黑龍江石墨礦資源潛力預(yù)測

唐　臣

(黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江哈爾濱150036)

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黑龍江石墨礦資源潛力預(yù)測

唐臣

(黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江哈爾濱150036)

在區(qū)域成礦環(huán)境及典型礦床研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了黑龍江沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦成礦特征，深入分析了成礦地質(zhì)作用及控礦因素。建立了柳毛式沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨典型礦床區(qū)域預(yù)測模型，在預(yù)測工作區(qū)圈定和優(yōu)選了217個最小預(yù)測區(qū)，采用地質(zhì)體積法估算石墨礦物的預(yù)測資源量。指出黑龍江石墨找礦潛力大，為今后石墨礦勘查部署提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。

沉積變質(zhì)型；晶質(zhì)石墨礦；成礦特征；地質(zhì)體積法；潛力預(yù)測；黑龍江

0　引　言

黑龍江石墨礦資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)石墨礦產(chǎn)地24處，其中超大型礦床3處(蘿北云山、勃利佛嶺、雞西柳毛)、大型礦床6處、中型礦床8處、小型礦床7處，累計探明石墨礦資源儲量約占全國石墨資源儲量的52.71%，居全國之首。

黑龍江石墨礦均為沉積-變質(zhì)成礦作用形成的變成型礦床，主要為區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床(李超等，2015)，成礦時代為中—新元古代，礦石類型為晶質(zhì)石墨。晶質(zhì)石墨礦主要分布在東部地區(qū)的蘿北-雙鴨山-雞西-穆棱一帶，且主要集中在雞西市、蘿北縣和勃利縣，3地石墨資源儲量之和占全省的95.6%。目前，蘿北、雞西已形成國內(nèi)著名的晶質(zhì)石墨開采加工基地，年采礦能力750萬t。其次為接觸變質(zhì)型石墨礦床，成礦時代為晚三疊世—早侏羅世，礦石類型為隱晶質(zhì)石墨，分布在鐵力市，尚未開采。

1　區(qū)域變質(zhì)型石墨礦成礦特征

1.1成礦地質(zhì)環(huán)境

黑龍江區(qū)域變質(zhì)型石墨礦主要分布在佳木斯—興凱地塊內(nèi)，地塊由基底與蓋層兩部分組成，蓋層為早寒武世—中奧陶世坳陷型碎屑巖-碳酸鹽巖陸棚建造，石墨礦賦存在構(gòu)成基底的中—新元古代麻山巖群與興東巖群內(nèi)。

麻山巖群的下部西麻山巖組、上部余慶巖組均賦存有石墨礦，主要分布于雞西地區(qū)，呈軸向近東西的復(fù)背形構(gòu)造，為一套麻粒巖-紫蘇斜長變粒巖構(gòu)造組合，原巖屬富鎂碳酸鹽-富炭泥質(zhì)巖夾中基性火山巖組合。西麻山巖組為橄欖(透輝)大理巖-石墨片巖-石榴矽線片麻巖-二輝麻粒巖組合，原巖為富鎂碳酸鹽-富炭泥質(zhì)巖-中基性火山巖組合；余慶巖組為黑云矽線片巖-角閃(黑云)斜長變粒巖-矽線石墨片巖-云母石英片巖(變粒巖)-黑云斜長片麻巖組合，原巖為富炭泥質(zhì)巖-碎屑巖-富鎂碳酸鹽-中基性火山巖組合。

麻山巖群為被動陸緣環(huán)境的一套古陸演化早期的孔茲巖系，形成于地球地?zé)崽荻雀?、低氧條件的還原環(huán)境，晚期出現(xiàn)中酸性火山碎屑巖夾層，構(gòu)成雙峰式火山巖組合。火山巖以拉斑玄武巖為主，鈣堿性巖次之。麻山巖群遭受了中壓高溫區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用，形成以高角閃巖相為主的、由低角閃巖相—高角閃巖相—麻粒巖相遞增式變質(zhì)雜巖。在地?zé)崽荻冗M(jìn)一步升高、變質(zhì)作用與構(gòu)造應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)的環(huán)境下伴生有混合巖化變質(zhì)作用，形成近東西向的穹隆構(gòu)造。晚期構(gòu)造作用由塑性轉(zhuǎn)為剛性，有基性巖脈侵入，標(biāo)志麻山運動結(jié)束，麻山—虎頭古陸固結(jié)。此階段在麻山巖群中形成了石墨、矽線石與大理巖等非金屬礦產(chǎn)。

