黑龙江石墨矿资源潜力预测

唐　臣

(黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江哈尔滨150036)



黑龙江石墨矿资源潜力预测

唐臣

(黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江哈尔滨150036)

在区域成矿环境及典型矿床研究的基础上，系统总结了黑龙江沉积变质型晶质石墨矿成矿特征，深入分析了成矿地质作用及控矿因素。建立了柳毛式沉积变质型晶质石墨典型矿床区域预测模型，在预测工作区圈定和优选了217个最小预测区，采用地质体积法估算石墨矿物的预测资源量。指出黑龙江石墨找矿潜力大，为今后石墨矿勘查部署提供了重要的地质依据。

沉积变质型；晶质石墨矿；成矿特征；地质体积法；潜力预测；黑龙江

0　引　言

黑龙江石墨矿资源丰富，目前已发现石墨矿产地24处，其中超大型矿床3处(萝北云山、勃利佛岭、鸡西柳毛)、大型矿床6处、中型矿床8处、小型矿床7处，累计探明石墨矿资源储量约占全国石墨资源储量的52.71%，居全国之首。

黑龙江石墨矿均为沉积-变质成矿作用形成的变成型矿床，主要为区域变质型石墨矿床(李超等，2015)，成矿时代为中—新元古代，矿石类型为晶质石墨。晶质石墨矿主要分布在东部地区的萝北-双鸭山-鸡西-穆棱一带，且主要集中在鸡西市、萝北县和勃利县，3地石墨资源储量之和占全省的95.6%。目前，萝北、鸡西已形成国内著名的晶质石墨开采加工基地，年采矿能力750万t。其次为接触变质型石墨矿床，成矿时代为晚三叠世—早侏罗世，矿石类型为隐晶质石墨，分布在铁力市，尚未开采。

1　区域变质型石墨矿成矿特征

1.1成矿地质环境

黑龙江区域变质型石墨矿主要分布在佳木斯—兴凯地块内，地块由基底与盖层两部分组成，盖层为早寒武世—中奥陶世坳陷型碎屑岩-碳酸盐岩陆棚建造，石墨矿赋存在构成基底的中—新元古代麻山岩群与兴东岩群内。

麻山岩群的下部西麻山岩组、上部余庆岩组均赋存有石墨矿，主要分布于鸡西地区，呈轴向近东西的复背形构造，为一套麻粒岩-紫苏斜长变粒岩构造组合，原岩属富镁碳酸盐-富炭泥质岩夹中基性火山岩组合。西麻山岩组为橄榄(透辉)大理岩-石墨片岩-石榴矽线片麻岩-二辉麻粒岩组合，原岩为富镁碳酸盐-富炭泥质岩-中基性火山岩组合；余庆岩组为黑云矽线片岩-角闪(黑云)斜长变粒岩-矽线石墨片岩-云母石英片岩(变粒岩)-黑云斜长片麻岩组合，原岩为富炭泥质岩-碎屑岩-富镁碳酸盐-中基性火山岩组合。

麻山岩群为被动陆缘环境的一套古陆演化早期的孔兹岩系，形成于地球地热梯度高、低氧条件的还原环境，晚期出现中酸性火山碎屑岩夹层，构成双峰式火山岩组合。火山岩以拉斑玄武岩为主，钙碱性岩次之。麻山岩群遭受了中压高温区域动力热流变质作用，形成以高角闪岩相为主的、由低角闪岩相—高角闪岩相—麻粒岩相递增式变质杂岩。在地热梯度进一步升高、变质作用与构造应力进一步增强的环境下伴生有混合岩化变质作用，形成近东西向的穹隆构造。晚期构造作用由塑性转为刚性，有基性岩脉侵入，标志麻山运动结束，麻山—虎头古陆固结。此阶段在麻山岩群中形成了石墨、矽线石与大理岩等非金属矿产。

与麻山岩群形成的同时或稍晚，在弧盆环境中沉积了巨厚的兴东岩群，主要分布于萝北、勃利、桦南、双鸭山及宝清等地，总体呈近南北向带状分布，为一套具层状铁建造的角闪岩相区域变质岩。其下部大盘道岩组赋存石墨矿，为大理岩-二云(石墨)石英片岩-磁铁石英岩组合，上部建堂岩组为绢云石英片岩-黑云片岩-变粒岩-斜长角闪岩组合。

