雙鴨山西溝石墨礦床地質(zhì)特征及找礦標志

劉喜友，何 欣，馬 山，李佳鑫，岳洪舉

(1.黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇一隊，黑龍江 哈爾濱 150028；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心黑龍江總隊，黑龍江 哈爾濱 150040)

黑龍江省是我國石墨資源大省，儲量居全國之首，資源潛力巨大，分布集中，礦石品質(zhì)優(yōu)良，資源優(yōu)勢突出。黑龍江省石墨礦主要產(chǎn)于東部地區(qū)，大地構(gòu)造單元屬于天山—興蒙造山系(Ⅰ級大地構(gòu)造單元)的東部。賦礦地層為前寒武系變質(zhì)巖，全省已知石墨礦主要賦存于中—新元古界麻山群西麻山組、余慶組及興東群大盤道組。截至2017年底，全省累計查明石墨資源儲量約1.35億t，占全國42.98%。

西溝石墨礦床位于黑龍江省雙鴨山市西南約25km處，地處雙鴨山市與樺南縣交界處七星砬子?xùn)|南緣，行政區(qū)劃歸雙鴨山市及樺南縣管轄。該礦床屬于超大型石墨礦床，礦床成因類型為沉積變質(zhì)型石墨礦床，礦石工業(yè)類型為晶質(zhì)(大鱗片)石墨，含礦地層為中—新元古界興東巖群大盤道巖組。主要特征為：①資源分布集中，主要礦體集中分布在1.71km2范圍內(nèi)，僅Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6號礦體資源量之和就占全區(qū)總資源量的73%；②礦石品位較高，平均品位6.97%；③石墨晶體片徑大，本區(qū)礦石類型以片麻巖型為主，石墨片麻巖型礦石+100(＞0.147mm)目石墨鱗片占有率為66.76%；④剝采比低，總剝采比1.69∶1；⑤采礦成本低，礦體直接出露于地表，非常適合露天開采；⑥選礦容易，選礦回收率石墨片麻巖型礦石回收率為94.09%，石墨大理巖型礦石回收率90.94%；⑦潛在經(jīng)濟價值巨大，初步估算礦床潛在經(jīng)濟價值超過1 000億元。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖

雙鴨山西溝石墨礦區(qū)大地構(gòu)造為興凱—布列亞地塊，佳木斯板塊樺南隆起中部，雙鴨山斷陷盆地西側(cè)(圖1)。

1.1 區(qū)域地層

區(qū)域地層主要由中—新元古界興東群大盤道組(Pt2-3d)，中生界白堊系城子河組(K1c)、松木河組(K2sm)，新生界新近系船底山組玄武巖(βN1-2c)及第四系(Q4)現(xiàn)代河湖相沖積層等組成。其中，興東群大盤道組為石墨礦的賦存層位，主要巖性以大理巖為主，夾片麻巖、石墨片麻巖、石墨片巖、變粒巖等。

1.2 區(qū)域侵入巖

區(qū)域侵入巖主要為呈巖基狀產(chǎn)出的古生代花崗巖類及中生代輝長巖類。

1.3 變質(zhì)作用與變質(zhì)巖

工作區(qū)內(nèi)中—新元古界地層屬于一套變質(zhì)程度較深的變質(zhì)巖系，受區(qū)域變質(zhì)作用影響為主，其次局部疊加了接觸交代變質(zhì)作用。變質(zhì)作用以中深級變質(zhì)作用為主、低級變質(zhì)作用較少見，中級變質(zhì)作用最為發(fā)育，其表現(xiàn)為各種片麻巖、片巖極為發(fā)育，代表中深級變質(zhì)作用的變粒巖較為發(fā)育，而工作區(qū)中含石墨片麻巖則最為發(fā)育。代表區(qū)域變質(zhì)作用的大理巖比較發(fā)育，尤其是Ⅱ號礦帶大理巖地層普遍發(fā)育，接觸交代變質(zhì)作用主要表現(xiàn)為晚期侵入巖與地層接觸帶部位，如局部的矽卡巖化，石墨片麻巖礦體與二長花崗巖接觸帶部位二長花崗巖一側(cè)有比較明顯的礦物重結(jié)晶現(xiàn)象，常見石墨礦物形成大鱗片顆粒分布在二長花崗巖中。綜上所述，本區(qū)變質(zhì)作用主要以區(qū)域變質(zhì)作用為主。

