雙鴨山西溝石墨礦床地質特征及找礦標志

劉喜友，何 欣，馬 山，李佳鑫，岳洪舉

(1.黑龍江省有色金屬地質勘查七〇一隊，黑龍江 哈爾濱 150028；2.中國建筑材料工業地質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，礦石品質優良，資源優勢突出。黑龍江省石墨礦主要產于東部地區，大地構造單元屬于天山—興蒙造山系(Ⅰ級大地構造單元)的東部。賦礦地層為前寒武系變質巖，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東南緣，行政區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型石墨礦床，礦石工業類型為晶質(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，僅Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6號礦體資源量之和就占全區總資源量的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潛在經濟價值巨大，初步估算礦床潛在經濟價值超過1 000億元。

1 區域地質背景

圖1 區域地質簡圖

雙鴨山西溝石墨礦區大地構造為興凱—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(圖1)。

1.1 區域地層

區域地層主要由中—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 區域侵入巖

區域侵入巖主要為呈巖基狀產出的古生代花崗巖類及中生代輝長巖類。

1.3 變質作用與變質巖

工作區內中—新元古界地層屬于一套變質程度較深的變質巖系，受區域變質作用影響為主，其次局部疊加了接觸交代變質作用。變質作用以中深級變質作用為主、低級變質作用較少見，中級變質作用最為發育，其表現為各種片麻巖、片巖極為發育，代表中深級變質作用的變粒巖較為發育，而工作區中含石墨片麻巖則最為發育。代表區域變質作用的大理巖比較發育，尤其是Ⅱ號礦帶大理巖地層普遍發育，接觸交代變質作用主要表現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有比較明顯的礦物重結晶現象，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，本區變質作用主要以區域變質作用為主。

根據主要造巖礦物的成分并結合巖石的結構、構造特征將工作區內變質巖分為片麻巖、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 區域構造

斷裂構造是基底構造繼承和改造的產物，也是本區的主要構造格架。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，使得本區中—新元古界興東群地層形成了北西走向南西傾的單斜構造，此后本區長期遭受風化剝蝕處于一個相對平穩的地史時期，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石墨礦的賦礦層位。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內地層僅見有中—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

礦區內侵入巖主要為呈巖基狀產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，此后本區長期處于一個相對平穩的地史時期，從而使大盤道組部分地段完整地保存下來。

2.3 構造

工作區構造主要為斷裂構造，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呈北西走向南西傾向的單斜構造產出，地層的分布受北西向斷裂控制。

2.4 變質作用

區內大盤道組原巖為富含碳質的粉砂巖、石英砂巖、泥質巖、碳酸鹽巖夾少量火山巖，受區域變質作用及混合巖化作用影響，區內變質作用主要表現為中高角閃巖相變質作用，特征變質礦物為矽線石、石榴石、透輝石、透閃石、角閃石。在變質過程中使原始沉積的碳質成分結晶生成晶質鱗片狀石墨，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。本區自然電位異常強度較高，異常極值接近-1 000mV，異常連續性好，本次探礦權范圍內4處自電異常經查證均已發現不同規模的石墨礦體(圖2)，主礦體與△U-4號異常吻合較好。

圖2 礦區自然電位剖面平面圖

3 礦體特征

3.1 礦體特征

礦區內有兩個石墨成礦帶，共發現62條晶質石墨礦體。Ⅰ號礦帶發現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號礦帶發現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號礦體是本區最大的兩條礦體，其資源總量占全區的總資源量的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56.31%，傾向219 °，傾角50～73°，礦石類型為石墨片麻巖型，礦體頂底板均為大理巖、二長花崗巖。

圖3 Ⅰ號礦帶地質簡圖

圖4 0號勘探線地質剖面簡圖

Ⅰ-6號礦體呈層狀產于石墨片麻巖中，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49.8%，延伸134.21～427.69m，固定碳平均品位6.20%，固定碳變化系數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 礦石質量

3.2.1 礦石結構構造

石墨片麻巖型礦石：礦石呈黑、黑灰、深灰色，片狀、粒狀變晶結構，片麻狀、似片麻狀構造。

石墨大理巖型礦石：礦石呈灰黑、深灰色，粒狀變晶結構，塊狀構造。

3.2.2 礦石類型

(1)礦石自然類型。

根據礦石的結構、構造和礦物的組合特點，礦區礦石自然類型可分為石墨片麻巖型和石墨大理巖型。全區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)礦石工業類型。

礦石自然類型中的礦石礦物石墨呈鱗片—片狀產出，石墨片徑一般為0.015～0.3mm，最大為1.425mm。石墨粒度分析結果表明，石墨鱗片粒度＞100目(0.147mm)占66.76%左右。固定碳品位2.50%～30.57%，礦石結構為片狀、粒狀變晶結構，礦石構造為片狀、片麻狀、塊狀構造，本區的石墨礦石均屬同種工業類型—晶質(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；部分石墨因為風化作用，石墨的片層間夾存脈石礦物，總之石墨鱗片結晶程度較好。

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占20%～40%，其余小于15%。根據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。石墨鱗片部分發生變形，總之，石墨鱗片結晶程度較好，礦塊中石墨含量在6%～12%。

3.2.4 礦石化學成分

礦石的主要化學成分依次為：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，未發現其他有益組分。

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)變質巖中，以多層礦體疊加產出，構成規模較大的礦床。礦體主要受地層巖性控制，產狀與地層產狀一致，除分布在含石墨片麻巖中的礦體外，礦體與頂底板圍巖界面較清晰，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、片狀結構，似條帶狀構造。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，并且處于還原環境，后經區域變質作用巖石中礦物發生重結晶，進而使生成的晶質鱗片狀石墨富集成礦。本區礦床成因應屬沉積變質型石墨礦床。

4.2 找礦標志

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

表1 石墨鱗片分級占有率統計

(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。