吉林省南部晶質(zhì)石墨礦成礦規(guī)律簡(jiǎn)析

郭彥龍，焦興來(lái)，曹 健

吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所，吉林 通化 134001

0 引言

吉林省石墨礦產(chǎn)資源豐富，但近年來(lái)找礦突破不大，本文通過(guò)對(duì)吉林省南部地區(qū)石墨礦床調(diào)查及研究，初步總結(jié)石墨礦床的成礦規(guī)律，以供找礦勘查工作借鑒。

1 吉林省石墨資源分布概況

吉林省除了擁有隱晶質(zhì)石墨礦外，還有多個(gè)大中小型晶質(zhì)石墨礦床，主要分布在吉林省南部集安市、通化縣等地(圖1)。本次通過(guò)總結(jié)集安市二道村大型晶質(zhì)石墨礦床(西段)、集安市復(fù)興村中型晶質(zhì)石墨礦床地質(zhì)特征，簡(jiǎn)析吉林省南部晶質(zhì)石墨礦床成礦規(guī)律。

圖1 吉林省南部晶質(zhì)石墨分布圖Fig.1 Distribution of crystalline graphite mineral resources in southern of Jilin Province1.全新統(tǒng)：腐殖土、亞砂土、砂礫石；2.下更新統(tǒng)亞砂土、黃土、砂礫石；3.侏羅系上統(tǒng)果松組灰紫色流紋巖、安山巖、凝灰?guī)r；4.珍珠門(mén)組大理巖、白云質(zhì)大理巖、方柱石大理巖；5.板房溝組黑云變粒巖、透變粒巖夾大理巖，條帶狀鈣硅酸鹽巖；6.新農(nóng)村組淺粒巖、黑云變粒巖夾白云質(zhì)大理巖，厚層長(zhǎng)石石英巖；7.大東岔組混合質(zhì)含榴矽線(xiàn)菫青片麻巖、變粒巖、片麻巖夾石英巖；8.荒岔溝組含墨黑云變粒巖、透輝變粒巖、淺粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖，含墨大理巖夾斜長(zhǎng)角閃巖，石墨變粒巖；9.螞蟻河組均質(zhì)混合巖夾變粒巖、淺粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖殘留體，頂部蛇紋石化白云質(zhì)大理巖；10.燕山期閃長(zhǎng)巖；11.印支期斑狀花崗巖；12.印支期石英閃長(zhǎng)巖；13.海西期中細(xì)粒黑云母花崗巖；14.海西期似斑狀黑云母花崗巖；15.上元古代巨斑狀花崗巖；16.閃長(zhǎng)巖；17.輝綠巖；18.實(shí)測(cè)地質(zhì)界線(xiàn)；19.角度不整合界線(xiàn)；20.性質(zhì)不明斷層；21.推測(cè)性質(zhì)不明斷層；22.實(shí)測(cè)正斷層；23.實(shí)測(cè)逆斷層

2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于柴達(dá)木—華北板塊(Ⅲ-5)、華北陸塊、龍崗(吉南)復(fù)合地塊(Ⅲ-51)及遼吉(吉南)古元古代裂陷槽(Ⅲ-52)[1]。

2.1 地層

研究區(qū)地層主要為古元古界集安群，總體呈北東及近東西向條帶狀展布。其下部螞蟻河巖組為一套“含硼巖系”，巖性主要為淺粒巖、變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖及蛇紋石化大理巖、白云質(zhì)大理巖等；中部荒岔溝巖組巖石主要為石墨變粒巖、含墨黑云變粒巖、透輝變粒巖、含墨淺粒巖及大理巖；上部大東岔巖組主要為一套片麻巖夾黑云變粒巖、淺粒巖。

2.2 構(gòu)造

區(qū)域發(fā)育斷裂及褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造以北東向、北西向?yàn)橹?，近東西向構(gòu)造次之。早期近東西向構(gòu)造及北西向構(gòu)造被后期北東向構(gòu)造改造及錯(cuò)斷。北東向、北西向構(gòu)造為石墨主要的控礦構(gòu)造，其次為近東西向構(gòu)造。褶皺構(gòu)造多以北西向開(kāi)闊背斜為主。

2.3 巖漿巖

巖漿巖主要為古元古代巨斑狀花崗巖、印支期閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、斑狀花崗巖、燕山期閃長(zhǎng)巖。古元古代巖漿活動(dòng)特點(diǎn)以順層注入為主，部分被北東、北西向構(gòu)造改造及破壞。另有晚期侵入的閃長(zhǎng)巖、輝綠巖等小巖脈，多沿北東向及北西向斷裂構(gòu)造充填。重熔改造型花崗巖巖漿熱力活動(dòng)，是晶質(zhì)石墨礦形成的必不可少的地質(zhì)條件。

3 主要石墨礦床地質(zhì)特征

3.1 二道村晶質(zhì)石墨礦床(西段)(1)吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所.吉林省集安市二道村晶質(zhì)石墨礦(西段)勘探報(bào)告[R].2017.