根據(jù)主要造巖礦物的成分并結(jié)合巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征將工作區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖分為片麻巖、石墨片麻巖、黑云斜長片麻巖、變粒巖、黑云變粒巖、石墨片巖、透輝石大理巖及石墨大理巖等。

1.4 區(qū)域構(gòu)造

斷裂構(gòu)造是基底構(gòu)造繼承和改造的產(chǎn)物，也是本區(qū)的主要構(gòu)造格架。主要有北北東向南柳樹河斷裂、小八虎力河斷裂，北西向老坪崗—永平崗斷裂。西溝石墨礦區(qū)位于北東、北西向斷裂交匯處北部。

晚元古代末期，地殼褶皺隆起，使得本區(qū)中—新元古界興東群地層形成了北西走向南西傾的單斜構(gòu)造，此后本區(qū)長期遭受風(fēng)化剝蝕處于一個相對平穩(wěn)的地史時期，從而使得中—新元古界興東群大盤道組地層得到了保護，大盤道組地層正是本區(qū)石墨礦的賦礦層位。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)地層僅見有中—新元古界興東群大盤道組(Pt2-3d)，新生界新近系船底山組玄武巖(βN1-2c)及第四系(Q4)現(xiàn)代河流相沖積層等。

大盤道組地層為主要含礦地層，所有工業(yè)石墨礦體全部分布在該組地層中。北部、中部均有早—中寒武紀二長花崗巖大面積侵入，南部則有晚寒武—早奧陶紀二長花崗巖大面積侵入。由于晚期巖漿的大面積侵入，對大盤道組地層侵蝕作用明顯。

2.2 侵入巖

礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要為呈巖基狀產(chǎn)出的古生代二長花崗巖及花崗閃長巖，古生代二長花崗巖分為兩期侵入于興東群大盤道組地層中，此后本區(qū)長期處于一個相對平穩(wěn)的地史時期，從而使大盤道組部分地段完整地保存下來。

2.3 構(gòu)造

工作區(qū)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，有北西向的小八虎力河支流斷裂及西溝斷裂。此外中—新元古界興東群大盤道組地層在本區(qū)呈北西走向南西傾向的單斜構(gòu)造產(chǎn)出，地層的分布受北西向斷裂控制。

2.4 變質(zhì)作用

區(qū)內(nèi)大盤道組原巖為富含碳質(zhì)的粉砂巖、石英砂巖、泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖夾少量火山巖，受區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化作用影響，區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要表現(xiàn)為中高角閃巖相變質(zhì)作用，特征變質(zhì)礦物為矽線石、石榴石、透輝石、透閃石、角閃石。在變質(zhì)過程中使原始沉積的碳質(zhì)成分結(jié)晶生成晶質(zhì)鱗片狀石墨，在局部有利地段富集成厚大的石墨礦體。

2.5 自然電位異常特征

大量的石墨礦勘查工作經(jīng)驗告訴我們，自然電場法是尋找石墨礦最有效的物探方法之一。礦區(qū)開展了1∶1萬自然電位測量工作，以-400mV為異常下限圈定自然電位異常8處。本區(qū)自然電位異常強度較高，異常極值接近-1 000mV，異常連續(xù)性好，本次探礦權(quán)范圍內(nèi)4處自電異常經(jīng)查證均已發(fā)現(xiàn)不同規(guī)模的石墨礦體(圖2)，主礦體與△U-4號異常吻合較好。

圖2 礦區(qū)自然電位剖面平面圖

3 礦體特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)有兩個石墨成礦帶，共發(fā)現(xiàn)62條晶質(zhì)石墨礦體。Ⅰ號礦帶發(fā)現(xiàn)37條石墨礦體，Ⅰ-1～Ⅰ-26號石墨礦體分布在36～39號勘探線間，其中Ⅰ-19～Ⅰ-26號石墨礦體為隱伏礦體，Ⅰ-27～Ⅰ-37號石墨礦體分布在36～104號勘探線間。Ⅱ號礦帶發(fā)現(xiàn)25條石墨礦體，Ⅱ-1～Ⅱ-17號礦體分布在292-312線間，Ⅱ-18～Ⅱ-23號礦體分布在Ⅱ號礦帶東南252～282線間，Ⅱ-24、Ⅱ-25礦體分布在Ⅱ號礦帶南部264～276線間，礦體多呈層狀、似層狀、條帶狀及透鏡體狀分布。

