集安市雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床地質(zhì)特征及成因

曾慶彬（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

集安市雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床地質(zhì)特征及成因

曾慶彬
（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

【摘 要】吉林省集安市雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)東部，遼吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。賦存于集安群荒岔溝組三段第二巖性層即石墨黑云變粒巖中，為變粒巖混合巖化型晶質(zhì)石墨礦床。本文敘述了該礦床地質(zhì)特征，分析了礦床成因，列出了找礦標(biāo)志，具有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】晶質(zhì)石墨礦；地質(zhì)特征；成因類型；集安市

吉林省集安市雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦區(qū)位于集安市北西約310°方向，直距約45km，行政隸屬吉林省集安市財(cái)源鎮(zhèn)。面積3.87km2。礦區(qū)為低山地貌 ，海拔高度426～628m，一般海拔500m左右，相對(duì)高度202m。屬北寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，礦區(qū)交通方便，礦山開采條件優(yōu)越。為滿足吉林省乃至全國(guó)晶質(zhì)石墨工業(yè)發(fā)展的原料需求、加大開發(fā)力度，研究和開發(fā)雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床具有重要意義。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)東部，遼吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。

1.1 地層

區(qū)域出露地層有下元古界集安群(Pt1)、老嶺群(Pt2)；中生界侏羅系和新生界第四系。

(1) 集安群。

集安群分布于全區(qū)的絕大部分，是區(qū)內(nèi)的主要地層,自下而上有螞蟻河組(Pt1m)、荒岔溝組(Pt1h)、大東岔組(Pt1d)。主要巖石類型有淺粒巖、變粒巖、石英巖、片巖、片麻巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖和各類混合巖。

螞蟻河組巖性特征：肉紅色混合巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、黑云變粒巖、淺粒巖殘留體，含硼蛇紋石化白云質(zhì)大理巖。厚度458～1 410m。賦存有硼、石棉、云母、透輝石、水鎂石等非金屬礦產(chǎn)。

荒岔溝組為晶質(zhì)石墨含礦層，以含石墨為特征，由石墨變粒巖、石墨透輝變粒巖、含石墨透輝變粒巖、含石墨黑云片麻巖、含墨大理巖、黑云變粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖等組成，變質(zhì)程度較深多為高角閃巖相，賦存有石墨、透輝石、金及有色金屬礦產(chǎn)。厚度53～725m。

大東岔組以多硅高鋁為特征，由二云片巖、變粒巖、片麻巖和石英巖組成。厚度480～880m。賦存有矽線石等。

(2) 老嶺群珍珠門組。

老嶺群珍珠門組(Pt2z)在區(qū)內(nèi)西北部邊緣有少量出露。主要為灰白、白色白云質(zhì)大理巖，底部為黑色碳質(zhì)板巖。厚度777～834m。

(3) 上侏羅統(tǒng)果松組。

侏羅系果松組(J3g)主要在區(qū)域南部有零星出露。上部：紫色火山角礫巖、灰綠色凝灰?guī)r；下部：灰色—深灰色玄武巖、火山角礫巖、安山巖、灰白色流紋巖。厚度＞861m。

(4) 第四系。

新生界第四系分布于河流兩岸和山谷中。礫石、砂、亞粘土、腐植土。厚度1～15m。

1.2 構(gòu)造

(1) 褶皺構(gòu)造。

區(qū)域內(nèi)主要褶皺構(gòu)造為蝦蠓溝—復(fù)興屯向背斜疊加褶皺，有泉眼溝—蝦蠓溝疊加褶皺、橫路西岔—四道陽(yáng)岔背斜、東江腰營(yíng)子荒溝復(fù)式褶皺構(gòu)造組成。

(2) 斷裂構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有3組：一組為北東向、北北東向，一組為北西向，另一組為近東西向。北西向、近東西向斷裂以推覆和逆掩斷裂構(gòu)造為主，北東向、北北東向斷裂為推測(cè)平移斷裂構(gòu)造。上述斷裂構(gòu)造格架，控制了區(qū)內(nèi)集安群各組界線及展布方向。

