柴北缘大通沟南山石墨矿床成矿条件分析及可利用性评价

冯岳川，魏俊浩，赵少卿，闫茂强，李国猛

（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074；2.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100）

柴北缘大通沟南山石墨矿床成矿条件分析及可利用性评价

冯岳川1，魏俊浩1，赵少卿2，闫茂强1，李国猛1

（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074；2.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100）

大通沟南山石墨矿床位于柴达木盆地西北缘、阿尔金构造带内，其赋矿围岩主要为古元古界达肯大坂群变质岩系中的大理岩组。矿体主要呈层状、似层状产于大理岩中，岩性主要为透辉石大理岩。通过对矿床成矿条件分析和归纳总结以及与我国东部地区典型晶质石墨矿床对比研究，认为大通沟南山石墨矿床总体属区域变质型+接触变质型石墨矿床。结合矿石选矿试验结果，对矿床进行了可选性分析以及可利用性评价。大通沟南山石墨矿床矿石品位虽不高，通过选矿后可获得符合工业要求的鳞片晶质石墨。该矿床潜在经济价值较大，并有良好的找矿前景。

柴北缘；晶质石墨；成矿地质条件；可利用性评价

我国石墨矿产资源丰富，储量大且质量好的鳞片状晶质石墨矿床主要集中在东部地区，如黑龙江、山东、内蒙古等地。石墨矿床的成因类型有区域变质型、接触变质型和岩浆热液型，其中以区域变质型最为广泛[1]。我国区域变质型石墨矿床主要分布于古老的地台或地块周缘[2]，如产于佳木斯地块南缘的黑龙江柳毛特大型鳞片状晶质石墨矿床[3]；产于华北地台东缘的山东南墅特大型晶质石墨矿床，为沉积变质成因，并受混合岩化作用改造[4]。接触变质型石墨矿床主要分布于我国东部地区的活动大陆边缘，主要受中酸性岩浆控制[2]，如湖南郴州鲁塘石墨矿床[5]。岩浆热液型石墨矿床在我国分布较少，通常与碱性花岗岩密切相关，主要分布在新疆地区，以苏吉泉石墨矿床最为典型[6]。

大通沟南山石墨矿床位于青海柴达木盆地西北缘、阿尔金构造带内。其产出的构造背景与我国东部地区产于古老地台或地块周缘的晶质石墨矿床有很大区别。本文在详细野外地质调查的基础上，拟对大通沟南山石墨矿床的地质特征、成矿地质条件、控矿因素等进行综合分析，并结合选矿试验研究结果，对其可利用性工业价值进行评价。

1 区域成矿地质背景

大通沟南山石墨矿床位于柴达木盆地北缘西段，北侧为阿尔金边界断裂。根据青海省矿产资源潜力评价划分方案，本区大地构造位置隶属于秦祁昆造山系(图1a)。

该区域出露的地层主要为古元古代达肯大坂岩群[7]，是柴达木地块古老变质结晶基底，与石墨矿的成矿关系十分密切，多呈北西—南东向或近东西向展布。该套地层经历了多期次构造—岩浆活动的强烈改造，为一套变质变形强烈、岩性横向变化较大、层状无序的中—深变质岩系。

本区位于阿尔金构造带的中段，阿尔金边界断裂南侧发育次级NE向、近EW向、NW向断裂，其中以近东西向断裂规模最大，其他方向断裂次之。断裂普遍具有长期、多次、复杂活动特征。区内岩浆活动频繁而剧烈，岩浆岩分布广泛且规模较大。其中侵入岩从超基性—酸性均可见到且岩石类型繁多，分属于晋宁期、加里东期、华力西期及印支期，其中尤以华力西期中酸性侵入岩最为发育。基性及超基性岩多呈脉状零星分布。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层较为单一，主要为古元古代达肯大坂岩群大理岩组(Pt1d2)和第四系(Q)洪冲积物(图1b)。古元古代达肯大坂岩群大理岩组出露岩性主要为透辉石大理岩、黑云斜长片麻岩、含石墨大理岩、斜长角闪片岩偶夹石英岩。

图1 研究区大地构造位置(a)及大通沟南山石墨矿床地质(b)

