张北县义哈德一带石墨成矿地质条件分析

齐新国，谭 均，王志刚，王立考

（中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051）

张北县义哈德一带石墨成矿地质条件分析

齐新国，谭 均，王志刚，王立考

（中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051）

河北省张北县义哈德一带，位于我国重要的石墨成矿带阿拉善隆起—华北地台北缘西段石墨成矿带的东部，石墨矿层赋存在古元古界红旗营子群中部含石墨大理岩层下部的含石墨黑云斜长片麻岩、含石墨黑云变粒岩、含石墨浅粒岩中，属于低角闪岩相变质岩，原岩建造为富含有机质的含砂泥质或粘土质沉积岩和火山沉凝灰岩, 成矿作用以区域变质作用为主, 混合岩化作用使石墨晶体加大和矿质增富。矿床属于地台区典型的区域变质型矿床。张北一带由于第四系及火山沉积层覆盖，露头局限，根据含石墨矿层具有低阻强极化的特征，激电中梯物探是一种有效的探矿手段。

石墨矿；地质特征；成因；张北县义哈德

1 前言

在河北省的张北一带找石墨矿是中国地质调查局下达的重要矿产资源调查评价专项项目，中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队通过2015年的找矿工作，在义哈德一带发现了一大型石墨矿，大致圈出了石墨矿分布范围和大体形态，了解了矿体特征和矿区成矿地质条件。本文根据前人资料结合项目工作成果，总结研究了矿体特征、分析了成矿地质条件和赋矿规律。

2 地质背景

义哈德一带石墨成矿区位于华北陆块北缘中段，二级构造单元为内蒙地轴的南部，张北台拱之土城子台穹的东南部边缘。北部以康保—围场深大断裂为界与天山—赤峰活动带相邻，南部以尚义—赤城深大断裂为界与燕山裂陷带相邻(见图1)[1]，结晶基底由古元古界组成，缺失中新元古界和古生界盖层沉积。区内基岩仅零星露头，出露的基岩大部分为古元古界红旗营子群变质岩，局部地段有中生界侏罗系陆相火山—沉积建造不整合覆盖在变质岩基底之上，第四系覆盖较厚且遍布全区。区内褶皱及断裂构造较发育，岩浆活动强烈，主要出露有早二叠世花岗岩，各时代的脉岩发育。成矿区基岩露头较少，根据人工露头及基岩残积物推断的基岩分布情况见图2。

2.1 地层

古元古界红旗营子群(Pt1h)：区域上出露于康保—围场—赤峰深大断裂以南、尚义—赤城深断裂带以北。下部以斜长角闪岩为主，受混合岩化较强，形成斑点状混合岩；中部为蛇纹石化橄榄大理岩及含透辉石大理岩、石英岩、黑云斜长变粒岩、黑云角闪片岩互层；上部为石榴黑云变粒岩夹角闪片岩；顶部为黑云角闪透辉变粒岩。成矿区内石墨含矿岩系位于红旗营子群中部，岩性为灰白色方解石大理岩、蛇纹石化含石墨橄榄大理岩、灰黑色透辉透闪大理岩、石英岩、含石墨黑云斜长片麻岩、白云母石墨石英片岩、黑云斜长变粒岩、含石墨浅粒岩、黑云角闪片岩。白云母石墨石英片岩、含石墨片麻岩及变粒岩是石墨矿的主要含矿层位。

图1 义哈德地区大地构造图

上侏罗统张家口组(J3z)：地表多被第四系覆盖，仅有零星出露。为一套粗安岩质熔岩、流纹质熔结凝灰岩、火山角砾岩、粗安岩质火山碎屑岩夹陆源碎屑沉积岩系。不整合覆盖在变质基底之上。

图2 成矿区基岩地质图

第四系全新统—上更新统(Q3-4)：遍布全区。主要为残坡积物、冲洪积物和风积物。上更新统(Q3)主要为砂土、亚砂土、砂砾石并夹有粘性土。全新统(Q4)主要为各种松散堆积物，为细砂、含砾淤泥等。厚度0～30m。

2.2 构造

区域构造以断裂构造为主，大断裂、韧性剪切带及一般断裂纵横交错，近东西向、北东向及北西向断裂构造比较发育，形成了较多的东西向小型断凹。不同时代、不同期次、不同规模的褶皱也有出现。

在义哈德一带因第四系覆盖广泛，区内褶皱构造总体产状不太清晰，通过探槽揭露，区内发育有一较大规模的背斜构造。轴线大约呈北东向分布，轴面产状倾向南东，倾角30°。背斜转折端产状平缓开阔，北西翼产状较陡，倾向294～335°，倾角14～56°；南东翼产状较缓，倾向86～121°，倾角8～20°。石墨矿体分布在背斜轴部及两翼。在一些人工采坑中也见有一些同斜小型褶皱构造。