主要斷裂構(gòu)造有：北東向的馬蹄溝—復(fù)興屯、哈塘溝—鹿圈子溝、花甸子—三道崴子逆沖斷裂構(gòu)造；北西向的復(fù)興屯—南臺(tái)逆沖斷層；幸福逆掩斷層帶、東西向的馬蹄溝—西溝—東岔溝—四道溝逆掩斷裂帶。

1.3 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)巖漿巖比較發(fā)育，侵入巖及噴出巖均有產(chǎn)出。其中對(duì)晶質(zhì)石墨成礦有影響的主要是侵入巖，其主要分布于區(qū)域中部和北部，時(shí)代有五臺(tái)期、印支期—燕山期、燕山期侵入巖活動(dòng)。各期侵入巖特征如下：

(1) 五臺(tái)期斜長(zhǎng)花崗巖(γ21)。

主要分布于區(qū)域的北部和中部的鹿圈子溝、山城子—亮紅頂子一帶，呈巖株?duì)钋秩牖牟頊辖M，出露面積不等，以鹿圈子溝和山城子侵入體最大，面積約1～3km2，一般為0.2～0.51km2。巖石特征如下:

斜長(zhǎng)花崗巖：呈灰白、白色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，交代結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由斜長(zhǎng)石、石英、微斜長(zhǎng)石及黑母云組成。

(2) 五臺(tái)期巨斑狀花崗巖(γ22)。

僅在區(qū)域南部的南岔和正岔一帶見有小面積出露，與集安群大東岔組、荒岔溝組呈侵入接觸，局部巖株?duì)钋秩胗诩踩翰煌瑢游恢?，巖體內(nèi)常見螞蟻河組均質(zhì)混合巖、荒岔溝組含墨黑云變粒巖、大東岔組矽線片麻巖殘留體，表明該巖體侵入時(shí)代晚于大東岔組。巖石特征如下：

巨斑狀花崗巖：巖體巖相較單一，巖石以灰白色為主，局部肉紅色，兩者互為過(guò)渡，沒有明顯界線，具交代條紋結(jié)構(gòu)，斑狀構(gòu)造，斑晶以微斜長(zhǎng)石為主，基質(zhì)由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黑云母、石英組成。

(4) 燕山期角閃鉀長(zhǎng)花崗巖—崗山巖體(r53(1))。

分布于工作區(qū)南西部，侵入集安群螞蟻組及荒岔溝組地層中，可劃分為外部相與過(guò)渡相。巖體呈橢圓狀，面積約120km2。巖性主要為中—細(xì)粒角閃鉀長(zhǎng)花崗巖。

五臺(tái)期斜長(zhǎng)花崗巖(γ12)的侵入為礦床的形成提供了熱量，有利于晶質(zhì)石墨礦床的形成。

1.4 變質(zhì)作用

變質(zhì)作用以區(qū)域變質(zhì)作用為主，集安群、老嶺群因受多期變質(zhì)作用，變質(zhì)程度較高且深淺不一，巖石類型復(fù)雜。集安群和老嶺群變質(zhì)作用的特征如下：

集安群：變質(zhì)程度深，以高角閃巖相為主，且混合巖化作用強(qiáng)烈，變形復(fù)雜(三期變形)，原巖很難識(shí)別。巖石類型有均質(zhì)混合巖、斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖、淺粒巖、大理巖、片麻巖、片巖、石英巖。

老嶺群：變質(zhì)程度中—深，以低角閃巖相為主，且無(wú)混合巖化作用，變形復(fù)雜(二期變形)。巖石類型有變粒巖、淺粒巖、大理巖、板巖、長(zhǎng)石石英巖。

2　礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層有下元古界集安群荒岔溝組三段、大東岔組；新生界第四系(見下圖)。

集安市雙星六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦地形地質(zhì)圖

2.1.1 荒岔溝組三段(Pt1h3)

