内蒙古自治区乌拉特中旗高勒图矿区晶质石墨矿成矿特征及成矿规律

摘要：2015年核工业二〇八大队在内蒙古中部地区发现一处超大型晶质石墨矿床，矿体长2100m，控制最大延深703m，真厚24.97m～266.65m，平均155.23m，固定碳品位（C）3.00%～18.30%，平均5.00%，矿石为晶质石墨二云母片岩。提交晶质石墨矿石资源量（121b+122b+333）3.16亿吨，矿物量（固定碳）1581万吨。

关键词：乌拉特中旗；晶质石墨矿；成矿特征；找矿方向

1. 绪论

石墨作为一种非金属矿产，是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料，在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。这一未来材料在风能、汽车、消费品和国防工业的发展空间不可限量。20世纪是硅的世纪，21世纪将是碳的世纪。中国晶质石墨储量巨大，在全球占有控制性主导地位，就目前已探明的储量就占全球的71.4%，具有巨大的战略意义和经济意义。

石墨矿是一种经区域变质作用，在高温高压条件下形成的矿种。主要赋存于硅质沉积变质岩中，如石英云母片岩、长石石英岩、片麻岩等。

2. 成矿地质背景

2. 区域地质特征

矿区大地构造位置属华北地台狼山——白云鄂博台缘坳陷。地理位置处于内蒙古高原中部，中晚元古代及古生代地层区划属华北地层大区——晋冀鲁豫地层区——阴山地层分区——大青山地层小区；中、新生代地层区划属滨太平洋地层区，大兴安岭——燕山地层分区，阴山地层小区。

区域内主要出露地层有新太古界色尔腾山岩群东五分子岩组、柳树沟岩组、中元古界白云鄂博群尖山岩组，哈拉霍疙特岩组；新生界新近系中新统汉诺坝组；第四系中更新统，上更新统，全新统。

区内岩浆活动强烈，侵入岩分布广泛。侵入岩空间上总体呈带状展布，时间上跳跃式延续，显示明显的旋回性和多期次性，属华北陆块北缘岩浆岩带。由于在不同区域大地构造背景下，故可以形成不同类型的花岗岩类。

矿区大地构造位置属华北地台狼山——白云鄂博台缘坳陷，主要受区域性断裂F7、F12控制。勘查区受石崩古隆起及哈尔呼硕—钦布勒北西西—北东东向大型逆断层的影响，致使地层层序倒转，使得新太古界柳树沟组地层叠加于中元古界白云鄂博群尖山组地层之上。

2.2 变质作用

区域内变质岩较为简单，岩石类型较少。变质岩主要出露于区域中部的变质岩地层中，变质岩类型主要为接触变质岩和动力变质岩。

接触变质作用：本区侵入岩比较发育，侵入岩与围岩的接触部位皆发生了程度不同的热接触变质作用，其接触变质作用类型以接触交代变质为主。主体岩石为尖山组炭质板岩、片岩，哈拉霍格特组板岩、砂岩等与外围新太古代、二叠纪、三叠纪岩浆岩接触交代作用，在二者接触带上生成有数米至数十米的热蚀变晕，使得板岩发生了角岩化，炭质板岩发生了石墨化，金矿化。岩石中见有大量的红柱石、白云母、石榴石。该蚀变带是寻找石墨矿、金矿重要的找矿标志之一。

动力变质作用：动力变质的岩石矿物组合新生矿物较少，但是岩石中的斜长石、黑云母及石英等呈线状，形成定向不太强的线理和面理，斜长石略具弯曲变形，角闪石多呈假象，从而显示了早期中浅变质的存在。在矿物变形较强的变形带内，钾长石绿泥石化，斜长石绢云母化、绿泥石化，角闪石分解为黑云母。代表性岩石为条带状长英质初糜棱岩：鳞片粒状变晶结构、糜棱结构，片状构造，条带状构造。岩石主要由残斑和糜棱基质组成。残斑：主要由呈透镜状、条带状，长轴定向分布的黑云母石英片岩、少量长石矿物碎屑组成，长轴定向分布与相对集中分布的糜棱基质相间分布现象明显，显示条带状构造，大小多在0.20mm～3.50mm之间。糜棱基质：主要由大小<0.15mm的微粒——微晶长英质矿物、鳞片状云母类矿物（相对集中，呈条带状、透镜状，长轴定向分布，显示片状构造，但片理面具弯曲变形现象）等组成，分布于残斑之间，显示糜棱结构，条带状构造。残斑：50%左右；糜棱基质：50%左右。

