吉林集安—通化地區(qū)晶質(zhì)石墨礦控礦因素及找礦方向

丁 瑞

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033)

晶質(zhì)石墨作為我國戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)資源之一，在新興產(chǎn)業(yè)中主要用于新一代信息技術(shù)、新能源及高端制造領(lǐng)域等，對支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展及制造強國的實現(xiàn)具有重要的作用[1]。2018 年我國天然石墨出口量、產(chǎn)量居世界第一，進口量居世界第二，在全球有著不可替代的地位[2]，近些年，由于受到新冠疫情的影響，產(chǎn)量持續(xù)增長，但增速減緩，進出口量均有所下降。集安市—通化縣地區(qū)是吉林省晶質(zhì)石墨礦唯一產(chǎn)地，已查明的晶質(zhì)石墨礦床11 處，其中比較典型的有通化縣三半江晶質(zhì)石墨礦和集安市雙興六隊晶質(zhì)石墨礦。截止2021 年底，吉林省累計探明晶質(zhì)石墨礦資源儲量(礦物量)825.15 萬噸，居全國第8 位(吉林省儲量通報2022 年)。吉林省晶質(zhì)石墨品位不高(平均品位3%～5%)，但石墨結(jié)晶完整，以大鱗片石墨為主，石墨品質(zhì)優(yōu)良[3]，在市場上享有美譽。但以往晶質(zhì)石墨的地質(zhì)勘查工作均是小范圍的普查—勘探，工作程度較高，但過于分散，沒有對礦集區(qū)開展過調(diào)查研究及遠景分析。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造位置及成礦區(qū)帶

吉林省晶質(zhì)石墨礦成礦區(qū)域主要分布在集安市北部和通化縣西南部，成礦區(qū)域大部分所處的大地構(gòu)造位置為太古宙—古元古代構(gòu)造分區(qū)之柴達木—華北板塊(Ⅲ)—華北陸塊(Ⅲ-5)—遼吉(吉南)古元古代裂陷槽(Ⅲ-52)—寬甸—集安構(gòu)造混雜巖帶(Ⅲ-52

d)的北部(圖1)。成礦區(qū)帶屬濱太平洋成礦域(Ⅰ-4)—華北(陸塊)成礦省(Ⅱ-14)—遼東(隆起)鐵-銅-鉛-鋅-金-鈾-硼-菱鎂礦-滑石-石墨-金剛石成礦帶(Ⅲ-56)—營口-長白(次級隆起、Pt1裂谷)鉛-鋅-鐵-金-銀-鈾-硼-菱鎂礦-滑石成礦亞帶(Ⅲ-56-②)—財源-集安金-鉛-鋅-鐵-銀-銅-鉬-硼-石墨-石棉-云母-蛇紋巖-脈石英礦帶(Ⅳ-22)。

圖1 太古宙—古元古代構(gòu)造綱要圖

1.2 含礦地層

本區(qū)晶質(zhì)石墨礦主要賦存在古元古界集安巖群中部荒岔溝巖組上部?；牟頊蠋r組在區(qū)內(nèi)大面積出露，在中部集安市財源鎮(zhèn)—清河鎮(zhèn)一帶較為集中，其次西部通化縣勝利—和平及江甸鎮(zhèn)一帶也有出露，荒岔溝巖組出露面積約占集安巖群的50%左右?；牟頊蠋r組以含石墨為特征，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、含石墨大理巖、黑云變粒巖和斜長角閃巖等組成，變質(zhì)程度較深，多為高角閃巖相[4]。

1.3 構(gòu)造

區(qū)域大地構(gòu)造位置位于太古宙—古元古代構(gòu)造分區(qū)，主要表現(xiàn)為早期的伸展機制下的裂陷構(gòu)造，有伸展盆地、裂谷火山活動等，并伴有大量的巖漿侵入活動，之后沉積了大量的碎屑巖；晚期盆地閉合，發(fā)生古元古代造山作用，使區(qū)域內(nèi)古元古代火山—沉積巖系及早期花崗巖發(fā)生變質(zhì)變形作用，同時伴隨造山作用有大量巖漿侵入。構(gòu)造形跡特征為受近南北向擠壓而發(fā)生于中深層次塑性變形。區(qū)域上以褶皺構(gòu)造為主，晶質(zhì)石墨礦床在褶皺構(gòu)造的核部礦體變厚、品位增高。