分布于礦區(qū)大部分，為一套含墨巖系，巖性有石墨黑云變粒巖、含墨黑云變粒巖、含墨淺粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖等。呈北東向展布，總體形態(tài)為長(zhǎng)條形，地層厚度500～530m。根據(jù)巖性特征，又劃分為4個(gè)巖性層，由老至新敘述如下：

(1) 斜長(zhǎng)角閃巖層(Pt1h3-1)：分布于礦區(qū)中部，巖性以斜長(zhǎng)角閃巖為主，厚度80～90m。

(2) 石墨黑云變粒巖層(Pt1h3-2)：分布于礦區(qū)中南部，巖性以黑云變粒巖為主，賦存3層石墨礦，為區(qū)內(nèi)石墨礦主要含礦層位，礦層厚度6～50m，地層厚度150～160m。

(3) 含墨黑云變粒巖層(Pt1h3-3)：分布于礦區(qū)南部，巖性以黑云變粒巖為主，含少量石墨，品位低，厚度170～180m。

(4) 含墨淺粒巖層(Pt1h3-4)：分布于礦區(qū)南東部，巖性以淺粒巖為主，含少量石墨，品位低，厚度＞100m。

2.1.2 大東岔組(Pt1d)

分布于礦區(qū)北西部，以多硅高鋁為特征，巖性由二云片巖、變粒巖、片麻巖和石英巖組成。

2.1.3 第四系全新統(tǒng)(Q4)

分布于溝谷中，主要由殘坡積、沖洪積物組成，厚度2～10m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)地層呈單斜構(gòu)造產(chǎn)出，地層總體走向?yàn)楸睎|—南西，傾向南東，傾角一般在35～45°。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，發(fā)育有北東向的逆斷層(F1)，位于礦區(qū)的北西部，長(zhǎng)度約1.5km，斷層性質(zhì)為逆斷層，傾向南東，傾角25～35°。由于F1逆斷層的存在，致使大東岔組(Pt1d)與荒岔溝組(Pt1h)地層呈斷層接觸，老地層覆蓋于新地層之上。F1斷層對(duì)雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床的影響程度很小。

礦體內(nèi)未見脈巖，脈巖對(duì)礦體無(wú)破壞作用。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)混合巖化作用較弱，在荒岔溝組中見中—粗粒斜長(zhǎng)花崗巖脈侵入。此外見后期混合偉晶巖脈貫入。

3　礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于集安群荒岔溝組三段第二巖性層即石墨黑云變粒巖中，總體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，呈北東—南西向展布。雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦區(qū)共查明①、②、③號(hào)3條礦體?，F(xiàn)分述如下：

①號(hào)礦體：礦體出露標(biāo)高為470～627.50m。地表由TC00、TC02、TC12、TC04、TC06、TC08探槽控制，地表控制礦體長(zhǎng)約850m；深部由ZK0001、ZK0002、ZK0003、ZK0201、ZK0202、ZK0203、ZK0401、ZK0402、ZK0403、ZK0601、ZK0602鉆孔控制，控制礦體最大斜深約210m,厚度13～50m。平均品位3.93%。礦體品位變化系數(shù)為3.57%，礦體厚度變化系數(shù)為17.57%。傾向150～160°、傾角35～45°。礦體延走向變化規(guī)律為中間厚向兩端逐漸變薄，延傾向變化規(guī)律為自地表向深部逐漸變厚的趨勢(shì)。

②號(hào)礦體：礦體出露標(biāo)高為550～610m。地表由TC08控制，推測(cè)礦體長(zhǎng)約200m；深部無(wú)工程控制，推測(cè)礦體斜深約200m(推至最低開采標(biāo)高線)，工程控制最大厚度6.00m。傾向160°、傾角40°。

③號(hào)礦體：礦體出露標(biāo)高為510～580m。地表由TC02－1、TC12控制，控制礦體長(zhǎng)約120m；深部無(wú)工程控制，推測(cè)礦體斜深約150m(推至最低開采標(biāo)高線)，工程控制最大厚度7.36m。傾向120°、傾角43°。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石自然類型為石墨黑云變粒巖，巖石呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

