雙鴨山市西溝超大型石墨礦的發(fā)現(xiàn)過程與啟示

劉喜友，馬山，何欣，李佳鑫

（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）

0 引言

黑龍江省是我國石墨資源大省，資源儲量居全國之首，資源潛力巨大，資源分布集中，礦石品質(zhì)優(yōu)良，資源優(yōu)勢突出（曲暉等，2019）。根據(jù)黑龍江省重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃，礦產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)為我省“十大重點產(chǎn)業(yè)”之一。為了將礦產(chǎn)經(jīng)濟打造成我省支柱產(chǎn)業(yè)，2015年全省啟動“地質(zhì)勘查三年專項行動”，雙鴨山市西溝石墨礦普查項目被省國土資源廳納入“三年專項”重點勘查項目。

西溝石墨礦床位于黑龍江省雙鴨山市西南約25 km處，地處雙鴨山市與樺南縣交界處七星砬子?xùn)|南緣。地理坐標(biāo)東經(jīng)130°55′00″～130°59′30″，北緯46°31′15″～46°34′30″。本區(qū)大地構(gòu)造為興凱—布列亞地塊區(qū)、老爺嶺地塊、佳木斯板塊樺南隆起中部，雙鴨山斷陷盆地西側(cè)（劉喜友等，2018①）。工作區(qū)位于佳木斯—牡丹江成礦區(qū)，羊鼻山—大盤道石墨、鐵成礦帶上，區(qū)域成礦條件較好。

1969—1973年黑龍江省冶金地質(zhì)勘探公司七〇一隊在工作區(qū)北東地段進行鐵礦勘探時發(fā)現(xiàn)了羊鼻山大型石墨礦床。2010—2011年，黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇一隊在該區(qū)開展巖金礦預(yù)查工作，在查證土壤異常時新發(fā)現(xiàn)了17條晶質(zhì)石墨礦體，初步估算石墨礦物量約86萬t，固定碳平均品位8.10%（劉喜友等，2011②）。

西溝石墨礦床共計探求工業(yè)礦體推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量和預(yù)測的資源量（333）+（334）石墨礦石量33551.19萬t，礦物量2337.61萬t，平均品位6.97%（劉喜友等，2018①）。該礦床資源量規(guī)模大，石墨質(zhì)量好、鱗片大，易采易選，為近年來國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的少見的優(yōu)質(zhì)超大型晶質(zhì)石墨礦床。

本文通過對雙鴨山市西溝超大型石墨礦發(fā)現(xiàn)過程的研究，希望能夠?qū)窈笙嗨频V種的勘查工作有一定的啟示和示范作用。

1 項目背景

為了加強黑龍江省重要礦產(chǎn)資源的勘查，努力實現(xiàn)地質(zhì)找礦新的突破，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供更加有力的資源保障和基礎(chǔ)支撐，黑龍江省有色地質(zhì)七〇一隊在申報2013年黑龍江省礦產(chǎn)資源補償費項目時，將黑龍江省雙鴨山市西溝石墨礦普查項目做為重點項目進行申報。由于立項依據(jù)充分，找礦前景較好，被黑龍江省國土資源廳列為2013年重點地質(zhì)勘查項目。

雙鴨山市西溝石墨礦普查項目來源于2009年樺南縣永平崗巖金預(yù)查項目，在樺南縣永平崗巖金預(yù)查項目實施過程中，項目團隊首先發(fā)現(xiàn)了石墨礦體，在提交地質(zhì)成果報告時一并提交資源量（334？）石墨礦物量86萬t，平均品位8.10%。

根據(jù)黑龍江省重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃，礦產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)為我省“十大重點產(chǎn)業(yè)”之一，為加快我省礦產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將礦產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)打造成我省支柱產(chǎn)業(yè)，2015年1月省人大十二屆四次會議政府工作報告明確部署：“啟動全省地質(zhì)勘查三年專項行動，加大投入力度，促進全省礦產(chǎn)資源及其深加工加快發(fā)展?！备鶕?jù)省領(lǐng)導(dǎo)指示，國土資源廳、財政廳共同提出《2015—2017年黑龍江省地質(zhì)勘查專項工作部署方案》，經(jīng)省政府同意，明確省級財政三年投入資金25.759億元，用于地質(zhì)勘查工作。由于當(dāng)時雙鴨山市西溝石墨礦普查項目資源潛力較大，有望達到超大型規(guī)模，被納入該方案，列為省級重點勘查項目，并分別獲得2015年度和2017年度省地質(zhì)勘查專項資金支持。