2.2 构造

矿区古元古代达肯大坂岩群中，岩石普遍经历了深层次的韧性剪切变形和后期脆性变形叠加改造。韧性剪切使岩石发生深层次的塑性流变，形成各种塑性流变褶皱；脆性变形在岩层中形成以构造面理为主变形面的短轴背形、向形构造，褶皱轴向以北西向为主，局部呈近南北向，宏观上褶皱轴向多呈波状弯曲，核部较为开阔，枢纽向南东倾伏。

断裂构造主要为F1断裂，从矿区西南穿过，出露长4km，走向84°，发育于达肯大坂岩群及早石炭世闪长岩中，断层通过处岩石挤压破碎。

2.3 侵入岩

矿区侵入岩主要为早石炭世黑云斜长花岗岩和闪长岩，大面积出露于矿区中南部。岩体侵入于古元古代达肯大坂岩群大理岩组中的片麻岩、片岩、大理岩中，围岩发生硅化、角岩化等蚀变。

2.4 变质作用及变质岩

(1) 区域变质作用及变质岩。

区域变质作用主要为区域动力热流变质作用，所形成的变质岩为古元古代达肯大坂岩群，主要岩石类型有片麻岩类、斜长角闪岩类、大理岩类和片岩类，主要特征变质矿物为矽线石、石榴子石、角闪石、黑云母、斜长石等，变质程度从片岩相—麻粒岩相均有[8-9]，原岩恢复一般为泥砂质碎屑岩夹碳酸盐岩及中基性火山岩建造[4,10-11]。由于受后期构造叠加改造，区内岩石中退变质作用比较明显，出现绢云母、绿泥石、钠长石、绿帘石等变质矿物。

(2) 动力变质作用及变质岩。

区内动力变质作用较为强烈，所形成的动力变质岩主要沿规模较大的断裂带和韧性剪切带分布。韧性剪切带内各种塑性流变组构、条纹条带状构造及眼球状构造等比较发育，岩石普遍糜棱岩化，发育以糜棱岩化、初糜棱岩、糜棱岩、超糜棱岩为主的动力变质岩，变质环境一般为低绿片岩相；在脆性断裂带中均有动力变质岩分布，岩石类型有构造角砾岩和碎裂岩。

(3) 接触变质作用及变质岩。

区内岩浆活动十分频繁，从加里东期到印支期均有岩浆侵入活动，所形成的接触变质岩在区内分布较广，在中酸性侵入岩与周围岩石接触带发生热蚀变作用，使周围岩石产生角岩化、硅化、绢云母化、碳酸盐化，形成宽约数米至数十米不等变质带。

3 矿床地质特征

3.1 矿带特征

含矿带由南西向北东分为三个带，南部I号带规模最大，呈向北东凸出弧形展布，南东段呈北北西向、北西段呈北西西向，延伸约6.8km，为区内石墨矿找矿远景地带，其中在该带南东段长约2km范围内，通过工作已经圈定了Ⅰ-M1矿体和Ⅰ-M2矿化体；中部II号带呈北西向展布，长约800m，圈出了Ⅱ-M1矿体和Ⅱ-M2、Ⅱ-M3矿化体2条；北部Ⅲ号矿带呈北西向展布，长约300m，圈出Ⅲ-M1矿体和Ⅲ-M2矿化体，三个带共圈出工业矿体3条、矿化体4条。

3.2 矿体特征

含矿岩性均为透辉石大理岩，矿体呈层状、似层状产于大理岩中，与岩层产状基本一致，受褶皱构造影响沿走向呈波状弯曲，往延深方向一般较稳定(图2a、b)。

Ⅰ-M1矿体：由10条探槽和8个钻孔控制。地表矿体出露连续，地表槽探工程控制间距为40～200m，控制M1矿体长达1.6km。矿体形态简单，呈层状、似层状，地表有分枝复合现象，矿体产状变化不大，为30～60°∠60～75°，矿体厚度1.41～17.86m，平均8.82m，厚度变化系数为58.15%，沿走向地表变化较大，深部变化趋向稳定。矿体固定碳单样品位最低0.15%，最高10.07%，矿体平均品位为4.3%，品位变化系数40.86%。单工程最高品位5.53% (ZK0401)，最低3.01%(TC1601)，平均4.26%。