礦體嚴(yán)格受古元古界集安群荒岔溝組的含墨變粒巖控制，所發(fā)現(xiàn)的礦體均賦存于該組含礦層內(nèi)部。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)3個(gè)礦組，其主要礦體均出露于地表，3個(gè)礦組礦體的總數(shù)目共15條，各礦組特征如下：

Ⅰ礦組：發(fā)現(xiàn)8條礦體(1～8)，分布在礦區(qū)的東南部；礦體賦存標(biāo)高在399～730 m之間，形態(tài)為似層狀，傾向330°，傾角12°。礦體長(zhǎng)278～1 095 m，傾斜延深90～900 m，平均真厚度為9.14 m，平均品位3.24%。

Ⅱ礦組：位于Ⅰ礦組北西350°方向，相距800 m，發(fā)現(xiàn)5條礦體(9～13)；礦體賦存標(biāo)高在659～910 m之間，形態(tài)為似層狀，傾向315°，傾角12°，礦體長(zhǎng)400～1 600 m，傾斜延深90～460 m。平均真厚度為11.75 m，平均品位3.18%。

Ⅲ礦組：位于Ⅱ礦組西280°方向600 m處，發(fā)現(xiàn)2條礦體(14～15)。礦體賦存標(biāo)高在622～835 m之間，形態(tài)為似層狀，傾向325°，傾角33°～55°，礦體長(zhǎng)400 m，傾斜延深30～290 m。平均真厚度為6.31 m，平均品位4.14%。

出露地表礦體強(qiáng)氧化帶垂深一般為0～10 m，弱氧化帶深度一般為10～40 m，總體顯示礦石硬度低風(fēng)化裂隙發(fā)育易碎。垂深40 m以下則均為原生礦石，顯示礦石硬度為中等。

礦石結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要為片狀粒狀變晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造。晶質(zhì)石墨+100目(+0.147 mm)以上占73.07%，石墨粒度以大鱗片粒度為主，晶質(zhì)石墨結(jié)晶顆粒相對(duì)較粗大，大片率較高(見(jiàn)圖2，取自二道村石墨礦(西段)鉆孔巖心)。

圖2 石墨變粒巖Fig.2 Graphitic granulite

礦石主要有益組分為C，伴生有益組分含量甚微，無(wú)綜合利用價(jià)值。有害組分SiO2、 Al2O3、 Fe2O3、 CaO、 MgO、 S等含量較低。自然類(lèi)型為含墨變粒巖,工業(yè)類(lèi)型為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨。

石墨礦層(體)頂、底板圍巖為含石墨黑云變粒巖、淺粒巖，局部為斜長(zhǎng)角閃巖。礦體與直接圍巖淺粒巖有明顯界線(xiàn)外，其他呈漸變過(guò)渡型的含石墨變粒巖。

3.2 復(fù)興村晶質(zhì)石墨礦床(2)吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所.吉林省集安市復(fù)興村晶質(zhì)石墨礦勘探報(bào)告[R].2017.

礦體賦存于集安群荒岔溝組第三段第二層石墨角閃黑云變粒巖和石墨透輝變粒巖中，發(fā)現(xiàn)6條礦體。礦體呈10°～30°展布，傾向SEE，傾角25°～40°，礦體長(zhǎng)200～1 250 m，傾斜延深20～450 m。平均真厚度為4.54 m，平均品位2.96%。

地表強(qiáng)氧化帶深度一般為5 m,弱氧化帶深度一般為5～15 m，以原生礦石為主。礦石結(jié)構(gòu)為鱗片狀粒狀、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造主要為塊狀，片麻狀構(gòu)造。石墨片度以大鱗片為主，+100目(+0.147 mm)以上占63.75%，-100目(-0.147 mm)以下占36.25%，晶質(zhì)石墨結(jié)晶顆粒相對(duì)較粗大，大片率較高。

礦石中有益組分為C，伴生有益組分含量甚微，無(wú)綜合利用價(jià)值。有害組分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、S等含量較低。自然類(lèi)型為變粒巖類(lèi)型。工業(yè)類(lèi)型為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦類(lèi)型。

礦體頂、底板圍巖及礦體中夾石多為含墨角閃黑云變粒巖、含墨透輝透閃變粒巖。一般呈漸變過(guò)渡接觸，個(gè)別地段夾石與圍巖為淺粒巖，界限清楚。礦體內(nèi)夾石規(guī)模較小，連續(xù)性不好。

3.3 成礦時(shí)代

石墨礦床多是由富有機(jī)質(zhì)的沉積地層發(fā)生變質(zhì)作用形成的，吉林省南部晶質(zhì)石墨礦床屬區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床。賦存于古元古界集安群荒岔溝組含墨變質(zhì)巖系中，該巖系是金、多金屬礦和晶質(zhì)石墨礦的礦源層。