與麻山巖群形成的同時或稍晚，在弧盆環(huán)境中沉積了巨厚的興東巖群，主要分布于蘿北、勃利、樺南、雙鴨山及寶清等地，總體呈近南北向帶狀分布，為一套具層狀鐵建造的角閃巖相區(qū)域變質(zhì)巖。其下部大盤道巖組賦存石墨礦，為大理巖-二云(石墨)石英片巖-磁鐵石英巖組合，上部建堂巖組為絹云石英片巖-黑云片巖-變粒巖-斜長角閃巖組合。

大盤道巖組下部為富炭質(zhì)細(xì)碎屑巖-含鐵硅質(zhì)頁巖-富鎂質(zhì)碳酸鹽巖組合，上部為碎屑巖-中基性火山巖-黏土巖-碳酸鹽巖組合，自下而上碳酸鹽巖劇增，為陸核邊緣淺水還原環(huán)境沉積建造。建堂組下部為雜砂巖-黏土巖-碳酸鹽巖組合，向上火山巖逐漸增多。興東巖群形成后，遭受了區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用，形成以低角閃巖相-高角閃巖相為主的變質(zhì)雜巖。伴隨熱流變質(zhì)作用與強(qiáng)烈的穹隆作用，晚期有鈣堿性花崗閃長巖-花崗巖侵入，表明伴隨大陸地殼厚度增大所引起的陸殼深部重熔、殼幔物質(zhì)對流等巖漿侵入作用已經(jīng)形成。

強(qiáng)烈的變質(zhì)變形作用，導(dǎo)致原始層理被新生的片理、面理置換，在中部區(qū)形成短軸背、向形構(gòu)造，向外則形成面狀穹隆，表明當(dāng)時地殼應(yīng)力仍以塑性變形占主導(dǎo)，應(yīng)力方向性不明顯。后期發(fā)生的花崗巖類侵入活動及其切割變質(zhì)巖層的構(gòu)造作用，表明剛性變形逐漸增強(qiáng)。興東晚期的鈣堿性花崗巖侵入及其對穹隆構(gòu)造與短軸背向斜的拼接固結(jié)作用，使古陸殼固結(jié)成剛性地塊。

佳木斯—興凱地塊經(jīng)歷了中元古代—新元古代的古弧盆系發(fā)展、變質(zhì)變形以及混合巖化作用之后，中—新元古代構(gòu)造層形成了穩(wěn)定的結(jié)晶基底并克拉通化，構(gòu)成了統(tǒng)一的聯(lián)合古陸，進(jìn)入了較為穩(wěn)定的地塊發(fā)展演化環(huán)境(于躍江等，2013)。

1.2礦床特征

1.2.1含礦建造特征佳木斯—興凱地塊中的石墨礦主要賦存在麻山巖群中的西麻山巖組、余慶巖組及興東巖群中的大盤道巖組。

(1) 西麻山巖組。下部由斑狀混合巖、石墨片巖夾透輝石大理巖和與之互層的矽線石榴堇青片麻巖夾透輝斜長片麻巖、紫蘇輝石片麻巖組成，上部以石榴矽線堇青片麻巖、石榴斑狀混合巖夾大理巖透鏡體和透輝斜長片麻巖為主。巖組橫向上厚度和巖相變化較大，在雞西地區(qū)由西部的西麻山至東部石場一帶，原巖由黏土質(zhì)、半黏土質(zhì)逐漸過渡為鈣質(zhì)泥巖和泥質(zhì)巖。堇青片麻巖、斑狀混合巖由多變少，斜長透輝麻粒巖由少變多，到東部呈厚層狀產(chǎn)出；含石墨的變質(zhì)巖由少變多，石墨礦的規(guī)模由小逐漸增大，以東部的柳毛石墨礦規(guī)模最大。依據(jù)原巖建造和含礦性進(jìn)行對比，西麻山巖組原巖建造可分為3個沉積旋回，上部旋回的炭質(zhì)頁巖和黏土質(zhì)頁巖發(fā)育，形成富炭層和富黏土層，普遍賦存石墨礦，代表性礦床為柳毛石墨礦(李春文，1981)。