图2 大通沟南山石墨矿石标本及镜下照片

中部Ⅱ号带Ⅱ-M1矿体由4条探槽控制，控制矿体长度约728m，矿体真厚度0.93～19.40m，矿体产状：22～220°∠69～83°，单工程固定碳平均品位为3.37%～5.59%，最高品位7.51%。

Ⅱ-M2矿化体由1条探槽控制，矿体长约728m，矿体真厚度2.33m，矿体产状213°∠74°，固定碳平均品位为2.97%。

Ⅲ-M1矿体由2条探槽控制，控制矿体长度约288m，矿体真厚度6.34～9.1m，矿体产状：25～53°∠58～75°，单工程固定碳平均品位为3.71%～3.42%。

Ⅲ-M2矿化体由2条探槽控制，控制长度286m，矿体真厚度为0.81～1.0m，单工程固定碳平均品位为3.84%～5.70%。

3.3 矿石特征

(1) 矿石的矿物成分。

按石墨的结晶程度划分为晶质(鳞片状)石墨矿；按其所赋岩石类型，属大理岩型。矿石一般呈半自形—他形粒状结构、粒状鳞片变晶结构，浸染状构造，石墨含量一般为1%～10%，主要呈鳞片状，为0.005～0.25mm的单晶或聚晶(图2e、f)，局部为0.2mm左右的他形团斑，浸染于脉石粒间和其节理中。鳞片长多数在0.01～0.05mm之间，黑灰、铅灰色，微粒状、似片状、带状，零星均匀分布在脉石矿物中间断续定向排列，生成早于黄铁矿。

(2) 矿石结构构造。

矿石结构主要为鳞片变晶结构(图2d)。构造有块状构造(图2c)、条带状构造。地表矿石风化，条带状构造明显，深部钻孔中矿石多呈致密块状，条带状构造不太明显。

(3) 矿石的化学成分。

该区矿石呈现高硅钙而低镁铝的特点。晶质石墨矿床矿石中主要有害杂质铁、硫、磷的含量，各个矿床由于矿床类型和矿石类型的区别而不尽相同，一般要求含量为：Fe2O3(3～10)×10-6，S(1～4)×10-6，P2O5(0.02～0.55)×10-6。本矿床矿石中总体来说，有害杂质含量不高，且通过选矿后一般即可基本脱除。

4 成矿条件及矿床成因浅析

4.1 成矿地质条件

大通沟南山石墨矿床的形成主要受地层、构造、岩浆岩等因素控制，地层和构造为关键控矿因素。

4.1.1 地层

达肯大阪岩群时代为古元古代[12]，属元古界中—深变质岩系，变质程度达角闪岩相—麻粒岩相。含矿岩性主要为条带状透辉石大理岩(图3a)，含石墨大理岩，岩性原岩建造多属粘土岩—碳酸盐岩—基性火山岩[2]，沉积于近陆源浅海滨海地带，还原条件良好，有机质丰富，为石墨成矿提供了丰富的物质来源。由于成矿前岩性和原始炭质含量的变化，可以造成矿体的连续性和厚度的变化[1]。矿体受沉积变质作用影响，产状多与围岩较一致(图3b)，呈层状、似层状或透镜状分布，延伸较稳定(图3c)，长度可达几十米至数百米。地层控矿具有多层性(图3d)，同一地层的不同高度可见多条矿体近平行产出。

我国区域变质型石墨矿床矿源层的沉积时代从新太古代延续到寒武纪，石墨矿的赋矿地层层位主要为古元古代的变质地层[13]，即元古界的孔兹岩系，在佳木斯地块，含石墨矿床地层的沉积时代为新元古代[14]，华北地台，含矿地层的沉积时代为古元古代[15](见下表)。我国区域变质型石墨矿床多产于中—深变质岩系中，主要岩性有片麻岩、片岩、大理岩、石英岩、斜长角闪岩等[16]。