3. 矿区地质特征

矿区内出露地层较简单，主要为新太古界色尔腾山岩群柳树沟组，岩性主要为黑云二长片麻岩、二长浅粒岩；中元古界白云鄂博群尖山组，岩性主要为二云片岩、碳质绢云片岩、二云母石英片岩、石英砂岩绢云石英糜棱岩、长石石英砂岩、石榴绢云石英片岩；沟谷河槽分布少量第四系全新统，主要为冲积砂砾及风成砂。柳树沟组地层走向280°～320°，倾向15°～40°，倾角43°～70°之间，主要分布于矿区北部；尖山组岩层总体走向呈北西向，片理化现象明显，大面积分布于矿区中部，地层产状变化不大，地层走向呈280°～350°总体与区域构造线一致，倾向10°～80°，倾角42°～80°，石墨矿体赋存于该套地层含石墨的二云片岩中；哈拉霍格特组地层走向基本与尖山组地层一致，两者整合接触；第四系全新统主要分布矿区东部。

勘查区出露的侵入岩为：二叠纪的花岗岩、黑云母花岗岩，三叠纪的花岗闪长斑岩、闪长岩、黑云母花岗岩，呈岩基状产出，出露在勘查区西南，出露面积较小，约0.74km2，约占全区面积的18.4%，岩性简单，与围岩界线清楚。岩体原生流动构造比较明显，黑云母、长石斑晶具定向排列的特征。

脉岩主要有闪长岩脉，与矿体呈侵入接触关系，是石墨矿形成的高温热源之一，也是石墨矿形成最为密切的脉岩；其次为中细粒二长花岗岩脉、石英脉。

矿区地质构造简单，断层、褶皱不发育。总体为一单斜构造，地层走向115°±，倾向25°±，倾角45°～65°地层走向与区域构造线基本一致。另外在矿区西南角发现性质不明小断层，编号为F2、F3、F4。F2呈北西走向，长360m，倾向40°±，倾角45°±；F4呈北北西走向，长约650m，倾向70°±，倾角55°±，向北延伸至河槽中；F3呈北东走向，长约250m，倾向300°±，倾角60°±。其中沿F4断续出露一条铁帽，宽约5m，向北延伸被第四系覆盖。断层在地貌上均表现为沟谷负地形，规模小，远离矿体，对矿体没有影响。

4. 矿区地球物理特征

根据区域磁性特征，参照附近地区的物性特征，工作区内闪长岩磁性最强，其次为二云片岩、石英片岩、糜棱岩，酸性花岗岩、黑云二长片麻岩磁性相对较弱。引起工作区磁异常的主要为闪长岩脉。

不同岩石的视电阻率（ρs）会有较大的差异，因此常用作区别围岩与矿体。视极化率（ηs）主要反映了极化体极化程度的高低，一般情况下极化体极化程度越高，视极化率则越高，而极化体极化程度的高低则决定于其中所含电子导电矿物（主要为金属硫化物）、碳等的多少。工作区内花岗岩、柳树沟组黑云二长片麻岩具有明显的高阻低极化特征，含矿岩石二云片岩以及炭质片岩具明显的低阻高极化特征。

综合激电、磁测资料，结合地质条件，经钻探验证，区内石墨矿体受低阻高极化地层二云片岩控制明显，矿层具有明显的低阻高极化特征。矿层与围岩具有明显的电性差异。

工作区内断裂构造主要位于低阻高极化体与相对高阻低极化体的接触部位，以及△T梯度变化带，具明显地电场和磁场特征。呈北西南东向展布，与地层展布方向一致。

根据矿区的地球物理特征，结合地质资料在区内划分两片成矿有利区：Ⅰ区正磁异常由闪长岩引起，低阻高极化由二云片岩中的石墨矿引起；Ⅱ区低阻高极化弱磁异常由含碳较高的片岩地层引起。从钻探验证看，在Ⅰ区内已发现石墨矿，Ⅱ区有待进一步验证。

五、矿体特征

根据勘查资料证实，该矿床为一区域接触变质型石墨矿床，石墨矿体赋存于白云鄂博群尖山组一岩段中，赋矿岩性为二云片岩，矿体地表出露较好，规模较大。顶板围岩主要为色尔腾山岩群柳树沟组黑云二长片麻岩，底板围岩主要为尖山组长石石英砂岩，两者经区域地质作用，层序发生倒转。矿体与围岩界线较明显，围岩蚀变比较普遍，以碳酸盐化，褐铁矿化为主。全区圈定石墨矿体1条，矿体呈厚层状、似层状产出，倾向25°，倾角45°～65°。控制矿体长2100m，矿体真厚度24.92m～224.80m，平均161.33m，局部有夹层，钻探控制矿体最大垂深592m、最大延深703m。由25个探槽，57个钻孔控制；赋矿标高：1033m～1624m，矿体埋深0m～592m。

