河北省石墨礦產(chǎn)地質(zhì)特征與找礦概述

趙 軍

（河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)）

石墨在我國(guó)各類(lèi)礦產(chǎn)資源中占據(jù)著十分重要的地位，其具有高硬度、高導(dǎo)電性，且耐高壓高溫，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、化工、軍事、航天等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著地質(zhì)探測(cè)技術(shù)不斷成熟以及勘探設(shè)備更加先進(jìn)，處于地表及淺地層的礦產(chǎn)資源被大量開(kāi)發(fā)，國(guó)家及各地區(qū)地質(zhì)勘查單位逐漸將目光轉(zhuǎn)向處于深地層區(qū)域內(nèi)的珍稀礦產(chǎn)。物探法可以對(duì)石墨高極化性以及低電阻性等特征進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和定位，從而提高深地層區(qū)域內(nèi)的石墨礦勘測(cè)精度。本研究將介紹2 種混合物探找礦法。

近年來(lái)，由于我國(guó)軍事、科技、民生等事業(yè)的高速發(fā)展，石墨礦產(chǎn)資源的使用率逐年遞增，而我國(guó)現(xiàn)有石墨資源儲(chǔ)備量也大幅度減少。相關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)目前石墨資源的儲(chǔ)備量?jī)H夠未來(lái)14 a使用，一旦石墨礦產(chǎn)資源枯竭，將被迫從他國(guó)進(jìn)口大量石墨資源，屆時(shí)我國(guó)也將在石墨資源的進(jìn)出口貿(mào)易中由優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為劣勢(shì)。因此，現(xiàn)階段尋找質(zhì)量較好的石墨礦石，對(duì)于我國(guó)在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展都將起到十分重要的作用。

通過(guò)過(guò)往調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，河北省赤城縣伙房—大嶺堡一帶及周邊地區(qū)是我國(guó)石墨礦產(chǎn)資源富集之地，河北省地質(zhì)勘探局曾在此處探測(cè)到具有中型規(guī)模以上的石墨礦床。但由于該地氣候特征及水文地質(zhì)情況復(fù)雜，絕大多數(shù)石墨礦床隱藏在深地層下，無(wú)法確定石墨礦層的數(shù)量和規(guī)模。物探法配合其他勘測(cè)方法可以準(zhǔn)確、有效地找到石墨礦層的具體位置，在實(shí)際應(yīng)用中可以取得極佳的勘探效果。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

伙房—大嶺堡一帶及周邊石墨礦區(qū)屬太古界桑干群變質(zhì)巖，區(qū)域內(nèi)主要有小張家口超基性巖體，大南山輝石二長(zhǎng)巖體和湯泉巖體等。

該區(qū)位于燕山臺(tái)褶帶崇禮凸起東北部，尚義—赤城深斷裂南部。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以近東西向?yàn)橹鳌Ｌ沤缟８扇鹤冑|(zhì)巖系總體片麻理產(chǎn)狀走向北東、北西—近東西向，傾向北西、北東或北，傾角一般為30°～45°，少數(shù)大于50°。此外，中生界侏羅系火山巖系也常常超復(fù)于太古界桑干群變質(zhì)巖系之上，走向多為近南北向。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，主要有大南溝背斜和艾家溝石墨礦區(qū)的一系列褶曲構(gòu)造［1］。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，北部主要以近東西向?yàn)橹?，南部主要以小型斷裂為主，呈北東及北西向展布。其中以北西向斷裂構(gòu)造為主，局部地段對(duì)石墨礦體有破壞作用。

2 區(qū)域成礦規(guī)律及特征簡(jiǎn)述

根據(jù)目前已有資料分析，區(qū)域上石墨成礦規(guī)律為受太古界桑干群澗溝河組地層控制，其特征往往是帶狀分布，目前已知有3 個(gè)石墨成礦帶、由南到北分別為東水泉石墨成礦帶、艾家溝—伙房—大嶺堡石墨成礦帶、大南溝—雀溝—于家溝石墨成礦帶［2］。

東水泉石墨成礦帶呈近東西向展布，長(zhǎng)約1 km。艾家溝—伙房—大嶺堡石墨成礦帶呈近東西向展布，長(zhǎng)約7.5 km。大南溝—雀溝—于家溝石墨成礦帶呈北東向展布，長(zhǎng)約8 km。

各成礦帶中石墨礦床均毫無(wú)例外地產(chǎn)于太古界桑干群澗溝河組變質(zhì)巖系中，即石墨礦的生成與變質(zhì)巖系有關(guān)，在眾多變質(zhì)巖中，含石墨透輝斜長(zhǎng)片麻巖和含石墨斜長(zhǎng)片麻巖與石墨礦體的產(chǎn)生有較為密切的關(guān)系。

