積型區(qū)域變成礦床，石墨礦層之原巖為一套巨厚層含碳富鋁粘土質(zhì)為主的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等碎屑沉積物，經(jīng)多次變質(zhì)作用，使碳質(zhì)富集結(jié)晶、再富積、再結(jié)晶最終形成高質(zhì)量石墨礦體。區(qū)內(nèi)構(gòu)造褶皺決定著礦體的形態(tài)與產(chǎn)狀，尤其是多期次褶皺，改變著石墨礦分布格局。

根據(jù)區(qū)內(nèi)石墨礦的特征，以區(qū)域地質(zhì)、物探成果及區(qū)內(nèi)已知礦體的規(guī)律為基礎(chǔ)資料。分東、西2個石墨成礦帶，7個預(yù)測區(qū)，共預(yù)測資源體62個，在-300m標(biāo)高以上，區(qū)內(nèi)預(yù)測可新增石墨資源量總計：礦石量140649萬t，礦物量4632萬t，資源類型為334？類。根據(jù)近幾年來該區(qū)石墨礦的勘查成果，與預(yù)測情況對比分析，預(yù)測結(jié)果比較可靠，能為今后的勘查提供充分的依據(jù)，顯示出本區(qū)良好的石墨礦成礦前景，其中蘊含著巨大的經(jīng)濟(jì)價值。

[1]孔慶友,張?zhí)斓?于學(xué)峰,等.山東礦床[M].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2006:537.

[2]宋明春,徐軍祥,王沛成,等.山東大地構(gòu)造格局和地質(zhì)構(gòu)造深化演化[M].北京:地質(zhì)出版社,2009.

[3]顏玲亞,陳軍元,杜華中,等.山東平度劉戈莊石墨礦地質(zhì)特征及找礦標(biāo)[J].山東國土資源,2012,28(2):11-14.

[4]孔慶友,張?zhí)斓?于學(xué)峰,等.山東礦床[M].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2006:551.