大通沟南山石墨矿与我国东部地区典型石墨矿床对比

4.1.2 构造

我国大部分石墨矿床主要产于古老地台、地块周缘及大地构造隆起区或断裂岩浆带上[16]。大通沟南山石墨矿床同样产于大地构造隆起带和断裂构造—岩浆岩带中，且矿体主要产于古元古代变质岩地层中，但其构造背景与我国东部地区产于古老地台或地块周缘的晶质石墨矿床有很大区别。如黑龙江柳毛、山东南墅等特大型石墨矿床是稳定地台或古老变质结晶基底中的产物，石墨多呈大鳞片状分布于片麻岩中，而大通沟南山石墨矿床产于阿尔金构造活动带，矿体受变质岩地层和断裂构造双重控制。大通沟石墨矿区的石墨矿床受区域动力变质作用影响较大(图3e、f)，致使石墨矿体普遍赋存于大理岩或斜长角闪片岩的构造裂隙或局部拉张/压扭性构造界面中，石墨以较小的鳞片状产于大理岩中。

4.1.3 岩浆岩

矿区的石墨矿化往往与大理岩接触的中酸性侵入岩体等有密切的关系，接触带地段的石墨矿化通常与石英脉相伴产出。大通沟南山石墨矿区南平行矿带中的石墨矿化产于二长花岗岩体与大理岩和斜长角闪片岩、斜长花岗岩的接触地段，矿化体主体位于斜长角闪片岩中；主矿区局部地段石墨矿体产于黑云母斜长花岗岩体与条带状透辉石大理岩的接触带中，矿体主体位于大理岩中。岩浆岩的广泛发育为矿床的形成提供了成矿所需的温度和压力，为矿床的形成奠定了良好的热力条件和变质条件。

4.2 矿床成因

一般典型的区域变质型石墨矿床多产于孔达岩系(一套富含石墨高铝的片岩、片麻岩，同时夹有大理岩、石英岩等副变质岩石组合)和与之类似的变质沉积岩系中[17]。关于其原岩建造的性质和沉积环境，基本统一认为是稳定构造背景下生物活动强烈的浅海—滨海相的碳硅泥岩建造，经受中、高级区域变质作用形成晶质石墨矿床[2]。

图3 大通沟南山石墨矿床构造控矿照片

研究区内石墨矿化体直接赋存于大理岩或斜长角闪片岩中，矿床成因类型应属区域变质型。然而，与我国东部典型晶质石墨矿床还有很大的不同，石墨矿(化)体均不同程度地产于大理岩或斜长角闪片岩中或其构造裂隙中，这可能与后期(古生代—中生代)大面积的构造—岩浆活动改造有关。研究区广泛发育有中性—中酸性岩体，为石墨矿床的形成提供了良好的变质作用和热力条件，即石墨矿体的形成可能在一定程度上与后期叠加热变质过程有关。因此，本文认为大通沟南山晶质石墨矿床具有区域变质+构造—岩浆改造的特征，总体属区域变质型+接触变质型石墨矿床。另外，石墨矿床可能还经历了后期构造—岩浆活动的破坏和叠加热变质作用。

5 可利用性评价

5.1 石墨矿石性质研究

通过对原矿进行化学多项分析，X-射线衍射分析(见图4)表明，矿石中有用矿物为石墨，主要的脉石矿物是方解石、石英，其次是白云母、白云石和钾长石。

图4 原矿X-射线衍射图谱

石墨多为叶片状、鳞片状，呈粒间分布(图5a)，易于单体解离，部分呈微细粒不规则状星散分布在脉石矿物中，粒度粗细不均(图5c)。由于受后期构造作用，部分鳞片状石墨多发生揉皱变形。

石墨嵌布形式主要呈两种类型：①石墨呈浸染状分布在石英、方解石脉石矿物粒间，石墨的延伸方向与岩石的片理方向一致。这种形式的石墨结晶粒度相对较粗，粒径一般在0.01～0.05mm，结晶较好；②石墨呈极微细粒的，呈浸染状分布在矿石中，这部分石墨的粒度一般在0.01mm以下，多不具定向分布。

从石墨的赋矿岩石性质来看，主要有以下两种：①石墨分布在以长石、方解石和石英为主的片麻岩中，这种形式的石墨多呈定向分布在局部的细脉中，粒度极细，石墨品位较高(图5d)；②石墨呈浸染状分布在大理岩中，粒度稍粗，具备定向分布特征(图5b)，石墨品位变化较大。