2 西溝石墨礦床簡介

西溝礦區(qū)內(nèi)主要地層為中—新元古界興東巖群大盤道巖組，該地層也是本區(qū)的含礦地層。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。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，此外，中—新元古界興東巖群大盤道巖組地層在本區(qū)呈北西走向、南西傾向單斜構(gòu)造產(chǎn)出。

全區(qū)共圈定2個成礦帶，62條石墨礦體，其中Ⅰ號礦帶37條，Ⅱ號礦帶25條。Ⅰ號礦帶Ⅰ-1、Ⅰ-6號礦體是全區(qū)最大的兩條礦體，僅這兩條礦體資源量之和就占全區(qū)總資源量的56.2%。Ⅱ號礦帶資源量規(guī)模較小，控制程度較低。主礦體Ⅰ-1號礦體控制長度1528 m，真厚度9.76～109.27 m，平均厚度63.85 m，控制延伸416.1 m，固定碳平均品位7.23%；Ⅰ-6號礦體控制長度1382 m，真厚度10.04～157.73 m，平均厚度100.53 m，控制延伸427.69 m，固定碳平均品位6.20%。

通過本次普查，全區(qū)共求得工業(yè)礦體推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量和預(yù)測的資源量（333）+（334）石墨礦石量33551.19萬t，礦物量2337.61萬t，平均品位6.97%。推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量（333）占資源量總量（333）+（334）為95.22%。

西溝石墨礦床為沉積變質(zhì)型石墨礦床（江志明，2019），礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于中—新元古界興東巖群大盤道巖組變質(zhì)巖中（李寒濱和張冰，2014；胡升奇等，2020）。礦石自然類型主要為石墨片麻巖型，其次為石墨大理巖型（楊聯(lián)濤，2019），工業(yè)類型均為同一類型——晶質(zhì)（大鱗片）石墨礦石。

該超大型石墨礦床主要特征：①資源分布集中，資源量估算范圍2.71 km2，主要礦體集中分布在1.71 km2范圍內(nèi)（圖1），Ⅰ號礦帶Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6、Ⅰ-8、Ⅰ-9號礦體資源量之和占全區(qū)總資源量的79.27%；②礦石品位較高，平均品位6.97%；③石墨晶體片徑大，本區(qū)礦石類型以石墨片麻巖型為主，石墨晶體片徑大于100目（0.147 mm）石墨鱗片占66.76%（表1）；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，石墨片麻巖型礦石選礦回收率為94.09%，石墨大理巖型礦石選礦回收率為90.94%；⑦潛在經(jīng)濟價值巨大，鱗片石墨在經(jīng)濟價值上，相同品位下，大鱗片石墨價格是細鱗片的數(shù)十倍，大鱗片石墨又是生產(chǎn)石墨烯的重要原料，具有極高的經(jīng)濟價值，初步估算礦床潛在經(jīng)濟價值在1000億元以上。

表1 石墨鱗片分級占有率統(tǒng)計表

圖1 黑龍江省地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)（a）及雙鴨山市西溝石墨礦區(qū)Ⅰ號礦帶地質(zhì)簡圖（b）

3 礦床的發(fā)現(xiàn)過程

3.1 勘查突破前資源現(xiàn)狀及找礦思路的確定

雙鴨山市西溝石墨礦普查項目在取得勘查突破前，該普查區(qū)為空白區(qū)，未發(fā)現(xiàn)任何可利用的礦產(chǎn)資源。2009年，黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇一隊在該普查區(qū)開展巖金預(yù)查工作，發(fā)現(xiàn) Au異?？傮w規(guī)模較小，強度不高，部分為單點異常，Au異常最大值為3.62×10-9，平均值為0.64×10-9，并且金與其他元素異常組合效果也不是很好?？傊?，本次預(yù)查工作在巖金找礦方面未能取得任何突破，然而在非金屬石墨找礦上卻取得了較大突破，新發(fā)現(xiàn)17條石墨礦體，求得預(yù)測的資源量石墨礦石量1067.66萬t，礦物量86.43萬t，平均品位8.10%，從而為項目下一步立項提供了重要的地質(zhì)依據(jù)，確定了項目今后的找礦思路，找礦方向也由巖金轉(zhuǎn)向非金屬石墨。

3.2 西溝石墨礦的最初發(fā)現(xiàn)