集安群自沉積成巖后，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響。不同尺度調(diào)查結(jié)果表明，集安群各地層單元，一起卷入三幕變形。第一變形幕，是以水平層系地層為變形面，受近東西向側(cè)向擠壓，形成一組軸向近南北，軸面向東緩傾斜的同斜復(fù)式頂厚褶皺、平臥褶皺及歪斜褶皺。第二變形幕，是以第一幕產(chǎn)生的軸面為變形面，受近南北向側(cè)應(yīng)力擠壓形成一組軸向近東西，軸面向南陡傾斜的同斜褶皺和中常褶皺。第三變形幕，是以前第一、第二變形面為基礎(chǔ)，受北西和南東向擠壓，形成一組開(kāi)闊圓頂對(duì)稱(chēng)褶皺。古元古界集安群，由于原巖物質(zhì)成分和變質(zhì)程度的不同，形成了一套復(fù)雜的變質(zhì)巖系。根據(jù)變質(zhì)作用程度、退變質(zhì)礦物差別、變形與變質(zhì)的時(shí)間關(guān)系、混合巖分帶、巖漿活動(dòng)等信息綜合分析，區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用古元古代有三期。

據(jù)野外宏觀調(diào)查和室內(nèi)綜合分析，集安群螞蟻河組和荒岔溝組，屬前構(gòu)造變質(zhì)，大東岔組則為同構(gòu)變質(zhì)。螞蟻河組鉀長(zhǎng)均質(zhì)混合巖穿切該組斜長(zhǎng)角閃巖片理，而不穿切上覆荒岔溝組，表明在荒岔溝組未沉積之前，鉀質(zhì)混合巖化作用已完成?；牟頊辖M斜長(zhǎng)花崗巖穿切片理，而不侵入上覆大東岔組。由于先后變質(zhì)程度相近，在微觀上除退變質(zhì)礦物有所不同外，不同變質(zhì)期變質(zhì)礦物共生組合較難區(qū)分。

經(jīng)多期變質(zhì)作用，使集安群中基性和酸性火山巖、碎屑巖及碳酸鹽巖等巖石形成一套較深的變質(zhì)巖系。代表性的巖石有斜長(zhǎng)角閃巖、片麻巖、變粒巖及大理巖。

據(jù)取自大東岔村大東岔組黑云變粒巖，做全巖Rb-Sr獲得年齡(1 916±83)Ma (表1),推測(cè)荒岔溝組沉積成巖時(shí)限為2 000～2 050 Ma①。

表1 大東岔組變粒巖Rb-Sr等時(shí)線(xiàn)年齡原始數(shù)據(jù)表

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

荒岔溝組原巖建造為一套海相碎屑巖—火山巖—碳酸鹽沉積建造。沉積變質(zhì)成因的晶質(zhì)石墨，其碳質(zhì)來(lái)源，主要是陸區(qū)繁盛的低等植被，死亡后經(jīng)搬運(yùn)沉積，分解變質(zhì)產(chǎn)生。反映荒岔溝期古氣候必定是溫暖、濕潤(rùn)的亞熱帶氣候。古環(huán)境閉塞，在還原條件下，大量有機(jī)質(zhì)沉積使沉積物中的碳質(zhì)含量明顯增高，形成初始礦源層，為晶質(zhì)石墨礦床的形

① 吉林省地礦局第四地質(zhì)調(diào)查所.《大泉源幅(部分)、頭道崴子幅(部分)、霸王朝幅(整幅)、清河幅(整幅)、二硼甸子幅(部分)、花甸子幅(整幅)》1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].1989.

成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。在區(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)進(jìn)入中—深變質(zhì)階段，碳質(zhì)也由土狀過(guò)渡為結(jié)晶鱗片狀。變質(zhì)后期發(fā)生混合巖化作用，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[2]。礦床成因類(lèi)型為區(qū)域沉積變質(zhì)型石墨礦床。

找礦標(biāo)志：集安群荒岔溝組含墨變粒巖是尋找晶質(zhì)石墨礦的直接找礦標(biāo)志；地表風(fēng)化的砂土中富含晶質(zhì)石墨的鱗片現(xiàn)象也是直接找礦標(biāo)志；低阻高極化率激電異?？勺鳛檎业V間接標(biāo)志。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)吉林省南部晶質(zhì)石墨礦床分析，石墨礦床嚴(yán)格受古元古界集安群荒岔溝組變質(zhì)巖控制，即含墨變粒巖層控制礦體分布，且該控礦因素具有區(qū)域性。幾乎區(qū)域所有石墨礦床均與古元古界集安群荒岔溝組變質(zhì)巖有關(guān)。石墨礦具有較好的找礦標(biāo)志，其分布具有一定規(guī)律性?；旌蠋r化的廣泛發(fā)育，但又不強(qiáng)烈，使石墨重結(jié)晶形成大鱗片?？傊?，區(qū)域變質(zhì)作用和重熔改造型的混合花崗巖類(lèi)巖漿熱液活動(dòng)是形成晶質(zhì)石墨礦床的重要因素。