图1 矿体特征平面示意图

1. 二云母石英片岩；2. 长石石英砂岩；3. 石英砂岩；4. 闪长岩脉；5.石墨矿体。

地表矿体因东西两侧覆盖厚，探槽不能揭露到矿体底板，故控制长度900m，故沿走向表现为东西薄，中部厚，真厚138.59m～223.24m，平均真厚175.97m，变化系数为17.14%，属稳定类型；含固定碳（C）较为稳定，沿走向品位为3.06%～18.30%，平均5.73%，变化系数为10.50%，属稳定类型。

深部矿体整体厚度较为稳定（图2），仅在矿体西部地表部位厚度较小，真厚24.92m～224.80m，平均真厚153.80m，变化系数为33.52%，属稳定类型，含固定碳（C）3.00%～15.80%，平均4.97%，变化系数为9.41%。

整个矿体厚度较稳定，整体为自西向东由薄变厚，品位地表较深部略高。矿体真厚24.92～224.80m，平均真厚161.33m，变化系数为28.99%，属稳定类型；含有益组分固定碳（C）3.00%～18.30%，平均5.00%，变化系数为12.12%，属稳定类型。

6. 矿石质量

石墨矿石中主要矿石矿物为石墨：呈浅灰棕色，含量2%～35%，半自形鳞片状，非均质，石墨鳞片呈弯曲状、枝杈状，星散定向分布，局部为零星散片分布，或少量浸染状略均匀定向分布于脉石矿物间隙中，石墨片径为0.02～0.40mm，以<100目（0.147mm）的为主，约占96.58%，其中100～80目（0.147～0.175mm）约占1.91%，80～32目（0.175mm～0.287mm）约占1.40%，>32目（0.287mm）约占0.11%。脉石矿物主要为白云母、黑云母、石英、黄铁矿、金红石和少量磁黄铁矿、黄铜矿、针铁矿组成。矿石结构主要为半自形晶片状结构、它形晶粒状结构、它形假象粒状结构、交代假象残余粒状结构；矿石构造为稀疏浸染构造、片状构造，由此可知，本区石墨经过反复的强烈变质作用形成。

7. 成矿规律探讨

根据上述成矿背景及地质特征，将石墨矿床按其产出空间位置和特征划分为区域变质型矿床。石墨矿赋存于中元古界白云鄂博群尖山组一岩段二云片岩中，石墨矿体规模较大，倾向北东，倾角55°±，顶板为新太古界色尔腾山岩群的黑云二长片麻岩，底板为白云鄂博群尖山组的长石石英砂岩，矿体中穿插闪长岩脉。以上特征表明矿床为首先经区域变质后又叠加接触变质的产物，矿石中可见碳酸盐化。区域资料显示尖山岩组地层普遍含碳，故本区石墨矿床为含碳较高的尖山组地层，经区域及接触变质作用形成。

矿区内褶皱、断裂构造不发育，伴有花岗岩、闪长岩侵入，主要以区域变质作用为主，后期脉岩侵入常常带来热液蚀变，多期变质作用叠加影响较明显。矿体赋存在一定的层位，产状多与围岩产状一致，呈层状、似层状、板状，长度达2100m以上。矿区内的矿石类型为含石墨二云片岩。根据以上所述地质特征，该矿床成应属接触变质型为主，区域变质为辅的层控矿床。

8. 找矿方向与前景

找矿方向：

（1） 中元古界白云鄂博群尖山组是找石墨矿的有利地段，其中的二云片岩为直接找矿标志。

（2） 沿尖山组地层出露的闪长岩脉体是重要的找矿标志，地貌上表现为黑色正地形山脊。

（3） 具有半金属光泽、滑腻感、易污手，且含较多白云母、黑云母的片岩为直接找矿标志。

（4） 通过电法、磁法工作，初步确定本区域低电阻高磁异常能够指示石墨矿的寻找。

找矿前景：

在华北地台狼山——白云鄂博台缘坳陷内的中元古界白云鄂博群尖山组地层中分布着大大小小很多晶质石墨矿体。据不完全统计，在乌拉特中旗境内，就2015年提交的晶质石墨矿物量就达4000万吨，储量巨大，拥有很大的找矿潜力。后期在此区域内的地质勘查工作者要引起重视。

参考文献：

[1] 《内蒙古自治区乌拉特中旗高勒图矿区晶质石墨矿勘探报告》

[2] 杨立志，骆珊等.内蒙古乌拉特中旗宝格达地区磁异常地质特征[J].西部资源，2013（06）.