黑龍江省雙鴨山市西溝石墨礦普查項目是2009年黑龍江省樺南縣永平崗巖金預(yù)查項目的衍生項目。在永平崗巖金預(yù)查項目實施過程中，項目團隊在采取土壤樣品時，意外發(fā)現(xiàn)部分采樣介質(zhì)中含有灰黑色物質(zhì)，光滑且污手，似鉛筆芯。經(jīng)過仔細觀察、認真研究，項目團隊?wèi){借多年的找礦經(jīng)驗，最終確定這種物質(zhì)就是石墨。為了驗證這一猜想，項目團隊一邊查找資料、咨詢專家，一邊組織開展物探激電中梯工作。然而發(fā)生了一件奇怪的現(xiàn)象，接收機接收到的信號特別弱，無法正常開展工作，起初項目團隊?wèi)岩墒俏锾絻x器問題，當(dāng)更換儀器后，重新進行測量，收到的信號同樣很弱，于是，項目團隊又選擇不同地段進行測量，還是發(fā)生同樣弱信號現(xiàn)象。經(jīng)過進一步分析，項目團隊認定就是含石墨地層引起的，并推斷該地區(qū)存在儲量可觀的石墨礦。

當(dāng)時，為了驗證這一推斷，項目團隊向上級主管部門申請物探設(shè)計變更，建議將激電中梯測量工作改成自然電位測量，然而當(dāng)時一些業(yè)內(nèi)專家并不認可，甚至提出了質(zhì)疑，專家認為區(qū)內(nèi)大盤道巖組含礦地層并不發(fā)育，即便存在含礦地層，也只不過是規(guī)模較小的殘留體，不具備大型石墨礦床的形成條件，最終設(shè)計變更申請未獲批復(fù)，僅同意物探方法改做大功率激電中梯。一時間，項目陷入了僵局，但項目團隊并沒有氣餒，憑借多年的找礦工作經(jīng)驗，項目團隊依然堅信最初的判斷。經(jīng)過深入調(diào)查研究，最終在利用槽探工程查證化探異常工作中，發(fā)現(xiàn)了多條石墨礦體，為下一步石墨立項提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。同時，項目團隊針對本區(qū)弱信號范圍較大這一情況進行深入研究，間接的圈定了石墨礦找礦靶區(qū)。

4 勘查過程中的創(chuàng)新與探索

4.1 勘查過程中的突破

2013年申請項目續(xù)作時，將石墨作為主攻礦種，雙鴨山市西溝石墨礦普查項目正式立項。隨后開展了石墨礦普查工作，通過自電測量圈定自然電位異常8處，其中規(guī)模較大的異常有2處，經(jīng)槽探工程揭露，均發(fā)現(xiàn)了較大規(guī)模的石墨礦體。2015年，我省啟動地質(zhì)勘查三年專項，因西溝石墨礦項目資源潛力較大，有望達到超大型規(guī)模，被省國土資源廳列為重點勘查項目，先后獲得2015年度和2017年度省財政專項資金支持。

經(jīng)過近十年的不懈努力，西溝項目團隊在黑龍江省雙鴨山市西溝終于探獲了超大型晶質(zhì)石墨礦床，礦床成因類型為沉積變質(zhì)型石墨礦床，礦體呈層狀、似層狀及透鏡狀產(chǎn)于中元古—新元古界興東巖群大盤道巖組變質(zhì)巖中。礦石類型以石墨片麻巖型為主，屬于大鱗片晶質(zhì)石墨。項目團隊技術(shù)人員通過對本區(qū)成礦地電條件進行重點研究，認真總結(jié)成礦規(guī)律，合理布設(shè)探礦工程，地質(zhì)找礦取得了重大突破。該項目榮獲2018年度“全國十大地質(zhì)找礦成果”，這是我省國有地勘單位首次獲得這一殊榮，也是國內(nèi)地質(zhì)找礦的重大突破，同時也引起了國內(nèi)制造業(yè)的廣泛關(guān)注。

4.2 勘查過程中探索

在發(fā)現(xiàn)雙鴨山市西溝超大型石墨礦的過程中主要應(yīng)用激電中梯理論和自然電場法開展物探工作，配合地質(zhì)填圖，通過探槽對自然電位異常進行重點揭露，發(fā)現(xiàn)礦體后再利用鉆探對礦體進行深部控制，建立典型地質(zhì)剖面模型，指導(dǎo)相鄰剖面及全區(qū)工程部署。

技術(shù)方面創(chuàng)新點可以歸納為以下兩點：

（1）在物探工作中通過對弱信號現(xiàn)象的研究間接圈定了石墨礦找礦靶區(qū)。物探信號采集過程中，經(jīng)常忽略對較弱信號的分析研究，往往草率地認為接地條件差或方法不適用。然而，在西溝石墨礦的發(fā)現(xiàn)過程中，正是項目團隊針對特定范圍內(nèi)激電中梯信號較弱現(xiàn)象的認真研究，初步圈定了石墨找礦靶區(qū)，并大膽預(yù)測該地區(qū)可能存在較大規(guī)模的石墨礦體。