3 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦床出露地層簡(jiǎn)單，以太古界桑干群溪溝組為主，其次為中元古長(zhǎng)城、第四系等。太古界桑干群溪溝河組出露于全礦區(qū)，主要巖性為角閃斜長(zhǎng)變粒巖和石墨變粒巖、夾榴子斜長(zhǎng)角閃變粒巖、角閃榴子透輝斜長(zhǎng)變粒巖、混合巖化角閃斜長(zhǎng)變粒巖。在石墨礦層底板附近常見(jiàn)有一層中厚層狀不純大理巖。中古長(zhǎng)城系位于礦區(qū)東南部，其中常州溝組為串嶺溝組，只有少數(shù)幾個(gè)，新生界第四系分布于全區(qū)地勢(shì)較低部位，由上新統(tǒng)和全新統(tǒng)組成［3］。

礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的侵入巖體，僅有少量巖脈產(chǎn)于太古界變質(zhì)巖中，主要為閃長(zhǎng)玢巖巖脈，呈北西向產(chǎn)出，長(zhǎng)度幾十至百余米不等，寬幾米至十幾米，對(duì)石墨礦體破壞不大。

區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，地層片麻理產(chǎn)狀為（320°～350°）∠（30°～69°），為單斜構(gòu)造。在此背景基礎(chǔ)上，小規(guī)模褶曲構(gòu)造很發(fā)育，且多為緊密型褶皺，局部地段地層發(fā)生由陡變緩的現(xiàn)象。地表探槽礦體產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)表明石墨礦體傾向北西，傾角大部分在43°～55°，個(gè)別地段可達(dá)70°以上，但是也有傾角較緩地段，例如C5采樣剖面及其附近，礦體傾角僅為25°。

另外，從鉆孔揭露礦層所做勘探線剖面圖情況來(lái)看，深部礦體傾向變化不大，而傾角變化較大，其特點(diǎn)是深部普遍變緩，在今后工作中要引起重視［4］。

該礦目前已發(fā)現(xiàn)3 條大型斷裂構(gòu)造，其中1 條是北東向，2條是北西向。

F1 斷層位于礦區(qū)北部外圍，斷層長(zhǎng)度為850 m，向北延出圖幅。產(chǎn)狀為60°∠（60°～80°），為高角度正斷層。

F2 斷層由北西向南東延入礦區(qū)，圖幅內(nèi)出露總長(zhǎng)度為1 550 m，礦區(qū)內(nèi)出露500 m，走向?yàn)?00°，為性質(zhì)不明斷層。

F3 斷層發(fā)育于礦區(qū)南部，斷層長(zhǎng)度為500 m，產(chǎn)狀為110°∠80°，為1 條平推正斷層，對(duì)石墨礦層有破壞作用。

總之，工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，僅局部地段較為復(fù)雜，如C1號(hào)采樣剖面由于局部小斷裂錯(cuò)動(dòng)，使得石墨礦層中小柔皺非常發(fā)育，傾角也變陡到81°。

4 礦體地質(zhì)特征

礦體產(chǎn)于太古界桑干群澗溝河組石墨變粒巖中，石墨礦層地表出露長(zhǎng)度為3 200 m，礦體沿走向有膨大或縮小現(xiàn)象，總體看礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，含礦帶由5 條采樣剖面、8 個(gè)探槽和3 個(gè)深部鉆孔控制，控制長(zhǎng)度為2 825 m，斜深為120 m。

礦石自然類(lèi)型為石墨斜長(zhǎng)變粒巖、石墨透輝斜長(zhǎng)變粒巖和混合巖化石墨透輝斜長(zhǎng)變粒巖3種。

4.1 石墨斜長(zhǎng)變粒巖

礦石呈褐灰色，地表風(fēng)化后為黃褐灰色、棕褐色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、似片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，石墨片度以0.3～1.5 mm 為主，部分可達(dá)1.5～2.0 mm，少量為0.1～0.3 mm。石墨礦物集合體呈似條痕狀定向排列。脈石礦物為斜長(zhǎng)石（30%～70%）、角閃石（10%～40%）、石英（3%～15%），個(gè)別地段脈石礦物中有透輝石、黑云母和鉀長(zhǎng)石等。礦石中常有黃銅礦、黃鐵礦和褐鐵礦等不透明礦物呈星散狀分布，黃鐵礦常呈黃鐵礦假象產(chǎn)出［5］。

4.2 石墨透輝斜長(zhǎng)變粒巖

礦石呈淺褐灰色，地表風(fēng)化后為棕褐色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、似片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，石墨片度以0.3～1.5 mm 為主，部分可達(dá)2 mm 以上，少量為0.1～0.3 mm。石墨礦物集合體呈似條痕狀定向排列。脈石礦物為斜長(zhǎng)石（30%～70%）、透輝石（20%～45%）、石英（1%～5%）。礦石中常有黃鐵礦和褐鐵礦等不透明礦物呈星散狀分布，黃鐵礦常呈黃鐵礦假象產(chǎn)出。