工作区未观察到有明显特征的断层构造。根据物探资料显示，区内有2条推测断层，断层造成本区的激电异常被断开。

2.3 岩浆岩

区域内岩浆活动较频繁，侵入岩主要呈岩株状分布，形成时代为海西晚期，岩石类型为花岗岩，脉岩较发育，类型较多。在义哈德一带因第四系覆盖广泛，侵入岩出露较少，仅在人工采石场中见有细晶岩脉沿裂隙贯入，规模较小。

2.4 区域变质作用与混合岩化作用

根据区域资料和区内变质岩的矿物组合特征，区域变质作用属于中压低角闪岩相，P-T条件为(4～10)×108Pa，540～730℃。热能主要来自地层放射性衰变及应力作用，属区域动力热流变质作用[2-3]。

区内混合岩化作用比较发育，以重熔—再生型为主，由于原岩建造差异性和构造因素的控制，造成区内混合岩化作用不均匀。这种具有再生性质的重熔混合岩，以钾质交代为主，常形成交代钾长石斑晶而成为斑状混合片麻岩、条带状混合岩等，属同构造早期产物，交代形式以渗透交代为主，沿片理渗漏交代，形成渗透状混合岩及斑状混合岩。矿物随深熔作用加强斜长石被钾长石交代，牌号降低；铁镁矿物减少，黑云母、角闪石颜色变浅甚或绿泥石化。

早元古旋回早期的构造热事件—吕梁运动使本区经历了四次褶皱变形，前三次以南北向水平应力为主，形成高角度紧密线状或倒转同斜褶皱。第四次变形应力方向改变，使原东西向褶皱发生摆动。伴随褶皱变形作用，变质重结晶作用逐渐增强。第四次褶皱变形期间，混合岩化作用也随之达到高潮，出现流体相，引起退变质作用[2]。

3 矿床特征

3.1 矿体特征

3.1.1 矿体形态

矿体赋存于红旗营子群中部，因本区为覆盖区，地表矿体出露极少，矿体仅在系统施工的TC1探槽中出露较完整。矿体位于背斜轴部及两翼，呈似层状多层产出，产状与围岩一致，走向大致呈北东—南西向展布，长约4 000余米。北西翼矿体产状较陡，一般为30～40°，单矿体厚2.52～19.37m。北西翼共由7个矿体组成，由下至上依次编号为K1-1、K2-1、K3-1、K4-1、K5-1、K6、K7其中K1-1及K5-1是主要矿体。南东翼矿体产状较缓，一般为10～18°。南东翼矿体被中生代地层覆盖，出露不全，见5个矿体，由下至上依次编号为K1-2、K2-2、K3-2、K4-2、K5-2(见图3)。矿体在TC1中的厚度、品位见表1。

3.1.2 矿体的激电异常特征

根据物性标本电参数测试统计结果，非矿化岩石的视极化率一般较低，多属于低极化体；石墨化岩石使区内岩石视极化率明显大于非矿化岩石。不同岩(矿)石的电性(ηs、ρs)差异较大，石墨矿石极化率较高，变化范围在7.1%～16.2%，围岩的视极化率在0.54%～2.04%。同类岩石因其石墨化程度不同使其电性产生很大差异，既反映了不同岩矿石的电性特征，也反映了岩(矿)石矿化程度。矿石中的石墨是引起激电异常的主要因素。激电异常分布于本区中部，最大视极化率达23.1%。异常区域内视电阻率值普遍较小，范围大致在20～50Ω·m，呈低阻异常显示，视极化率异常与视电阻率异常位置基本吻合。

图3 第1勘查线地质剖面图

表1 矿体特征

通过激电中梯面积性测量，在红旗营子群中推断出一处分布范围较大的与石墨矿体正相关的激电异常体，异常整体走向近北东向，总长度约4.70km，平均宽度0.41km，异常区总面积约为1.92km2。通过异常体的形态，推断出两条与异常关系密切的构造F1、F2。这两条构造均推断为后期构造，对异常体的分布进行了后期改造，使异常的北东段被错断，所以全区共圈定2处异常，自南向北分别编号为DL-1、DL-2。

DL-1异常：走向近北东，沿走向长约3 860m，平均宽度约为450m，大致面积为1.57km2，呈不规则条带状。视极化率ηsmax=23.27%，一般ηs在8%～15%之间。分布范围与主矿带分布范围一致，属矿异常。

DL-2异常：走向近东西，呈不规则椭圆形，沿走向长度920m，平均宽度约为400m，大致面积约为0.35km2。视极化率ηsmax=16.3%，一般ηs在8%～10%之间。