Ⅰ號礦帶主礦體分別為Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6、Ⅰ-8、Ⅰ-9號礦體，其余礦體規(guī)模較小，多為單工程控制(圖3、圖4)。Ⅱ號礦帶礦體相對控制程度較低，僅Ⅱ-4、Ⅱ-5、Ⅱ-6、Ⅱ-7、Ⅱ-18、Ⅱ-19、Ⅱ-20、Ⅱ-21、Ⅱ-24、Ⅱ-25號礦體具有一定規(guī)模，但由于Ⅱ-20、Ⅱ-24、Ⅱ-25號礦體為點槽控制，相對控制程度較低，其可靠性也相對較低。Ⅰ號礦帶Ⅰ-1、Ⅰ-6號礦體是本區(qū)最大的兩條礦體，其資源總量占全區(qū)的總資源量的56.2%，單條礦體資源量(礦物量)都在600萬t以上，因此，本文僅就Ⅰ號礦帶Ⅰ-1、Ⅰ-6號礦體特征進行詳細敘述。

Ⅰ-1號礦體呈似層狀產(chǎn)于石墨片麻巖中，分布于32～39號勘探線間，控制長度1527.70m，平均厚度63.85m，厚度變化系數(shù)40.65%，控制延伸137.56～416.12m，固定碳平均品位7.23%，固定碳變化系數(shù)56.31%，傾向219 °，傾角50～73°，礦石類型為石墨片麻巖型，礦體頂?shù)装寰鶠榇罄韼r、二長花崗巖。

圖3 Ⅰ號礦帶地質(zhì)簡圖

圖4 0號勘探線地質(zhì)剖面簡圖

Ⅰ-6號礦體呈層狀產(chǎn)于石墨片麻巖中，分布于24～39號勘探線間，控制長度1 381.84m，平均厚度100.53m，厚度變化系數(shù)49.8%，延伸134.21～427.69m，固定碳平均品位6.20%，固定碳變化系數(shù)46.07%，傾角54～64°，礦石類型為石墨片麻巖型，礦體頂板為二長花崗巖，礦體底板為二長花崗巖、大理巖。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

石墨片麻巖型礦石：礦石呈黑、黑灰、深灰色，片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀、似片麻狀構(gòu)造。

石墨大理巖型礦石：礦石呈灰黑、深灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

3.2.2 礦石類型

(1)礦石自然類型。

根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物的組合特點，礦區(qū)礦石自然類型可分為石墨片麻巖型和石墨大理巖型。全區(qū)礦石類型以石墨片麻巖型為主，石墨大理巖型礦石占比很小，不足總資源量的10%。

(2)礦石工業(yè)類型。

礦石自然類型中的礦石礦物石墨呈鱗片—片狀產(chǎn)出，石墨片徑一般為0.015～0.3mm，最大為1.425mm。石墨粒度分析結(jié)果表明，石墨鱗片粒度＞100目(0.147mm)占66.76%左右。固定碳品位2.50%～30.57%，礦石結(jié)構(gòu)為片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造為片狀、片麻狀、塊狀構(gòu)造，本區(qū)的石墨礦石均屬同種工業(yè)類型—晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦石。

3.2.3 礦石礦物組分

石墨片麻巖型礦石礦物成分主要是石墨、石英、云母類、方解石、綠泥石、透輝石和黃鐵礦，少量的石榴石、矽線石、金紅石、赤褐鐵礦和磁鐵礦。其中石墨是目的礦物，其余為脈石礦物。石墨為礦石中可利用的有用礦物成分，呈晶質(zhì)鱗片狀，含量6%～15%，最高可達30%。不同塊段石墨片徑大小略有不同，最大的片徑1.425mm，最小0.001mm，一般為0.037～0.3mm。在片麻巖中，石墨鱗片定向性較好，呈條帶狀分布。石墨和石英、長石、云母類、黃鐵礦等脈石礦物相嵌，和黑云母和白云母“平行”連生，和黃鐵礦緊密相嵌。石墨鱗片部分發(fā)生變形，彎曲或揉皺；少部分石墨呈包裹體狀存在，包含在脈石礦物內(nèi)；部分石墨因為風(fēng)化作用，石墨的片層間夾存脈石礦物，總之石墨鱗片結(jié)晶程度較好。

