集安市双兴六队晶质石墨矿床地质特征及成因

2015-05-12曾庆彬中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队吉林长春130033

中国非金属矿工业导刊 2015年1期

曾庆彬（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春 130033）

曾庆彬
（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林长春 130033）

【摘要】吉林省集安市双兴六队晶质石墨矿床位于中朝准地台东部，辽吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。赋存于集安群荒岔沟组三段第二岩性层即石墨黑云变粒岩中，为变粒岩混合岩化型晶质石墨矿床。本文叙述了该矿床地质特征，分析了矿床成因，列出了找矿标志，具有一定指导意义。

【关键词】晶质石墨矿；地质特征；成因类型；集安市

吉林省集安市双兴六队晶质石墨矿区位于集安市北西约310°方向，直距约45km，行政隶属吉林省集安市财源镇。面积3.87km2。矿区为低山地貌，海拔高度426～628m，一般海拔500m左右，相对高度202m。属北寒温带大陆性季风气候，矿区交通方便，矿山开采条件优越。为满足吉林省乃至全国晶质石墨工业发展的原料需求、加大开发力度，研究和开发双兴六队晶质石墨矿床具有重要意义。

1　区域地质概况

双兴六队晶质石墨矿床位于中朝准地台东部，辽吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。

1.1 地层

区域出露地层有下元古界集安群(Pt1)、老岭群(Pt2)；中生界侏罗系和新生界第四系。

(1) 集安群。

集安群分布于全区的绝大部分，是区内的主要地层,自下而上有蚂蚁河组(Pt1m)、荒岔沟组(Pt1h)、大东岔组(Pt1d)。主要岩石类型有浅粒岩、变粒岩、石英岩、片岩、片麻岩、大理岩、斜长角闪岩和各类混合岩。

蚂蚁河组岩性特征：肉红色混合岩夹斜长角闪岩、黑云变粒岩、浅粒岩残留体，含硼蛇纹石化白云质大理岩。厚度458～1 410m。赋存有硼、石棉、云母、透辉石、水镁石等非金属矿产。

荒岔沟组为晶质石墨含矿层，以含石墨为特征，由石墨变粒岩、石墨透辉变粒岩、含石墨透辉变粒岩、含石墨黑云片麻岩、含墨大理岩、黑云变粒岩和斜长角闪岩等组成，变质程度较深多为高角闪岩相，赋存有石墨、透辉石、金及有色金属矿产。厚度53～725m。

大东岔组以多硅高铝为特征，由二云片岩、变粒岩、片麻岩和石英岩组成。厚度480～880m。赋存有矽线石等。

(2) 老岭群珍珠门组。

老岭群珍珠门组(Pt2z)在区内西北部边缘有少量出露。主要为灰白、白色白云质大理岩，底部为黑色碳质板岩。厚度777～834m。

(3) 上侏罗统果松组。

侏罗系果松组(J3g)主要在区域南部有零星出露。上部：紫色火山角砾岩、灰绿色凝灰岩；下部：灰色—深灰色玄武岩、火山角砾岩、安山岩、灰白色流纹岩。厚度＞861m。

(4) 第四系。

新生界第四系分布于河流两岸和山谷中。砾石、砂、亚粘土、腐植土。厚度1～15m。

1.2 构造

(1) 褶皱构造。

区域内主要褶皱构造为虾蠓沟—复兴屯向背斜叠加褶皱，有泉眼沟—虾蠓沟叠加褶皱、横路西岔—四道阳岔背斜、东江腰营子荒沟复式褶皱构造组成。

(2) 断裂构造。

区内断裂构造发育，主要有3组：一组为北东向、北北东向，一组为北西向，另一组为近东西向。北西向、近东西向断裂以推覆和逆掩断裂构造为主，北东向、北北东向断裂为推测平移断裂构造。上述断裂构造格架，控制了区内集安群各组界线及展布方向。

主要断裂构造有：北东向的马蹄沟—复兴屯、哈塘沟—鹿圈子沟、花甸子—三道崴子逆冲断裂构造；北西向的复兴屯—南台逆冲断层；幸福逆掩断层带、东西向的马蹄沟—西沟—东岔沟—四道沟逆掩断裂带。