（2）通過自電測量圈定異常，配合地質(zhì)填圖及異常查證發(fā)現(xiàn)興東巖群大盤道巖組含礦地層。石墨礦屬于層控礦床，礦體嚴(yán)格受地層控制。以往區(qū)域地質(zhì)圖顯示，當(dāng)初工作區(qū)內(nèi)并未見到興東巖群大盤道巖組含礦地層。項目團隊通過物探自然電位測量發(fā)現(xiàn)8處自電異常，其中1號、4號自電異常規(guī)模大、強度高，在補充地質(zhì)填圖及利用槽探工程對上述自電異常進行查證時取得了重大突破——發(fā)現(xiàn)了含石墨礦地層（中—新元古界興東巖群大盤道巖組），填補了工作區(qū)內(nèi)地層缺失的空白，為最終發(fā)現(xiàn)潛在經(jīng)濟價值超千億元的超大型石墨礦奠定理論基礎(chǔ)。

綜上所述，一個不被看好的巖金找礦項目能夠發(fā)現(xiàn)超大型石墨礦床，這本身就是找礦方法上的重大突破與創(chuàng)新，這對國內(nèi)相似礦種的地質(zhì)找礦工作具有重要的啟示意義。

4.3 勘查過程中的啟示

在項目實施和勘查過程中，項目團隊始終是在探索中前進，在前進中探索。非金屬石墨礦勘查不同于金屬礦勘查，首先是勘查方法不同，物探、化探方法均適用于金屬礦勘查，而非金屬石墨礦的勘查方法較少，其中自然電場法是尋找石墨礦最有效的方法之一（羅小文等，2017）。在前期巖金預(yù)查工作中，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模的石墨礦體，但是要想確定石墨礦體數(shù)量、規(guī)模、分布范圍，就必須首先借助物探方法。通過自然電場法圈定自然電位異常，再通過地質(zhì)填圖了解工作區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、成礦地質(zhì)條件，對所圈定的自電異常擇優(yōu)進行地表槽探工程揭露，同時系統(tǒng)采取各類樣品進行加工、測試，從而圈定礦體，對已發(fā)現(xiàn)和新發(fā)現(xiàn)的礦體進行深部鉆探驗證，最終對本區(qū)成礦潛力做出評價。

由于石墨礦體成礦年代久遠，地表所見石墨礦體風(fēng)化較強，能夠見到完整石墨礦體的地段較少，因此，確定石墨礦體真實產(chǎn)狀難度較大。又由于石墨礦體在地表容易風(fēng)化，并易受地形及重力拖曳現(xiàn)象影響，一般地表見到的礦體產(chǎn)狀與實際產(chǎn)狀往往相反，給下一步鉆探驗證帶來了極大地不確定性，這在后面的鉆探工作中已經(jīng)得到了驗證，進而導(dǎo)致部分鉆孔布設(shè)存在順層現(xiàn)象（圖2），這也是本次鉆探工作遇到的瓶頸問題。出現(xiàn)這樣的問題也有另一方面原因，就是該地區(qū)沒有明顯的標(biāo)志地層，地層的連接往往又具多解性，發(fā)現(xiàn)這一問題后及時調(diào)整了后面的鉆孔布設(shè)，并且該地區(qū)石墨礦體產(chǎn)狀較陡，前期布設(shè)順層的鉆孔均可利用，未造成太大的經(jīng)濟損失，這也給今后的石墨礦勘查帶來了一定的啟示。

圖2 雙鴨山市西溝石墨礦區(qū)0號勘探線地質(zhì)剖面簡圖

（1）在使用前人地質(zhì)資料時，既要尊重前人工作成果，也要具有懷疑精神，并敢于堅持自己的觀點。當(dāng)初物探設(shè)計變更時，有人認為工作區(qū)內(nèi)大盤道巖組地層并不發(fā)育，不具備大型石墨礦床的形成條件。然而，項目團隊卻敢于堅持自己的觀點，堅信該地區(qū)存在規(guī)模可觀的石墨礦。

（2）合理選用找礦方法，獲取地質(zhì)找礦新的突破。自然電場法是尋找石墨礦床的最有效的方法之一，但是應(yīng)充分考慮地形、第四系及潛水面等綜合因素對礦體的影響，當(dāng)?shù)V體頂部低于潛水面時，通常不會產(chǎn)生自電異常。對自電異常一定要進行綜合分析和研判，自電異常之外也有可能存在石墨礦體，必須考慮礦體的延展趨勢。