顯微鏡鑒定：巖石屬變粒巖類。主要礦物成分為陽(yáng)起石、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石，少量石墨、石英、黑云母等。巖石具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，巖石內(nèi)斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和陽(yáng)起石組成結(jié)構(gòu)特征，片狀的石墨、黑云母雜亂分布。

陽(yáng)起石：無(wú)色—淡綠色，具弱多色性，長(zhǎng)柱狀、粒狀，邊緣不規(guī)則，大小在(0.05×0.1)mm～(1.0× 2.0)mm，較大者似變斑晶狀，含石墨或炭質(zhì)包裹甚多，中正突起，見閃石式解理，略顯定向排列。含量30%～35%。

斜長(zhǎng)石：淺褐色，他形粒狀，部分表面次生絹云母、綠泥石，粒徑在0.05～0.3mm，多在0.1～0.2 mm，突起不明顯，為更—中斜長(zhǎng)石含量20%～25%。

鉀長(zhǎng)石：無(wú)色、淺褐色，部分有泥化渾濁，他形粒狀，粒徑在0.05～0.3mm，較大者含石墨或炭質(zhì)包裹體。低負(fù)突起，含量20%～25%。

石墨：黑色，不透明，鱗片狀，鱗片大小在0.03～0.5mm，多數(shù)在0.1～0.3mm，雜亂分布。含量10%～15%。

石英：無(wú)色，純凈，粒狀，粒徑在0.1mm±，低正突起。含量5%±。

黑云母：淺黃—棕褐色，多色性明顯，片狀。含量5%～10%。少量磁鐵礦。另有幾條次生石英、方解石、綠泥石微細(xì)脈體穿插。礦石礦物：晶質(zhì)石墨。脈石礦物：鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、陽(yáng)起石、石英。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

經(jīng)對(duì)礦區(qū)424件基本分析樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，固定碳含量最低2.50%，最高7.72%，平均3.82%，礦石品位變化系數(shù)為33%，為均勻的。

根據(jù)組合分析結(jié)果，對(duì)各項(xiàng)化學(xué)成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見表1。

表1　礦石化學(xué)成分(%)

礦石多項(xiàng)分析的目的是查明礦石中的有益有害組分及其含量，有無(wú)綜合利用意義。礦石多項(xiàng)分析結(jié)果見表2。

表2　礦石多項(xiàng)分析(%)

根據(jù)表2分析結(jié)果，參照吉林省通化縣三半江晶質(zhì)石墨礦床選礦試驗(yàn)成果，礦石中有害元素為S但含量較低(平均為0.25%)對(duì)選礦影響不大。未發(fā)現(xiàn)可以綜合利用的有用元素和礦物。

3.2.3 石墨片度

在深部工程選擇有代表性的礦石樣品進(jìn)行了晶質(zhì)石墨片度測(cè)定，測(cè)試結(jié)果：＞50目(0.355mm)占58.59%，80～50目(0.287mm)占21.88%，100～80 目(0.175mm)占7.03%，＜100目(0.147mm)占11.50%。

由此可見，依據(jù)石墨晶體大小(片度)分類：大鱗片石墨(＞0.150mm)占87.50%，中鱗片石墨(0.075～0.150mm)占11.50%，以大鱗片石墨為主，占87.50%。

3.3 礦石類型

礦石自然類型為石墨黑云變粒巖，其工業(yè)類型以耐火材料用晶質(zhì)石墨為主。

3.4 礦體圍巖和夾石

3.4.1 礦體頂、底板

礦體頂、底板巖性均為含石墨黑云變粒巖。其特征為固定碳含量1.0%～2.0%，未達(dá)到工業(yè)品位。近礦圍巖及其夾石與礦體物質(zhì)成分基本一致，品位較低，對(duì)礦石質(zhì)量無(wú)大影響。