石墨大理巖礦石礦物成分主要是石墨、方解石、石英、透輝石、硅灰石，少量的綠泥石、白云母、黑云母、石榴石，微量黃鐵礦、赤褐鐵礦，其中石墨是目的礦物，其余為脈石礦物。和石墨片麻巖型礦石不同之處是脈石礦物中以方解石和透輝石為主。礦石中石墨為晶質(zhì)鱗片石墨，各礦塊中石墨片徑大小略有不同，大片徑的石墨顆粒數(shù)占20%～40%，其余小于15%。根據(jù)石墨的存在方式石墨可分為兩類：①呈單體或集合體存在的石墨，和脈石礦物直邊相嵌為主，礦石中95%的石墨都是這類；②礦物包裹體存在的石墨。礦石中石墨最大的片徑0.953mm，最小0.001mm，一般為0.150～ 0.020mm。石墨鱗片部分發(fā)生變形，總之，石墨鱗片結(jié)晶程度較好，礦塊中石墨含量在6%～12%。

3.2.4 礦石化學(xué)成分

礦石的主要化學(xué)成分依次為：SiO2、Al2O3、CaO、固定碳、K2O、Fe2O3、FeO、MgO、S、少量的Na2O、P2O5、TiO2。對石墨礦而言，除了固定碳以外，其他元素都需要通過選礦去除，未發(fā)現(xiàn)其他有益組分。

3.2.5 石墨礦物片度

石墨鱗片按-100目(＜0.147mm)、100～80目(0.147～0.175mm)、80～50目(0.175～0.287mm)和+50目(＞0.287mm)四個級別分別統(tǒng)計得出：①石墨片麻巖型礦石：-100目占33.24%，100～80目占11.44%、80～50目占21.61%、+50目占33.71%；②石墨大理巖型礦石：-100目 占63.74%，100～80目占7.99%、80～50目占11.22%、+50目占17.05%(表1)。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因類型

礦體賦存于中—新元古界興東群大盤道組(Pt2-3d)變質(zhì)巖中，以多層礦體疊加產(chǎn)出，構(gòu)成規(guī)模較大的礦床。礦體主要受地層巖性控制，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，除分布在含石墨片麻巖中的礦體外，礦體與頂?shù)装鍑鷰r界面較清晰，僅在含石墨片麻巖中局部呈漸變過渡。

礦石自然類型比較簡單，鱗片狀、片狀結(jié)構(gòu)，似條帶狀構(gòu)造。礦石礦物為鱗片狀和片狀，石墨具定向排列。在礦體和圍巖中均含有黃鐵礦，反映了原始沉積物均不同程度的含有有機碳質(zhì)，并且處于還原環(huán)境，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用巖石中礦物發(fā)生重結(jié)晶，進而使生成的晶質(zhì)鱗片狀石墨富集成礦。本區(qū)礦床成因應(yīng)屬沉積變質(zhì)型石墨礦床。

4.2 找礦標志

(1)地層標志：本區(qū)石墨礦體均賦存于中—新元古界興東群大盤道組變質(zhì)巖中，中—新元古界興東群大盤道組地層分布區(qū)可作為區(qū)域找礦標志。

表1 石墨鱗片分級占有率統(tǒng)計

(2)自電異常標志：石墨礦體通常具有較高的負自然電位異常，一般高值負自然電位異常地段是尋找石墨礦的有利部位，可作為間接找礦標志。

(3)巖性標志：利用石墨本身易于鑒別的特點可作為尋找石墨礦床的直接標志，本區(qū)含石墨片麻巖、含石墨片巖、含石墨大理巖均可作為直接找礦標志。