(2) 余慶巖組。下部為各種混合巖，中部為石墨片巖、石墨片麻巖和黑云斜長片麻巖，上部以大理巖、片麻巖、變粒巖夾混合花崗巖為主，在石場一帶出現(xiàn)紫蘇麻粒巖、透輝斜長片麻巖、輝石麻粒巖等巖石組合。巖組橫向上變化較大，反映了原巖建造的差異。自下而上原巖為泥質(zhì)巖、含碳泥質(zhì)砂巖、玄武安山巖、含硅白云質(zhì)灰?guī)r、碳酸鹽巖。巖組中普遍含有石墨，在中上部層位局部富集形成礦床，代表性礦床為光義石墨礦。個別伴生有磷礦，如石場石墨礦。

(3) 大盤道巖組。在林口縣大盤道至樺南縣孟家崗一帶，巖組主要為透輝石大理巖、含鐵鎂閃石大理巖、白云質(zhì)大理巖、白云巖，夾多層紅柱二云石英片巖、絹云石英片巖或變粒巖，并夾多層磁鐵石英巖或磁鐵礦層，縱、橫向變化不大。在蘿北地區(qū)大盤道巖組縱、橫向變化較大，由變粒巖、片巖、大理巖相變?yōu)楦惶?、高鋁的紅柱炭質(zhì)片巖、大理巖，巖石普遍含有炭質(zhì)，局部富集形成石墨礦床，代表性礦床為云山石墨礦(李思遠(yuǎn)等，2016)。

1.2.2礦體特征石墨礦體賦存在石墨片巖、矽線石石墨片巖、云母斜長石墨片巖、石墨石英片巖、石墨云母片巖、石墨斜長片麻巖、石墨矽線石斜長片麻巖、含石墨變粒巖、石墨大理巖等變質(zhì)巖系中，礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?，局部具有膨縮及分支復(fù)合現(xiàn)象。石墨礦體與含石墨的各種片巖、片麻巖、變粒巖、含石榴黑云混合巖等圍巖產(chǎn)狀一致，多呈漸變過渡關(guān)系，部分與圍巖界線清晰。礦床中礦體數(shù)量一般為幾條至二十幾條，部分礦體呈復(fù)層礦產(chǎn)出。一般礦體延長100～2 840 m，厚度4～193 m，延深50～1 090 m(黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1994)。

1.2.3礦石特征石墨礦石類型以片巖型為主，其次有片麻巖型、麻粒巖型、變粒巖型、大理巖型。礦石結(jié)構(gòu)為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、鱗片變晶結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造為片狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。石墨片徑0.05～2.0 mm，最大4.0 mm。固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～10%，最高24%。

1.3成礦地質(zhì)作用

1.3.1成礦物質(zhì)來源及形成的構(gòu)造環(huán)境區(qū)域變質(zhì)型石墨礦層具有多層性，礦體呈層狀、似層狀賦存在含石墨片巖、片麻巖及大理巖中，與圍巖產(chǎn)狀基本一致，含石墨巖石屬正常沉積巖。原巖恢復(fù)說明其原始沉積物為富鋁、富碳的黏土質(zhì)、半黏土巖及富鎂、富碳的碳酸鹽和火山巖。原巖中的炭質(zhì)是石墨礦的物質(zhì)來源，炭質(zhì)來源于海相生物沉積(冉紅彥等，1996；李光輝等，2008)。

晶質(zhì)石墨礦主要賦存在麻山巖群和興東巖群中，前者形成于被動陸緣環(huán)境，以富鋁為特征；后者形成于弧盆環(huán)境，以富鎂及含有硅鐵建造為特征，兩者均為一套海退過程中富含炭質(zhì)的沉積建造。含有富鋁黏土巖的原巖建造代表相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境，有利于炭質(zhì)的沉積。麻山巖群和興東巖群形成的構(gòu)造環(huán)境不同，形成的原巖建造不同，其所發(fā)生的地質(zhì)活動有所差異，引起的變質(zhì)作用條件不同，形成的石墨礦特征亦不相同。