大盘道岩组下部为富炭质细碎屑岩-含铁硅质页岩-富镁质碳酸盐岩组合，上部为碎屑岩-中基性火山岩-黏土岩-碳酸盐岩组合，自下而上碳酸盐岩剧增，为陆核边缘浅水还原环境沉积建造。建堂组下部为杂砂岩-黏土岩-碳酸盐岩组合，向上火山岩逐渐增多。兴东岩群形成后，遭受了区域动力热流变质作用，形成以低角闪岩相-高角闪岩相为主的变质杂岩。伴随热流变质作用与强烈的穹隆作用，晚期有钙碱性花岗闪长岩-花岗岩侵入，表明伴随大陆地壳厚度增大所引起的陆壳深部重熔、壳幔物质对流等岩浆侵入作用已经形成。

强烈的变质变形作用，导致原始层理被新生的片理、面理置换，在中部区形成短轴背、向形构造，向外则形成面状穹隆，表明当时地壳应力仍以塑性变形占主导，应力方向性不明显。后期发生的花岗岩类侵入活动及其切割变质岩层的构造作用，表明刚性变形逐渐增强。兴东晚期的钙碱性花岗岩侵入及其对穹隆构造与短轴背向斜的拼接固结作用，使古陆壳固结成刚性地块。

佳木斯—兴凯地块经历了中元古代—新元古代的古弧盆系发展、变质变形以及混合岩化作用之后，中—新元古代构造层形成了稳定的结晶基底并克拉通化，构成了统一的联合古陆，进入了较为稳定的地块发展演化环境(于跃江等，2013)。

1.2矿床特征

1.2.1含矿建造特征佳木斯—兴凯地块中的石墨矿主要赋存在麻山岩群中的西麻山岩组、余庆岩组及兴东岩群中的大盘道岩组。

(1) 西麻山岩组。下部由斑状混合岩、石墨片岩夹透辉石大理岩和与之互层的矽线石榴堇青片麻岩夹透辉斜长片麻岩、紫苏辉石片麻岩组成，上部以石榴矽线堇青片麻岩、石榴斑状混合岩夹大理岩透镜体和透辉斜长片麻岩为主。岩组横向上厚度和岩相变化较大，在鸡西地区由西部的西麻山至东部石场一带，原岩由黏土质、半黏土质逐渐过渡为钙质泥岩和泥质岩。堇青片麻岩、斑状混合岩由多变少，斜长透辉麻粒岩由少变多，到东部呈厚层状产出；含石墨的变质岩由少变多，石墨矿的规模由小逐渐增大，以东部的柳毛石墨矿规模最大。依据原岩建造和含矿性进行对比，西麻山岩组原岩建造可分为3个沉积旋回，上部旋回的炭质页岩和黏土质页岩发育，形成富炭层和富黏土层，普遍赋存石墨矿，代表性矿床为柳毛石墨矿(李春文，1981)。

(2) 余庆岩组。下部为各种混合岩，中部为石墨片岩、石墨片麻岩和黑云斜长片麻岩，上部以大理岩、片麻岩、变粒岩夹混合花岗岩为主，在石场一带出现紫苏麻粒岩、透辉斜长片麻岩、辉石麻粒岩等岩石组合。岩组横向上变化较大，反映了原岩建造的差异。自下而上原岩为泥质岩、含碳泥质砂岩、玄武安山岩、含硅白云质灰岩、碳酸盐岩。岩组中普遍含有石墨，在中上部层位局部富集形成矿床，代表性矿床为光义石墨矿。个别伴生有磷矿，如石场石墨矿。

(3) 大盘道岩组。在林口县大盘道至桦南县孟家岗一带，岩组主要为透辉石大理岩、含铁镁闪石大理岩、白云质大理岩、白云岩，夹多层红柱二云石英片岩、绢云石英片岩或变粒岩，并夹多层磁铁石英岩或磁铁矿层，纵、横向变化不大。在萝北地区大盘道岩组纵、横向变化较大，由变粒岩、片岩、大理岩相变为富炭、高铝的红柱炭质片岩、大理岩，岩石普遍含有炭质，局部富集形成石墨矿床，代表性矿床为云山石墨矿(李思远等，2016)。

1.2.2矿体特征石墨矿体赋存在石墨片岩、矽线石石墨片岩、云母斜长石墨片岩、石墨石英片岩、石墨云母片岩、石墨斜长片麻岩、石墨矽线石斜长片麻岩、含石墨变粒岩、石墨大理岩等变质岩系中，矿体呈层状、似层状、透镜状、扁豆状，局部具有膨缩及分支复合现象。石墨矿体与含石墨的各种片岩、片麻岩、变粒岩、含石榴黑云混合岩等围岩产状一致，多呈渐变过渡关系，部分与围岩界线清晰。矿床中矿体数量一般为几条至二十几条，部分矿体呈复层矿产出。一般矿体延长100～2 840 m，厚度4～193 m，延深50～1 090 m(黑龙江省地质矿产局，1994)。