3.1.3 矿体围岩及夹石情况

矿体与围岩及夹石界线比较清楚，一般肉眼可区分，但因近矿围岩及夹石中一般含有石墨，具体界线要靠基本分析结果确定。矿体围岩主要为含石墨浅粒岩，其次是含石墨黑云母长片麻岩、含石墨黑云辉石变粒岩等。围岩及夹石的固定碳含量一般在1%～2%，最低为0.39%，最高为3.97%。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石类型

区内矿石自然类型有片岩型、片麻岩型及变粒岩型，露头呈半风化至强风化状，呈灰黑、土灰色，结构较松散易碎，见褐铁矿化。

(1) 片岩型为云母石墨石英片岩：灰色，细粒片状粒状变晶结构，定向构造。岩石主要由长石、石英、黑云母、石墨和赤铁矿组成。长石主要是斜长石，多呈他形粒状，含量5%～10%；石英多呈他形粒状，含量55%～60%；黑云母多呈他形至半自形片状，多数黑云母沿长轴方向显定向性，含量8%～10%；石墨多呈长条片状，矿物粒径大小一般为0.3～0.8mm，少部分为0.1～0.3mm，个别为0.8～1.5mm，铁黑色不透明，多数石墨颗粒沿长轴方向显定向性，含量15%～20%； 赤铁矿呈细粒集合体，局部发生褐铁矿化，含量2%～3%。副矿物为磷灰石、锆石。

(2) 片麻岩型为白云母石墨钾长片麻岩及石墨斜长片麻岩。灰褐色，细粒粒状变晶结构，弱片麻状构造。岩石主要由长石、石英、白云母、石墨、绿泥石和赤铁矿组成。长石有钾长石及斜长石，多呈他形粒状，含量55%～60%；石英多呈他形粒状，含量5%～10%；白云母多呈他形至半自形片状，含量8%～10%；石墨多呈长条片状，矿物粒径大小一般为0.18～0.3mm，少数为0.05～0.13mm，个别为0.3～1mm，部分石墨颗粒沿长轴方向显定向性；绿泥石多呈他形片状集合体，含量3%～5%；赤铁矿呈细粒集合体，含量较少。岩石局部可见显微裂隙，其中多被褐铁矿充填。副矿物为磷灰石、锆石，次生矿物为高岭石、铁质矿物。

(3) 变粒岩型为含石墨黑云钾长变粒岩。褐灰色，片状粒状变晶结构，块状构造。岩石主要由长石、石英、黑云母、石墨和褐铁矿组成。长石主要是钾长石，多呈他形粒状，含量60%～65%；石英多呈他形粒状，表面多具裂纹，含量5%～10%；黑云母多呈他形至半自形片状，含量10%～15%；石墨多呈长条片状，矿物粒径大小一般为0.1～0.3mm，少数＜0.1mm，个别为0.3～0.7mm，部分显定向性，含量8%～10%；褐铁矿多呈侵染状分布于矿物粒间、岩石裂隙或裂纹中，含量3%～5%；岩石局部可见裂隙，裂隙宽0.2～0.5mm，多被石英充填。副矿物为磷灰石、榍石，次生矿物为高岭石、绿泥石。

矿石工业类型为晶质(鳞片状)石墨矿。根据对9件光片鉴定结果统计，石墨原始片度各级比例为：＞50目(0.3mm)者占石墨鳞片的10%～57%；80～50目(0.18～0.3mm)者占石墨鳞片的22%～38%；100～80目(0.15～0.18mm)者占石墨鳞片的10%～19%；＜100目(0.15mm)者占石墨鳞片的31%～55%。

3.2.2 矿石品位

通过对TC1探槽中199件含石墨样品的固定碳含量统计，单样品位最高达10.52%，最低为0.39%。固定碳含量＞2.0%的样品为142件，占样品总数的71%。固定碳含量＞2.5%的样品为120件，占样品总数的60%，详见表2。全区7个矿体总平均品位为3.94%。

表2 固定碳含量区间统计

4 矿床成因

4.1 岩石类型

本区石墨矿的赋存层位在红旗营子群中部，主要岩石类型有黑云斜长片麻岩(有少量云母石墨石英片麻岩、白云母石墨钾长片麻岩)、黑云变粒岩、条带状浅粒岩、含石墨浅粒岩、白云母石英片岩、长石石英岩、含石墨方解石大理岩、含碎屑透辉透闪大理岩和含石墨蛇纹石化橄榄大理岩(前两种大理岩CaO/ MgO比值均在90%以上，而后者CaO/MgO比值则明显的低，为2.17%～5.31%，说明后者白云质成分较高)，以浅粒岩分布最广。