1.3.2變質(zhì)作用及混合巖化作用賦存石墨礦的地層遭受了多期、多類型的變質(zhì)作用，興凱期為變質(zhì)作用的高峰期，形成變質(zhì)程度較深的區(qū)域變質(zhì)巖。麻山巖群變質(zhì)程度是以高角閃巖相為主的由低角閃巖相—高角閃巖相—麻粒巖相；興東巖群以低角閃巖相為主，高角閃巖相在局部發(fā)育。變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相，石墨片徑一般在0.1～1.0 mm；到麻粒巖相，石墨片徑有所增大，除0.1～1.0 mm片徑的石墨外，還有大于1.0 mm以及3.0～4.0 mm的石墨鱗片，說明區(qū)域變質(zhì)程度越高，石墨鱗片愈大。因此，中—高級變質(zhì)作用是石墨成礦的重要條件(韓振新等，2003)。

變質(zhì)作用中隨著溫壓的增加，原巖的礦物成分、化學(xué)成分及物理性質(zhì)等發(fā)生變化，石墨也發(fā)生活化遷移、重結(jié)晶，在適宜的條件下富集成礦。依據(jù)石墨巖系的巖石組合特征和變質(zhì)礦物的共生組合，晶質(zhì)石墨礦形成的變質(zhì)程度至少要達(dá)到低角閃巖相，溫度范圍為565～650 ℃(高于十字石穩(wěn)定溫度，低于石英存在時白云母分解溫度)，高角閃巖相溫度范圍為680～700 ℃(矽線石、鉀長石穩(wěn)定共存的溫壓范圍)，壓力0.6～0.7 GPa；麻粒巖相溫度范圍在700～800 ℃，壓力0.74 GPa，屬中壓型，典型變質(zhì)礦物組合為紫蘇輝石-透輝石-斜長石?？梢娛V形成的變質(zhì)條件較寬，溫壓越高，越有利于石墨礦的形成(于躍江等，2013)。

混合巖化作用改變了礦石的組構(gòu)和成分(韓振新等，2003)，為局部變質(zhì)巖及石墨礦的形成提供了熱能。在混合巖邊部，石墨鱗片有局部重結(jié)晶增大現(xiàn)象。有時由于鉀長交代巖的貫入，使礦體貧化。麻山巖群和興東巖群的原巖建造經(jīng)中壓高溫區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用并疊加了混合巖化作用，形成了現(xiàn)在的區(qū)域變質(zhì)型石墨礦。

2　石墨礦資源潛力預(yù)測

2.1礦產(chǎn)預(yù)測類型及預(yù)測方法

黑龍江晶質(zhì)石墨礦形成于中—新元古代，主要賦存于佳木斯—興凱地塊結(jié)晶基地中的西麻山巖群和興東巖群內(nèi)，按全國礦產(chǎn)資源潛力評價礦產(chǎn)預(yù)測類型劃分原則，黑龍江晶質(zhì)石墨礦預(yù)測類型為沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦，預(yù)測方法類型為變質(zhì)巖型。預(yù)測底圖采用1∶10萬變質(zhì)建造構(gòu)造圖，定量預(yù)測方法為地質(zhì)體積法。

2.2預(yù)測要素與預(yù)測模型

通過對柳毛、馬來山、佛嶺、云山等石墨典型礦床及預(yù)測工作區(qū)成礦地質(zhì)環(huán)境、區(qū)域成礦規(guī)律研究，總結(jié)出麻山巖群西麻山巖組、余慶巖組和興東巖群大盤道巖組等為黑龍江晶質(zhì)石墨礦預(yù)測必要要素，在此基礎(chǔ)上建立了預(yù)測模型(表1)。

2.3最小預(yù)測區(qū)圈定與優(yōu)選

將佳木斯—興凱地塊內(nèi)麻山巖群、興東巖群、石墨礦床及礦點集中分布區(qū)劃定為預(yù)測工作區(qū)，依據(jù)建立的柳毛式沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦預(yù)測模型，采用人工圈定的方法，將斷裂、第四系等地質(zhì)體分割的西麻山巖組、余慶巖組、大盤道巖組分別圈定為最小預(yù)測區(qū)。將最小預(yù)測區(qū)內(nèi)分布有石墨礦床、礦(化)點者分別劃分為A類和B類，其余劃分為C類。在林口、雞東、蘿北、湯原、雙鴨山—七臺河5個預(yù)測工作區(qū)共圈定217個最小預(yù)測區(qū)，其中A類12個、B類12個、C類193個(圖1)。