圖2 集安—通化一帶區(qū)域地質(zhì)簡圖

1.4 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)巖漿活動頻繁，最早可以追溯到太古宇、元古宇，由于受區(qū)域變質(zhì)變形作用的影響，多以形成灰色片麻巖。后期巖漿活動普遍受環(huán)太平洋構(gòu)造和造山運動的影響，以巖株、巖基式侵入巖體為主。與石墨礦成礦有關(guān)的主要為錢桌溝巖體(Pt1Q)，呈巖基狀分布于集安巖群的周邊，主要巖性為二長花崗巖、正長花崗巖，面積較大，該巖體為集安巖群的基底。其余巖漿巖還有山城子巖體(Pt1Sh)、雙岔巖體(Pt1S)、復(fù)興屯巖體(T3F)、榆樹林子巖體(K1Ysγπ)、閻王鼻子巖體(K1Yξγ)等。

1.5 變質(zhì)作用

古元古界集安巖群和中元古界老嶺群因受多期變質(zhì)作用影響，變質(zhì)程度較高且深淺不一，巖石類型復(fù)雜。含石墨層位荒岔溝巖組歷經(jīng)多期變質(zhì)作用，形成了一套復(fù)雜的變質(zhì)巖系，巖石類型有斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、大理巖、片麻巖、片巖、石英巖。變質(zhì)程度主要為高角閃巖相。在區(qū)域變質(zhì)過程中及變質(zhì)期后，普遍發(fā)生不同程度的混合巖化作用。石墨礦為區(qū)域變質(zhì)和混合巖化作用的產(chǎn)物。

2 控礦因素

2.1 地層控礦

集安巖群為一套優(yōu)地槽沉積的火山巖—碎屑巖—大理巖建造，具復(fù)理石建造的特點[5]，石墨主要賦存于具有復(fù)理石建造特點的火山—沉積建造中，形成于遼吉裂谷發(fā)展時期。經(jīng)多期的地殼變遷、巖漿活動，在太古宙克拉通演化階段，阜平構(gòu)造旋回使荒岔溝巖組含泥質(zhì)砂質(zhì)的沉積巖發(fā)生中高程度變質(zhì)，表現(xiàn)為麻粒巖相和高角閃巖相，形成含石墨的各種變粒巖及片麻巖。通化地區(qū)晶質(zhì)石墨礦體均賦存于古元古代集安巖群荒岔溝巖組中，呈層狀、似層狀及透鏡狀產(chǎn)出，圍巖基本為含石墨的巖石，礦體與圍巖呈漸變過渡關(guān)系[6]，產(chǎn)狀一致，礦體的形成、分布及形態(tài)嚴格受地層層位控制。

2.2 構(gòu)造控礦

有專家認為該區(qū)的多期變質(zhì)作用，是構(gòu)造變形和地質(zhì)熱流共同作用的結(jié)果，變質(zhì)的高潮均發(fā)生在變形高峰以后，即石墨礦形成于褶皺構(gòu)造之后，其碳元素的重結(jié)晶在褶皺構(gòu)造內(nèi)發(fā)生，褶皺變形、分布及形態(tài)對石墨礦床有著至關(guān)重要的作用，且在褶皺的核部較富集。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造極為發(fā)育，有復(fù)雜的多個向形和背形組成的褶皺，也有簡單的背形或向形構(gòu)造，規(guī)模大小不一，大者軸向達十余公里，小者幾十公分。已探明的大部分石墨礦床均賦存在褶皺構(gòu)造內(nèi)，如：通化縣三半江晶質(zhì)石墨礦床賦存于王家街—珠山褶皺帶的南端，三半江向形構(gòu)造內(nèi)，主礦體賦存于三半江向形的南翼，其余礦體在北翼和轉(zhuǎn)折端均有出露；集安市清河鎮(zhèn)二道村石墨礦位于腰營子—大荒溝復(fù)式褶皺構(gòu)造以東、橫路西岔—四道陽岔背形以北，礦體形態(tài)為軸向近南北、略向北西傾伏的開闊背形，礦體在背形核部厚度較大且資源儲量集中。

圖3 三半江晶質(zhì)石墨礦地層及構(gòu)造控礦地質(zhì)簡圖

2.3 變質(zhì)作用控礦

遼吉裂谷構(gòu)造帶古元古代變質(zhì)事件的峰期為1 800 ～1 900Ma，形成以海城—岫巖—寬甸—集安一線為熱軸的大型熱背形和相應(yīng)的帶狀變質(zhì)格局[7]。變質(zhì)作用是晶質(zhì)石墨礦床最為主要的成礦作用，古元古代集安巖群由于經(jīng)歷了多期變質(zhì)作用，形成了一套復(fù)雜的變質(zhì)巖系。與荒岔溝巖組晶質(zhì)石墨礦床形成有關(guān)的主要是早元古代的三期變質(zhì)作用，經(jīng)變質(zhì)作用后，變質(zhì)程度達高角閃巖相，使集安巖群一套沉積成因的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[8]。代表巖石有斜長角閃巖、變粒巖、片麻巖及大理巖，晶質(zhì)石墨礦床主要礦石類型為石墨變粒巖、石墨片麻巖及少量石墨大理巖等[9]，變質(zhì)程度越高，成礦越好。