4.3 混合巖化石墨透輝斜長(zhǎng)變粒巖

礦石呈褐灰色，地表風(fēng)化后為棕褐色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀和似片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，石墨片度以0.3～1.0 mm為主，部分可達(dá)1～2 mm或以上，少量為0.1～0.3 mm。石墨礦物集合體呈似條痕狀定向排列。脈石礦物為斜長(zhǎng)石（30%～50%）、鉀長(zhǎng)石（45%）、透輝石（20%）和石英（5%～10%）。礦石中常有黃鐵礦和褐鐵礦等不透明礦物呈星散狀分布，黃鐵礦常呈黃鐵礦假象產(chǎn)出［6］。

以上3 種類(lèi)型的石墨礦石中均含有副礦物磷灰石、磁鐵礦、鋯石等。蝕變礦物為絹云母、綠泥石等。

5 地球物理特征

5.1 勘查方法

石墨礦床及周邊炭質(zhì)結(jié)構(gòu)地礦層與其他類(lèi)型的礦石巖體相比，具有高極化性和低電阻性，會(huì)在礦床周?chē)a(chǎn)生一定的自然電場(chǎng)和正負(fù)電荷，而其他非炭質(zhì)結(jié)構(gòu)礦巖則與其相反，帶有更高的電阻性和較弱的極化性，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)法產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)感應(yīng)。因此，地質(zhì)勘探工作者通常會(huì)選擇搭配使用不同種類(lèi)的物理探測(cè)方法來(lái)尋找石墨礦產(chǎn)資源。本研究介紹的物理探測(cè)法為激電中梯法搭配自然電場(chǎng)電位法混合測(cè)量。

5.2 電物性特征

地質(zhì)勘探人員在礦區(qū)內(nèi)根據(jù)石墨礦的特性，針對(duì)性地搜集了大理巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、石英巖等約400 件巖石標(biāo)本，并對(duì)其進(jìn)行同電場(chǎng)自然電位測(cè)量。在巖石標(biāo)本中，含石墨礦及炭質(zhì)屬性的巖石與其他巖石相比，具有極高的極化率，勘察人員通過(guò)面團(tuán)法對(duì)含有石墨礦的花崗巖進(jìn)行極化值測(cè)量，平均極化率為35.5%，而不含石墨或炭質(zhì)屬性的巖石極化率平均為0.82%。本區(qū)域含石墨礦巖體與非炭質(zhì)巖體之間的帶電量及電性具有較明顯差異，借助含石墨礦巖石低電阻這一特性，通過(guò)自然電場(chǎng)法測(cè)量區(qū)域內(nèi)礦體的電位差，即可找到含有石墨礦的晶體巖［7］。

5.3 自電異常特征

由于長(zhǎng)嶺縣伙房—大嶺堡一帶常見(jiàn)大面積砂土覆蓋層，且該地區(qū)地質(zhì)巖石情況較為復(fù)雜，為了確?？碧焦ぷ鞯臏?zhǔn)確性，縮小石墨礦產(chǎn)資源的尋找區(qū)域，在礦區(qū)內(nèi)設(shè)置1∶1 萬(wàn)自然電場(chǎng)20 km2，用以對(duì)該區(qū)域的電位進(jìn)行有效測(cè)量。圖1 所示為伙房—大嶺堡石墨礦區(qū)自然電位等值線平面圖。

地質(zhì)勘探人員在大面積負(fù)異常自然電位區(qū)域內(nèi)選定2處具有一定電場(chǎng)規(guī)律的負(fù)異常電場(chǎng)Z1和Z2。

Z1 異常位于礦區(qū)東部，呈不規(guī)則狀NWW 向展布，走向上長(zhǎng)度約為1 700 m，寬度約為1 300 m，最大異常值為-520.5 mV。異常帶出露金水口巖群片巖段及大理巖段，經(jīng)工程揭露控制，已發(fā)現(xiàn)石墨礦體5 條（M2、M4、M7、M8、M9）。異常的展布形態(tài)與圈定的石墨礦化帶走向一致，且異常北部負(fù)值凸顯，變化梯度較為平緩，由此推斷礦體產(chǎn)狀與區(qū)域地層總體產(chǎn)狀基本吻合，傾向偏北。