1.3 岩浆岩

区域内岩浆岩比较发育，侵入岩及喷出岩均有产出。其中对晶质石墨成矿有影响的主要是侵入岩，其主要分布于区域中部和北部，时代有五台期、印支期—燕山期、燕山期侵入岩活动。各期侵入岩特征如下：

(1) 五台期斜长花岗岩(γ21)。

主要分布于区域的北部和中部的鹿圈子沟、山城子—亮红顶子一带，呈岩株状侵入荒岔沟组，出露面积不等，以鹿圈子沟和山城子侵入体最大，面积约1～3km2，一般为0.2～0.51km2。岩石特征如下:

斜长花岗岩：呈灰白、白色，中粒花岗结构，交代结构，块状构造，由斜长石、石英、微斜长石及黑母云组成。

(2) 五台期巨斑状花岗岩(γ22)。

仅在区域南部的南岔和正岔一带见有小面积出露，与集安群大东岔组、荒岔沟组呈侵入接触，局部岩株状侵入于集安群不同层位之中，岩体内常见蚂蚁河组均质混合岩、荒岔沟组含墨黑云变粒岩、大东岔组矽线片麻岩残留体，表明该岩体侵入时代晚于大东岔组。岩石特征如下：

巨斑状花岗岩：岩体岩相较单一，岩石以灰白色为主，局部肉红色，两者互为过渡，没有明显界线，具交代条纹结构，斑状构造，斑晶以微斜长石为主，基质由斜长石、钾长石、黑云母、石英组成。

(4) 燕山期角闪钾长花岗岩—岗山岩体(r53(1))。

分布于工作区南西部，侵入集安群蚂蚁组及荒岔沟组地层中，可划分为外部相与过渡相。岩体呈椭圆状，面积约120km2。岩性主要为中—细粒角闪钾长花岗岩。

五台期斜长花岗岩(γ12)的侵入为矿床的形成提供了热量，有利于晶质石墨矿床的形成。

1.4 变质作用

变质作用以区域变质作用为主，集安群、老岭群因受多期变质作用，变质程度较高且深浅不一，岩石类型复杂。集安群和老岭群变质作用的特征如下：

集安群：变质程度深，以高角闪岩相为主，且混合岩化作用强烈，变形复杂(三期变形)，原岩很难识别。岩石类型有均质混合岩、斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、大理岩、片麻岩、片岩、石英岩。

老岭群：变质程度中—深，以低角闪岩相为主，且无混合岩化作用，变形复杂(二期变形)。岩石类型有变粒岩、浅粒岩、大理岩、板岩、长石石英岩。

2　矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层有下元古界集安群荒岔沟组三段、大东岔组；新生界第四系(见下图)。

集安市双星六队晶质石墨矿地形地质图

2.1.1 荒岔沟组三段(Pt1h3)

分布于矿区大部分，为一套含墨岩系，岩性有石墨黑云变粒岩、含墨黑云变粒岩、含墨浅粒岩、斜长角闪岩等。呈北东向展布，总体形态为长条形，地层厚度500～530m。根据岩性特征，又划分为4个岩性层，由老至新叙述如下：

(1) 斜长角闪岩层(Pt1h3-1)：分布于矿区中部，岩性以斜长角闪岩为主，厚度80～90m。

(2) 石墨黑云变粒岩层(Pt1h3-2)：分布于矿区中南部，岩性以黑云变粒岩为主，赋存3层石墨矿，为区内石墨矿主要含矿层位，矿层厚度6～50m，地层厚度150～160m。

(3) 含墨黑云变粒岩层(Pt1h3-3)：分布于矿区南部，岩性以黑云变粒岩为主，含少量石墨，品位低，厚度170～180m。

(4) 含墨浅粒岩层(Pt1h3-4)：分布于矿区南东部，岩性以浅粒岩为主，含少量石墨，品位低，厚度＞100m。

2.1.2 大东岔组(Pt1d)

分布于矿区北西部，以多硅高铝为特征，岩性由二云片岩、变粒岩、片麻岩和石英岩组成。

2.1.3 第四系全新统(Q4)