1.2.3矿石特征石墨矿石类型以片岩型为主，其次有片麻岩型、麻粒岩型、变粒岩型、大理岩型。矿石结构为鳞片粒状变晶结构、鳞片变晶结构、粒状变晶结构，矿石构造为片状构造、片麻状构造、块状构造。石墨片径0.05～2.0 mm，最大4.0 mm。固定碳质量分数为3%～10%，最高24%。

1.3成矿地质作用

1.3.1成矿物质来源及形成的构造环境区域变质型石墨矿层具有多层性，矿体呈层状、似层状赋存在含石墨片岩、片麻岩及大理岩中，与围岩产状基本一致，含石墨岩石属正常沉积岩。原岩恢复说明其原始沉积物为富铝、富碳的黏土质、半黏土岩及富镁、富碳的碳酸盐和火山岩。原岩中的炭质是石墨矿的物质来源，炭质来源于海相生物沉积(冉红彦等，1996；李光辉等，2008)。

晶质石墨矿主要赋存在麻山岩群和兴东岩群中，前者形成于被动陆缘环境，以富铝为特征；后者形成于弧盆环境，以富镁及含有硅铁建造为特征，两者均为一套海退过程中富含炭质的沉积建造。含有富铝黏土岩的原岩建造代表相对稳定的沉积环境，有利于炭质的沉积。麻山岩群和兴东岩群形成的构造环境不同，形成的原岩建造不同，其所发生的地质活动有所差异，引起的变质作用条件不同，形成的石墨矿特征亦不相同。

1.3.2变质作用及混合岩化作用赋存石墨矿的地层遭受了多期、多类型的变质作用，兴凯期为变质作用的高峰期，形成变质程度较深的区域变质岩。麻山岩群变质程度是以高角闪岩相为主的由低角闪岩相—高角闪岩相—麻粒岩相；兴东岩群以低角闪岩相为主，高角闪岩相在局部发育。变质程度达到角闪岩相，石墨片径一般在0.1～1.0 mm；到麻粒岩相，石墨片径有所增大，除0.1～1.0 mm片径的石墨外，还有大于1.0 mm以及3.0～4.0 mm的石墨鳞片，说明区域变质程度越高，石墨鳞片愈大。因此，中—高级变质作用是石墨成矿的重要条件(韩振新等，2003)。

变质作用中随着温压的增加，原岩的矿物成分、化学成分及物理性质等发生变化，石墨也发生活化迁移、重结晶，在适宜的条件下富集成矿。依据石墨岩系的岩石组合特征和变质矿物的共生组合，晶质石墨矿形成的变质程度至少要达到低角闪岩相，温度范围为565～650 ℃(高于十字石稳定温度，低于石英存在时白云母分解温度)，高角闪岩相温度范围为680～700 ℃(矽线石、钾长石稳定共存的温压范围)，压力0.6～0.7 GPa；麻粒岩相温度范围在700～800 ℃，压力0.74 GPa，属中压型，典型变质矿物组合为紫苏辉石-透辉石-斜长石。可见石墨矿形成的变质条件较宽，温压越高，越有利于石墨矿的形成(于跃江等，2013)。

混合岩化作用改变了矿石的组构和成分(韩振新等，2003)，为局部变质岩及石墨矿的形成提供了热能。在混合岩边部，石墨鳞片有局部重结晶增大现象。有时由于钾长交代岩的贯入，使矿体贫化。麻山岩群和兴东岩群的原岩建造经中压高温区域动力热流变质作用并叠加了混合岩化作用，形成了现在的区域变质型石墨矿。

2　石墨矿资源潜力预测

2.1矿产预测类型及预测方法

黑龙江晶质石墨矿形成于中—新元古代，主要赋存于佳木斯—兴凯地块结晶基地中的西麻山岩群和兴东岩群内，按全国矿产资源潜力评价矿产预测类型划分原则，黑龙江晶质石墨矿预测类型为沉积变质型晶质石墨矿，预测方法类型为变质岩型。预测底图采用1∶10万变质建造构造图，定量预测方法为地质体积法。

2.2预测要素与预测模型

通过对柳毛、马来山、佛岭、云山等石墨典型矿床及预测工作区成矿地质环境、区域成矿规律研究，总结出麻山岩群西麻山岩组、余庆岩组和兴东岩群大盘道岩组等为黑龙江晶质石墨矿预测必要要素，在此基础上建立了预测模型(表1)。