4.2 原岩恢复

根据区域地质研究资料[2-4]、岩矿石组合及其野外产状及结构构造特征、岩石化学成分特征对各类岩石的原岩判别如下：

黑云斜长片麻岩：主要矿物共生组合为斜长石+黑云母+石英。属于硬砂质或长石质碎屑泥质岩变质而成。

黑云变粒岩：主要矿物共生组合为黑云母+斜长石+钾长石+石英，局部见矽线石。其间常夹有大理岩和长石石英岩透镜体或夹层，原岩属于沉积岩的特征明显，锆石多为碎屑型，微量元素也多显示沉积特点。综合分析原岩以半砂质泥质岩、泥质长石砂岩为主，其次为凝灰质粉砂岩或沉凝灰岩。

浅粒岩类：主要矿物共生组合为矽线石(或有或无)+斜长石+钾长石+石英，有时见少量黑云母。与黑云变粒岩及石英岩呈整合过渡关系，粒度较细且均匀，在纵向上粒度粗细相间，似沉积岩的韵律层。在化学变异图解中大部分属中酸性火山岩。综合分析认为，原岩以长石砂岩为主，部分为酸性火山岩。

片岩类：主要矿物共生组合为斜长石+白云母+石英+石墨。从岩石化学特征和化学变异图解看，全部属泥质岩或泥质粉砂岩；微量元素也反映沉积特点；锆石也具有沉积特征，所以属海陆交互相沉积岩。

石英岩类；呈中厚层状，分布较稳定。主要矿物共生组合为石英+白云母+长石(斜长石、钾长石)。从野外产状、结构构造、化学成分及副矿物特征分析认为，属于正常的浅海相沉积岩。

大理岩类：呈厚层状，分布较稳定。主要由方解石和透辉石组成，尚有少许透闪石。主要矿物共生组合为方解石+透辉石+斜黝帘石+绿帘石、方解石+透闪石+透辉石+绿帘石+石英。从野外产状、结构构造、化学成分及副矿物特征分析认为，属于正常的浅海相沉积岩。

综合各类岩石组合和原岩建造，属边缘型冒地槽盆地堆积，推断原始大地构造环境接近于大陆边缘，属于相对宁静的陆棚浅海环境[2]。

4.3 矿质来源

相对宁静的陆棚浅海环境，适合藻类生长，为原岩提供了有机质碳。碳质主要来源于含有机质的泥质、泥砂质建造中。与含碳酸盐岩类岩石遭受区域变质也有关联。所以含石墨浅粒岩、含石墨黑云斜长片麻岩和大理岩为石墨矿源层。

4.4 成矿作用

含有碳质的泥质、含砂泥质沉积岩、粘土岩，在区域变质作用的高温高压环境下，碳元素结晶形成鳞片状石墨晶体，富含碳质的岩层则形成石墨矿层。而其上部的碳酸盐在区域变质过程中形成大理岩，同时释放出一定量的CO2，其CO2在复杂的物理化学条件下分解成一定数量的游离碳，在后期的混合岩化作用过程中，由于热流的影响，其游离碳与已形成的石墨晶体发生交代和重结晶作用，致使石墨鳞片增大和增富。由此可以说明，区域变质是本矿区石墨矿床的主要成矿作用，混合岩化作用是石墨矿床的补充成矿作用。属于地台区典型的区域变质型矿床。

5 总结

本矿区位于内蒙阿拉善隆起—华北地台北缘西段石墨成矿带的东部，有较好的石墨成矿条件，区内石墨矿赋存在红旗营子群中部，含石墨大理岩层下部的含石墨黑云斜长片麻岩、含石墨黑云变粒岩、含石墨浅粒岩中。 该区内含石墨大理岩的厚度、走向延伸长度均很大，一般位于石墨矿体的顶底板附近，与石墨矿体具有同期性及同源性。所以大理岩、含石墨黑云斜长片麻岩和含石墨变粒岩、含石墨浅粒岩可作为区域直接找矿标志。

石墨导电性良好，石墨矿体具有低阻高极化异常特征，电法勘探，对于露头局限的石墨矿体或盲矿体是一种效果较好的勘探手段。同时低阻高极化异常区也是石墨矿找矿标志。

在康保县三百倾村—阿明代村—兰城子村—狼窝山一带以及万隆店村—两面井村一带红旗营子群地层露头较好，且见有大理岩透镜体及含石墨地层，可作为寻找石墨矿下一步工作的靶区。

[1]程裕淇.中国区域地质概论[M].北京:地质出版社,1994.

[2]张春华,王启超,高明文,等.河北省早前寒武纪变质作用[M].北京:地质出版社,1990.

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[4]张德生,许洪财,徐焱焱,等.河北省早前寒武纪变质岩岩石构造组合及其特征[J].河北地质,2015(1):2-10.

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1007-9386(2017)02-0033-04

2016-07-20

河北省张家口地区石墨矿资源调查评价项目(编号：12120115038901)。