分布于沟谷中，主要由残坡积、冲洪积物组成，厚度2～10m。

2.2 构造

矿区内地层呈单斜构造产出，地层总体走向为北东—南西，倾向南东，倾角一般在35～45°。

矿区内构造主要为断裂构造，发育有北东向的逆断层(F1)，位于矿区的北西部，长度约1.5km，断层性质为逆断层，倾向南东，倾角25～35°。由于F1逆断层的存在，致使大东岔组(Pt1d)与荒岔沟组(Pt1h)地层呈断层接触，老地层覆盖于新地层之上。F1断层对双兴六队晶质石墨矿床的影响程度很小。

矿体内未见脉岩，脉岩对矿体无破坏作用。

2.3 岩浆岩

矿区内混合岩化作用较弱，在荒岔沟组中见中—粗粒斜长花岗岩脉侵入。此外见后期混合伟晶岩脉贯入。

3　矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于集安群荒岔沟组三段第二岩性层即石墨黑云变粒岩中，总体呈层状、似层状产出，呈北东—南西向展布。双兴六队晶质石墨矿区共查明①、②、③号3条矿体。现分述如下：

①号矿体：矿体出露标高为470～627.50m。地表由TC00、TC02、TC12、TC04、TC06、TC08探槽控制，地表控制矿体长约850m；深部由ZK0001、ZK0002、ZK0003、ZK0201、ZK0202、ZK0203、ZK0401、ZK0402、ZK0403、ZK0601、ZK0602钻孔控制，控制矿体最大斜深约210m,厚度13～50m。平均品位3.93%。矿体品位变化系数为3.57%，矿体厚度变化系数为17.57%。倾向150～160°、倾角35～45°。矿体延走向变化规律为中间厚向两端逐渐变薄，延倾向变化规律为自地表向深部逐渐变厚的趋势。

②号矿体：矿体出露标高为550～610m。地表由TC08控制，推测矿体长约200m；深部无工程控制，推测矿体斜深约200m(推至最低开采标高线)，工程控制最大厚度6.00m。倾向160°、倾角40°。

③号矿体：矿体出露标高为510～580m。地表由TC02－1、TC12控制，控制矿体长约120m；深部无工程控制，推测矿体斜深约150m(推至最低开采标高线)，工程控制最大厚度7.36m。倾向120°、倾角43°。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿物成分及结构构造

矿石自然类型为石墨黑云变粒岩，岩石呈鳞片粒状变晶结构，块状构造。

显微镜鉴定：岩石属变粒岩类。主要矿物成分为阳起石、斜长石、钾长石，少量石墨、石英、黑云母等。岩石具鳞片粒状变晶结构，岩石内斜长石、钾长石和阳起石组成结构特征，片状的石墨、黑云母杂乱分布。

阳起石：无色—淡绿色，具弱多色性，长柱状、粒状，边缘不规则，大小在(0.05×0.1)mm～(1.0× 2.0)mm，较大者似变斑晶状，含石墨或炭质包裹甚多，中正突起，见闪石式解理，略显定向排列。含量30%～35%。

斜长石：浅褐色，他形粒状，部分表面次生绢云母、绿泥石，粒径在0.05～0.3mm，多在0.1～0.2 mm，突起不明显，为更—中斜长石含量20%～25%。

钾长石：无色、浅褐色，部分有泥化浑浊，他形粒状，粒径在0.05～0.3mm，较大者含石墨或炭质包裹体。低负突起，含量20%～25%。

石墨：黑色，不透明，鳞片状，鳞片大小在0.03～0.5mm，多数在0.1～0.3mm，杂乱分布。含量10%～15%。

石英：无色，纯净，粒状，粒径在0.1mm±，低正突起。含量5%±。

黑云母：浅黄—棕褐色，多色性明显，片状。含量5%～10%。少量磁铁矿。另有几条次生石英、方解石、绿泥石微细脉体穿插。矿石矿物：晶质石墨。脉石矿物：钾长石、斜长石、阳起石、石英。