Z2 異常位于礦區(qū)西部，呈不規(guī)則狀NW 向展布，走向上長(zhǎng)為1 250 m，寬為800 m，最大異常值為-214 mV。帶內(nèi)出露金水口巖群片巖段及大理巖段，因第四系風(fēng)成砂土覆蓋，該處異常的幅值較小，但其規(guī)律性相比Z1異常較好。根據(jù)地質(zhì)、物探異常特征，推測(cè)Z1、Z2 這2 處自電異常應(yīng)處在同一條異常帶上，呈NW 向展布延伸。結(jié)合槽探工程揭露查證，發(fā)現(xiàn)2 條石墨礦體（M8、M12），異常的展布形態(tài)與圈定的石墨礦（化）體走向基本一致［8］。

6 找礦前景

礦產(chǎn)是在一定地質(zhì)歷史時(shí)期和地質(zhì)構(gòu)造條件下，各種地質(zhì)、地球化學(xué)作用的綜合產(chǎn)物。因此，劃分成礦區(qū)（帶）最基本的依據(jù)是區(qū)域礦床應(yīng)具有相似的控礦因素、時(shí)空分布規(guī)律、成礦環(huán)境、礦質(zhì)來(lái)源和成礦機(jī)制。

從目前的工作程度看，礦床潛在的價(jià)值沒(méi)有得到充分證實(shí)，礦床遠(yuǎn)景沒(méi)有足夠重視。艾家溝石墨礦、雀溝石墨礦、于家溝石墨礦、東水泉石墨礦以及伙房—大嶺堡石墨礦等都屬于同一類(lèi)型礦床，其深部以及沿走向外圍還有進(jìn)一步擴(kuò)大礦床遠(yuǎn)景的可能。通過(guò)進(jìn)一步工作，礦床可望成為一處大型石墨礦產(chǎn)地。

7 找礦改進(jìn)措施

（1）加大勘查力度，明確主攻方向，首先圍繞區(qū)域內(nèi)2個(gè)主要成礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)4個(gè)A級(jí)預(yù)測(cè)區(qū)開(kāi)展進(jìn)一步勘查工作。在冀西北的石墨礦產(chǎn)預(yù)測(cè)區(qū)找礦前景較好，除石墨外還有銀、金、鉛、鋅、銅可綜合利用，后者甚至更占主導(dǎo)位置。要根據(jù)礦床特點(diǎn)，利用地質(zhì)、物化、遙感綜合找礦方法開(kāi)展勘查工作。

（2）隨著勘查程度的提高和礦床開(kāi)發(fā)利用的需要，要相應(yīng)提高石墨礦產(chǎn)選礦試驗(yàn)的級(jí)別和規(guī)模，進(jìn)一步完善石墨礦石選冶加工、產(chǎn)品制備的工藝，提高選礦回收率和綜合利用率，為礦床的開(kāi)發(fā)利用提供更可靠的選冶技術(shù)保證。

8 石墨礦產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景

石墨最大的消費(fèi)市場(chǎng)是鋼鐵工業(yè)，鋼鐵工業(yè)發(fā)展前景和耐火材料技術(shù)進(jìn)步主導(dǎo)著石墨的消費(fèi)水平。隨著耐火材料工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，其使用壽命增長(zhǎng)，石墨或耐火材料的消費(fèi)必將趨于穩(wěn)定或略有減少。而在新開(kāi)拓的石墨應(yīng)用領(lǐng)域或正在開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)領(lǐng)域，如燃料電池用石墨聚合物和膨脹石墨，高純石墨的消費(fèi)量會(huì)快速增加。另外，我國(guó)每年鎂碳磚生產(chǎn)需要石墨21萬(wàn)t，鉛筆、石墨坩堝、石墨乳、粉末冶金碳素等也有較大需求，國(guó)內(nèi)總需求量約為28 萬(wàn)t 左右。2005年我國(guó)出口石墨達(dá)15.66萬(wàn)t之多，從2021 年1—9 月晶質(zhì)石墨出口總量為9.44 萬(wàn)t 來(lái)看，2021 年出口總量約為14萬(wàn)t。

總體來(lái)看，目前世界石墨初級(jí)產(chǎn)品供需基本平衡。單純擴(kuò)大石墨初級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)能力是不可取的，關(guān)鍵在于研究石墨新用途，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。

9 結(jié) 論

本研究通過(guò)對(duì)2種物探法混合使用，對(duì)具有高電極性和低電阻性的石墨礦產(chǎn)資源及炭質(zhì)礦石進(jìn)行探勘，取得良好效果。同時(shí)，本研究也對(duì)未來(lái)找礦前景和石墨礦產(chǎn)品的應(yīng)用前景進(jìn)行分析。石墨礦產(chǎn)資源的勘探和利用不僅能夠有效維持我國(guó)軍事、工業(yè)、民生等工程的資源消耗，也能通過(guò)出口石墨礦產(chǎn)資源及礦產(chǎn)品提高經(jīng)濟(jì)收益。