在區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)展的同時，伴有混合巖化作用，混合巖化作用是超變質(zhì)作用早期階段的作用，主要表現(xiàn)為石墨鱗片的重結(jié)晶和再生長[10]，大鱗片比例增加，大鱗片正目(+100 目、＞0.147mm)石墨可達85%以上，同時，脈體礦物也相對增多，造成晶質(zhì)石墨分散和貧化。

3 礦床成因

我國已知的具有工業(yè)價值的石墨礦床按成因可分為區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型及巖漿熱液型石墨礦床3 種類型[11]。其中,晶質(zhì)石墨礦床以區(qū)域變質(zhì)型為主，成礦過程受到大地構(gòu)造格局、富有機質(zhì)沉積體系、變質(zhì)作用深度及期次、后期混合巖化過程等諸多因素疊加影響[12]。本區(qū)的石墨礦床即為區(qū)域變質(zhì)型礦床。

太古克拉通時期受阜平運動及地幔巖漿膨脹上涌，地殼開始下陷海水入侵，海域擴張，形成淺水裂槽[13]。后期裂槽收縮，地殼隆起，中酸性火山巖發(fā)生變質(zhì)、重熔和鈉質(zhì)交代，有益組分發(fā)生活化，遷移、富集，并產(chǎn)生角閃石、石英等礦物定向生長。經(jīng)歷一度沉積間斷后，進入荒岔溝發(fā)展時期，該期火山活動明顯減弱，氣候變暖，有利于低等植物生存和繁衍，形成還原環(huán)境[14]，有利于陸源有機質(zhì)搬運沉積，碳元素由此富集。后期發(fā)生多期構(gòu)造運動，地層發(fā)生了復(fù)雜的褶皺變形。在較高的溫度及壓力作用下，荒岔溝時期富集的碳元素經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，發(fā)生重結(jié)晶，最終形成晶質(zhì)石墨礦床。

4 找礦方向淺析

根據(jù)區(qū)內(nèi)已開展的晶質(zhì)石墨礦的調(diào)查和勘查成果，已知的石墨礦床(點)的分布，在充分研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)及物探資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合成礦地質(zhì)條件優(yōu)越程度，在吉林集安—通化地區(qū)圈定3 個成礦遠景區(qū)，分別是通化縣大泉源成礦遠景區(qū)、集安市財源鎮(zhèn)成礦遠景區(qū)和集安市清河鎮(zhèn)成礦遠景區(qū)(圖4)。

圖4 吉林省集安—通化地區(qū)晶質(zhì)石墨礦成礦遠景區(qū)分布圖

(1)通化縣大泉源成礦遠景區(qū)：遠景區(qū)位于通化縣境內(nèi)，區(qū)內(nèi)有已知大型晶質(zhì)石墨礦床1 處，小型礦床1 處，已探明資源儲量(礦物量)106.22 萬t。通過調(diào)查工作，空白區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)2 處石墨礦點，圈定自電異常區(qū)2 處，異常特征明顯，通過少量槽探查證工作，已揭露晶質(zhì)石墨礦體和礦化體十余條，含礦層位在區(qū)內(nèi)廣泛出露，通過以往調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)多處礦點，說明該區(qū)找礦前景較好，資源潛力巨大。

(2)集安市財源鎮(zhèn)成礦遠景區(qū)：遠景區(qū)位于集安市財源鎮(zhèn)，區(qū)內(nèi)有已知大型礦床1 處，中型礦床4 處，小型礦1 處，已探明資源儲量( 礦物量)309.92 萬t。通過調(diào)查工作，區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)晶質(zhì)石墨礦點2 處、礦化點1 處，圈定自電異常區(qū)7 處，通過少量槽探查證工作，已揭露晶質(zhì)石墨礦體和礦化體十余條，區(qū)內(nèi)有多處已查明石墨礦床，通過調(diào)查工作，在已知礦床的外圍新發(fā)現(xiàn)多個礦點或礦化點，該區(qū)成礦條件優(yōu)越，有望找到1 ～2 處晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)地。

(3)集安市清河鎮(zhèn)成礦遠景區(qū)：遠景區(qū)位于集安市清河鎮(zhèn)，區(qū)內(nèi)有已知大型晶質(zhì)石墨礦床2 處，已探明資源儲量(礦物量)403.59 萬t。通過調(diào)查工作，空白區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)礦點2 處，圈定激電異常區(qū)25 處，自電異常區(qū)8 處，已驗證多處激電異常區(qū)和自電異常區(qū)，發(fā)現(xiàn)十余條晶質(zhì)石墨礦體，而且具有成礦地層、構(gòu)造、巖漿巖及地球物理特征等條件，成礦條件優(yōu)越，找礦前景較好，資源潛力較大。