標(biāo)本觀察：深灰色，細(xì)粒，見石墨鱗片，局部有灰白色方解石細(xì)脈穿插。定向構(gòu)造不明顯。

顯微鏡鑒定：細(xì)粒鱗片柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分：斜長(zhǎng)石含量55%、石英30%、黑云母含量5%～10%、石墨含量1.0%～2.0%。

3.4.2 礦體夾層

①號(hào)礦體共有夾層5條，其中地表出露夾層1條為J1，出露長(zhǎng)度約850m，厚度8～20m，呈帶狀分布，在00線、02線、12線、04線、06線、08線的厚度分別為15、20、13、12、13、8m；未出露4條，分別為J2、J3、J4、J5，均呈透鏡狀。巖性為含石墨黑云斜長(zhǎng)變粒巖、淺粒巖，其特征為固定碳含量1%～2%，未達(dá)到工業(yè)品位，其他礦體未發(fā)現(xiàn)夾層。

3.5 礦床成因及找礦標(biāo)志

3.5.1 礦床成因

該礦床是變粒巖混合巖化型晶質(zhì)石墨礦床。

形成石墨礦床的條件：①碳元素的富集；②較高的溫度、壓力；③還原環(huán)境。據(jù)目前認(rèn)識(shí)，晶質(zhì)石墨的碳質(zhì)主要來(lái)源于沉積巖中的有機(jī)物，有機(jī)質(zhì)是隨含泥的鈣鎂質(zhì)同生沉積的，并形成富含有機(jī)質(zhì)巖石，為晶質(zhì)石墨礦床的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。區(qū)域變質(zhì)的持續(xù)作用，使得溫度、壓力、應(yīng)力不斷增大，變質(zhì)作用也由淺變質(zhì)最后進(jìn)入中—深變質(zhì)階段，碳質(zhì)也由土狀過(guò)度為結(jié)晶鱗片狀?；旌蠋r化作用程度是晶質(zhì)石墨能否具有工業(yè)價(jià)值的關(guān)鍵；混合巖化作用強(qiáng)烈，石墨發(fā)生重結(jié)晶，并形成大鱗片，但脈體物質(zhì)相對(duì)增多，也造成晶質(zhì)石墨分散、貧化；混合巖化太弱，結(jié)晶鱗片又太小，無(wú)大經(jīng)濟(jì)價(jià)值；因此，混合巖化中等程度為宜。

下元古界集安群在通化—集安一帶廣泛發(fā)育，為一套含石墨硅質(zhì)富鎂的火山沉積建造。其中荒岔溝組為一套海相碎屑巖—火山巖—碳酸鹽沉積建造，原巖碳質(zhì)含量較高，為石墨礦床的形成提供了物質(zhì)來(lái)源，該區(qū)中深程度的區(qū)域變質(zhì)作用使碳質(zhì)結(jié)晶為鱗片狀，混合巖化的廣泛發(fā)育，但又不太強(qiáng)烈，使石墨重結(jié)晶形成大鱗片，提高了工業(yè)價(jià)值。由此可見，該區(qū)是尋找晶質(zhì)石墨礦床的有利地區(qū)。

3.5.2 找礦標(biāo)志

(1) 集安群含墨層位是尋找石墨礦的直接找礦標(biāo)志。

(2) 集安群荒岔溝組含墨黑云變粒巖是直接找礦標(biāo)志。

(3) 該區(qū)中、低阻或高極化率地質(zhì)體是間接找礦標(biāo)志。

4　結(jié)語(yǔ)

吉林省集安市雙興六隊(duì)晶質(zhì)石墨礦床賦存于集安群荒岔溝組三段第二巖性層即石墨黑云變粒巖中。礦床規(guī)模為中型，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大，研究和開發(fā)該晶質(zhì)石墨礦具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【礦產(chǎn)資源】

【收稿日期】2014-08-12

【文章編號(hào)】1007-9386(2015)01-0042-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【中圖分類號(hào)】P619.252