表1　黑龍江柳毛式沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦預(yù)測模型

圖1　佳木斯—興凱地塊沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦預(yù)測成果圖1-A類預(yù)測區(qū)；2-B類預(yù)測區(qū)；3-C類預(yù)測區(qū)；4-預(yù)測工作區(qū)Fig.1　Prediction results of the sedimentary metamorphic crystalline graphite ores in Jiamusi-Xingkai massif

2.4預(yù)測資源量估算及資源潛力評價

黑龍江沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦成礦時代為中—新元古代，礦床成因與麻山巖群、興東巖群原巖孔茲巖系(陳衍景等，2000)經(jīng)中—高級區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化有關(guān)，礦體主要呈層狀、似層狀等產(chǎn)于麻山巖群、興東巖群變質(zhì)巖系中。在佳木斯—興凱地塊內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的20個石墨礦床成礦類型相同、礦床特征相似，適合建立定量預(yù)測方法模型。因此，采用地質(zhì)體積法估算最小預(yù)測區(qū)的預(yù)測資源量。

選擇西麻山巖群中的柳毛石墨礦、余慶巖組中的馬來山石墨礦及大盤道巖組中的云山石墨礦為模型區(qū)，在典型礦床預(yù)測要素圖上圈定含礦地質(zhì)體分布范圍并量取其面積，依據(jù)石墨勘探報告，確定查明資源儲量及勘探最大深度，估算出模型區(qū)體積含礦系數(shù)。將最小預(yù)測區(qū)的含礦建造、石墨礦床規(guī)模及礦(化)點分布等情況與模型區(qū)進(jìn)行對比，確定相似系數(shù)。采用模型區(qū)的體積含礦系數(shù)、勘探深度、最小預(yù)測區(qū)含礦建造面積及相似系數(shù)估算最小預(yù)測區(qū)預(yù)測資源量。估算了佳木斯—興凱地塊217個最小預(yù)測區(qū)預(yù)測石墨礦物資源量(江志明等，2012)，并按級別334-1、334-2、334-3分類進(jìn)行了預(yù)測，3類石墨資源主要分布在蘿北、雙鴨山和雞西地區(qū)。

近年來，在圈定的石墨最小預(yù)測區(qū)內(nèi)，相繼又發(fā)現(xiàn)了260高地、七馬架、奎山及和平等一批大型石墨礦床，初步估算了新增石墨礦物資源儲量，表明黑龍江省晶質(zhì)石墨礦找礦潛力大。

3　結(jié)　論

(1) 黑龍江沉積變質(zhì)型石墨礦主要賦存在佳木斯—興凱地塊的結(jié)晶基底內(nèi)，控礦建造為西麻山巖群西麻山巖組、余慶巖組及興東巖群大盤道巖組，成礦時代為中—新元古代。在被動陸緣和弧盆構(gòu)造環(huán)境內(nèi)沉積形成的孔茲巖系，經(jīng)中高溫區(qū)域變質(zhì)作用及后期混合巖化作用形成石墨礦床。

(2) 沉積變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦的預(yù)測資源量較多，圈定的最小預(yù)測區(qū)經(jīng)勘查驗證，新增一批大型石墨礦產(chǎn)地，各類預(yù)測區(qū)為晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)勘查工作部署提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。

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Potential prediction of graphite ore resources in Heilongjiang Province

TANG Chen

(Heilongjiang Institute of Geological Survey, Harbin 150036, Heilongjiang, China)

Based on the analysis of regional metallogenic setting and typical deposits, this work systematically summarized the ore-forming features of the sedimentary metamorphic crystalline graphite ores in Heilongjiang Province, and thoroughly analyzed the metallogenic geological process and ore-controlling factors. In addition, we established a regional prediction model for the Liumao-type sedimentary metamorphic crystalline graphite ores, delineated and optimized 217 minimum prediction areas, and estimated the graphite ore resources by the geological volume method. It is suggested that there is a great potential for prospecting graphite ores in Heilongjiang, which may provide important geological evidence for the future graphite ore exploration.

sedimentary metamorphic type; crystalline graphite ore; metallogenic characteristics; geological volume method; potential prediction; Heilongjiang Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.438

2016-08-15；

2016-08-25；編輯：侯鵬飛

中國地質(zhì)調(diào)查局重要礦產(chǎn)資源成礦遠(yuǎn)景區(qū)劃工作項目“全國重要礦種成礦區(qū)劃部署研究”(12120114051501)

唐臣(1962—)，男，高級工程師，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究工作，E-mail：hljtangchen@163.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0438-05