3.2.2 矿石化学成分

经对矿区424件基本分析样品进行统计，固定碳含量最低2.50%，最高7.72%，平均3.82%，矿石品位变化系数为33%，为均匀的。

根据组合分析结果，对各项化学成分进行统计，统计结果详见表1。

表1　矿石化学成分(%)

矿石多项分析的目的是查明矿石中的有益有害组分及其含量，有无综合利用意义。矿石多项分析结果见表2。

表2　矿石多项分析(%)

根据表2分析结果，参照吉林省通化县三半江晶质石墨矿床选矿试验成果，矿石中有害元素为S但含量较低(平均为0.25%)对选矿影响不大。未发现可以综合利用的有用元素和矿物。

3.2.3 石墨片度

在深部工程选择有代表性的矿石样品进行了晶质石墨片度测定，测试结果：＞50目(0.355mm)占58.59%，80～50目(0.287mm)占21.88%，100～80 目(0.175mm)占7.03%，＜100目(0.147mm)占11.50%。

由此可见，依据石墨晶体大小(片度)分类：大鳞片石墨(＞0.150mm)占87.50%，中鳞片石墨(0.075～0.150mm)占11.50%，以大鳞片石墨为主，占87.50%。

3.3 矿石类型

矿石自然类型为石墨黑云变粒岩，其工业类型以耐火材料用晶质石墨为主。

3.4 矿体围岩和夹石

3.4.1 矿体顶、底板

矿体顶、底板岩性均为含石墨黑云变粒岩。其特征为固定碳含量1.0%～2.0%，未达到工业品位。近矿围岩及其夹石与矿体物质成分基本一致，品位较低，对矿石质量无大影响。

标本观察：深灰色，细粒，见石墨鳞片，局部有灰白色方解石细脉穿插。定向构造不明显。

显微镜鉴定：细粒鳞片柱粒状变晶结构，块状、片麻状构造，主要矿物成分：斜长石含量55%、石英30%、黑云母含量5%～10%、石墨含量1.0%～2.0%。

3.4.2 矿体夹层

①号矿体共有夹层5条，其中地表出露夹层1条为J1，出露长度约850m，厚度8～20m，呈带状分布，在00线、02线、12线、04线、06线、08线的厚度分别为15、20、13、12、13、8m；未出露4条，分别为J2、J3、J4、J5，均呈透镜状。岩性为含石墨黑云斜长变粒岩、浅粒岩，其特征为固定碳含量1%～2%，未达到工业品位，其他矿体未发现夹层。

3.5 矿床成因及找矿标志

3.5.1 矿床成因

该矿床是变粒岩混合岩化型晶质石墨矿床。

形成石墨矿床的条件：①碳元素的富集；②较高的温度、压力；③还原环境。据目前认识，晶质石墨的碳质主要来源于沉积岩中的有机物，有机质是随含泥的钙镁质同生沉积的，并形成富含有机质岩石，为晶质石墨矿床的形成奠定了物质基础。区域变质的持续作用，使得温度、压力、应力不断增大，变质作用也由浅变质最后进入中—深变质阶段，碳质也由土状过度为结晶鳞片状。混合岩化作用程度是晶质石墨能否具有工业价值的关键；混合岩化作用强烈，石墨发生重结晶，并形成大鳞片，但脉体物质相对增多，也造成晶质石墨分散、贫化；混合岩化太弱，结晶鳞片又太小，无大经济价值；因此，混合岩化中等程度为宜。

下元古界集安群在通化—集安一带广泛发育，为一套含石墨硅质富镁的火山沉积建造。其中荒岔沟组为一套海相碎屑岩—火山岩—碳酸盐沉积建造，原岩碳质含量较高，为石墨矿床的形成提供了物质来源，该区中深程度的区域变质作用使碳质结晶为鳞片状，混合岩化的广泛发育，但又不太强烈，使石墨重结晶形成大鳞片，提高了工业价值。由此可见，该区是寻找晶质石墨矿床的有利地区。

3.5.2 找矿标志

(1) 集安群含墨层位是寻找石墨矿的直接找矿标志。

(2) 集安群荒岔沟组含墨黑云变粒岩是直接找矿标志。

(3) 该区中、低阻或高极化率地质体是间接找矿标志。