2.3最小预测区圈定与优选

将佳木斯—兴凯地块内麻山岩群、兴东岩群、石墨矿床及矿点集中分布区划定为预测工作区，依据建立的柳毛式沉积变质型晶质石墨矿预测模型，采用人工圈定的方法，将断裂、第四系等地质体分割的西麻山岩组、余庆岩组、大盘道岩组分别圈定为最小预测区。将最小预测区内分布有石墨矿床、矿(化)点者分别划分为A类和B类，其余划分为C类。在林口、鸡东、萝北、汤原、双鸭山—七台河5个预测工作区共圈定217个最小预测区，其中A类12个、B类12个、C类193个(图1)。

表1　黑龙江柳毛式沉积变质型晶质石墨矿预测模型

图1　佳木斯—兴凯地块沉积变质型晶质石墨矿预测成果图1-A类预测区；2-B类预测区；3-C类预测区；4-预测工作区Fig.1　Prediction results of the sedimentary metamorphic crystalline graphite ores in Jiamusi-Xingkai massif

2.4预测资源量估算及资源潜力评价

黑龙江沉积变质型晶质石墨矿成矿时代为中—新元古代，矿床成因与麻山岩群、兴东岩群原岩孔兹岩系(陈衍景等，2000)经中—高级区域变质作用及混合岩化有关，矿体主要呈层状、似层状等产于麻山岩群、兴东岩群变质岩系中。在佳木斯—兴凯地块内已发现的20个石墨矿床成矿类型相同、矿床特征相似，适合建立定量预测方法模型。因此，采用地质体积法估算最小预测区的预测资源量。

选择西麻山岩群中的柳毛石墨矿、余庆岩组中的马来山石墨矿及大盘道岩组中的云山石墨矿为模型区，在典型矿床预测要素图上圈定含矿地质体分布范围并量取其面积，依据石墨勘探报告，确定查明资源储量及勘探最大深度，估算出模型区体积含矿系数。将最小预测区的含矿建造、石墨矿床规模及矿(化)点分布等情况与模型区进行对比，确定相似系数。采用模型区的体积含矿系数、勘探深度、最小预测区含矿建造面积及相似系数估算最小预测区预测资源量。估算了佳木斯—兴凯地块217个最小预测区预测石墨矿物资源量(江志明等，2012)，并按级别334-1、334-2、334-3分类进行了预测，3类石墨资源主要分布在萝北、双鸭山和鸡西地区。

近年来，在圈定的石墨最小预测区内，相继又发现了260高地、七马架、奎山及和平等一批大型石墨矿床，初步估算了新增石墨矿物资源储量，表明黑龙江省晶质石墨矿找矿潜力大。

3　结　论

(1) 黑龙江沉积变质型石墨矿主要赋存在佳木斯—兴凯地块的结晶基底内，控矿建造为西麻山岩群西麻山岩组、余庆岩组及兴东岩群大盘道岩组，成矿时代为中—新元古代。在被动陆缘和弧盆构造环境内沉积形成的孔兹岩系，经中高温区域变质作用及后期混合岩化作用形成石墨矿床。

(2) 沉积变质型晶质石墨矿的预测资源量较多，圈定的最小预测区经勘查验证，新增一批大型石墨矿产地，各类预测区为晶质石墨矿产勘查工作部署提供了重要的地质依据。

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Potential prediction of graphite ore resources in Heilongjiang Province

TANG Chen

(Heilongjiang Institute of Geological Survey, Harbin 150036, Heilongjiang, China)

Based on the analysis of regional metallogenic setting and typical deposits, this work systematically summarized the ore-forming features of the sedimentary metamorphic crystalline graphite ores in Heilongjiang Province, and thoroughly analyzed the metallogenic geological process and ore-controlling factors. In addition, we established a regional prediction model for the Liumao-type sedimentary metamorphic crystalline graphite ores, delineated and optimized 217 minimum prediction areas, and estimated the graphite ore resources by the geological volume method. It is suggested that there is a great potential for prospecting graphite ores in Heilongjiang, which may provide important geological evidence for the future graphite ore exploration.

sedimentary metamorphic type; crystalline graphite ore; metallogenic characteristics; geological volume method; potential prediction; Heilongjiang Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.438

2016-08-15；

2016-08-25；编辑：侯鹏飞

中国地质调查局重要矿产资源成矿远景区划工作项目“全国重要矿种成矿区划部署研究”(12120114051501)

唐臣(1962—)，男，高级工程师，从事地质矿产勘查及研究工作，E-mail：hljtangchen@163.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0438-05