（3）在對地層產(chǎn)狀判斷不是十分有把握的情況下，一定要謹(jǐn)慎布設(shè)探礦鉆孔，當(dāng)首排鉆孔施工過程中，要及時繪制地質(zhì)剖面草圖，驗證地層產(chǎn)狀是否正確。西溝礦區(qū)鉆探施工經(jīng)驗告訴我們，地表槽探中見到的地層產(chǎn)狀未必真實，實際工作中一定要靈活運用鉆孔資料，以便指導(dǎo)后排鉆孔布設(shè)，避免造成不必要的經(jīng)濟損失。

5 礦床發(fā)現(xiàn)的意義與啟示

黑龍江作為石墨資源大省，加快石墨開發(fā)利用，推進資源型省份轉(zhuǎn)型更是大勢所趨。近年來，黑龍江省高度重視石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將其列為“十大重點產(chǎn)業(yè)集群”之一，已成為黑龍江省新的經(jīng)濟增長點。雙鴨山市西溝超大型石墨礦的發(fā)現(xiàn)，對于貫徹落實黑龍江省委省政府做好“三篇大文章”，將石墨產(chǎn)業(yè)打造成我省新的支柱產(chǎn)業(yè)的決策部署，推動石墨產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，加快培育新的經(jīng)濟增長點，加快推進資源型省份轉(zhuǎn)型，助力我省打造新產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化基地，對于推動我省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及轉(zhuǎn)型升級，提供了重要可靠的資源保障，對于振興黑龍江經(jīng)濟具有重大意義。將來若能盡快實現(xiàn)開發(fā)利用必將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，對增加地方稅收及就業(yè)起到極大的促進作用。同時，項目團隊在西溝石墨礦勘查中的探索和創(chuàng)新，對推進全國找礦突破戰(zhàn)略行動也有重要啟示意義。

西溝石墨礦普查項目是由巖金預(yù)查項目衍生而來，由此帶給我們一些啟示，就是我們在做找礦勘查項目時，對主攻礦種進行重點勘查研究的同時，還有對其它有成礦潛力的礦種進行綜合研究和評價，為項目下一步工作指明方向。

6 結(jié)語

西溝石墨礦床賦礦層位為中—新元古界興東巖群大盤道巖組，礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于大盤道巖組變質(zhì)巖中。礦石自然類型主要為石墨片麻巖型，其次為石墨大理巖型，工業(yè)類型均為同一類型——晶質(zhì)（大鱗片）石墨礦石。全區(qū)共圈定兩個成礦帶，62條石墨礦體，共求得工業(yè)礦體推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量和預(yù)測的資源量（333）+（334）石墨礦石量33551.19萬t，礦物量2337.61萬t，平均品位6.97%。西溝石墨礦床規(guī)模相當(dāng)于大型石墨礦床下限的20多倍，是近年來國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的少見的優(yōu)質(zhì)超大型晶質(zhì)石墨礦床，具有極高的經(jīng)濟價值，初步估算礦床潛在經(jīng)濟價值可達1000億元以上。同時石墨又是國家重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，可見西溝石墨礦床具有重要的戰(zhàn)略價值。

本文通過對雙鴨山市西溝超大型石墨礦發(fā)現(xiàn)過程的研究與探索，認真總結(jié)了雙鴨山市西溝石墨普查項目實現(xiàn)找礦突破的經(jīng)驗與教訓(xùn)。項目團隊在勘查過程中全方位搜集各種有價值的找礦信息，通過認真觀察采樣介質(zhì)中的物質(zhì)成分首先發(fā)現(xiàn)了石墨，合理解釋了激電中梯弱信號現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。同時，又通過對本區(qū)激電中梯弱信號范圍較大這一情況認真研究，圈定了石墨礦找礦靶區(qū)，確定了石墨為今后勘查的主攻礦種，并大膽預(yù)測該地區(qū)存在規(guī)模較大的石墨礦體。經(jīng)過進一步勘查工作，最終成功實現(xiàn)了地質(zhì)找礦重大突破。項目團隊在勘查工作中的探索和創(chuàng)新對區(qū)域乃至全國找礦突破將會產(chǎn)生重要影響，對國內(nèi)外相似礦床的發(fā)現(xiàn)具有一定的啟示。

注 釋

①劉喜友,張春曉,馬山,何欣,李佳鑫,張德斌,劉犇,曹立冬,程鈺淇,楊廣宇.2018.黑龍江省雙鴨山市西溝石墨礦普查報告[R].黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇一隊.

② 劉喜友,林正澤,何欣,張德斌,李明輝,趙玉才,王雪松.2011.黑龍江省樺南縣永平崗巖金礦預(yù)查報告[R].黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇一隊.