图6 大通沟南山石墨矿床晶质石墨镜下特征

5.2 选矿试验研究

通过对破碎后的-2mm原矿进行粒度筛析，分析各粒级的固定碳含量。各粒级固定碳含量相差不大，较为均匀，这也表明矿石中石墨的嵌布粒度较细。

根据该石墨矿矿石性质，结合类似石墨矿选矿经验，进行了不同再磨次数、不同精选次数的选别流程探索，综合考虑，确定流程：“一段粗磨，一次粗选，一次扫选，粗精矿一次精选，精矿1一段剥片再磨再选，精矿2二段剥片再磨再选，精矿3三段剥片再磨再选，精矿4四段剥片再磨再选，共七次精选”为最终开路流程。最终开路流程指标为：精矿产率6.27%，固定碳品位85.52%，回收率39.66%。

在开放试验的基础上进行了闭路试验，最终闭路试验结果显示：最终精矿产率11.38%，精矿固定碳品位83.34%，回收率78.90%，所选出的精矿达到鳞片石墨产品分类中的中碳石墨的质量要求。

5.3 可利用性评价

研究区石墨矿石品位不高，需经选矿才能得到符合工业要求的高纯度鳞片石墨产品。矿石虽然多属贫矿石，矿床平均品位不高，但矿石组成简单，片状或泥质物较小，有利于分选。经闭路试验结果显示，所选出的鳞片石墨可以达到国家标准。

大通沟南山石墨矿床产于古元古界达肯大坂岩群变质岩系中，岩性主要为含石墨透辉石大理岩，岩石为中细粒结构，块层状构造。矿体规模较大，且受构造破坏程度小，矿体稳定性好。矿体倾角大，一般60～70°，风化不强烈，矿石主要为原生矿，主矿体平均厚度为9.77m，沿走向厚度、品位均稳定，适宜地下开采。根据石墨矿体的成矿地质特征分析认为，其成因类型属于区域变质型+接触变质型石墨矿床，该石墨矿体规模较大，已达中型，且成矿潜力较大，找矿远景巨大。

大通沟南山石墨矿床潜在经济价值较大，并有良好的找矿前景。加之矿床开采技术条件较好，矿石选矿及加工技术条件较为成熟，矿床开发技术条件除生产生活用水条件较差外均具优势，矿床开发的经济和社会效益均较显著，而作为我国石墨资源储备也具长远战略意义。因此，矿床勘查开发价值十分明显。

6 结论

(1) 大通沟南山石墨矿床的赋矿围岩主要为古元古界达肯大阪群变质岩系中的大理岩组。石墨矿化体主要呈层状、似层状产于大理岩中，矿体与岩层产状基本一致，岩性主要为透辉石大理岩。矿体主要受地层控制，构造和岩浆作用主要在成矿作用后期对矿体进行改造。

(2) 通过对成矿地质条件的归纳总结，以及与我国东部地区典型区域变质型石墨矿床的对比研究，认为大通沟南山石墨矿床与典型区域变质型石墨矿床有一定的区别，具有区域变质+构造岩浆改造的特征，属区域变质型+接触变质型石墨矿床。

(3) 选矿试验表明，矿物组成简单，主要的有用矿物是石墨，金属矿物主要是褐铁矿，脉石矿物主要是方解石、石英。石墨以微细粒嵌布为主，该矿中石墨虽然粒度微细，但是多为粒间分布，有利于解离。虽然矿石品位不高，但通过选矿试验研究后，可以得到符合工业要求的高纯度鳞片石墨。

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Geological Background Analysis and Exploitability Evaluation of Datonggou Nanshan Graphite Deposit From the North Qaidam

FENG Yue-chuan1, WEI Jun-hao1, ZHAO Shao-qing2, YAN Mao-qiang1, LI Guo-meng1
(1. China University of Geosciences (Wuhan), College of Resources, Wuahn 430074, China; 2. Yangtze University, College of Earth Science, Wuhan 430100, China)

Datonggou Nanshan graphite ore deposit is located in the northwest edge of Qaidam basin, Arkin structural belt, and it's main ore rock is marble formation of Paleoproterozoic Dakendaban metamorphic rocks. Ore body mainly presents as layer or like layer in the marble, the lithology is mainly diopside marble. By the analysis and sum-up of metallogenic conditions of the deposit as well as comparative study on the typical crystal graphite ore deposits in eastern China, we think that Datonggou Nanshan graphite ore deposit belongs to regional metamorphism type add contact metamorphic type graphite ore deposit. Comabining with ore dressing experiment results, we made analysis of selection and evaluation of availability for the deposit. Datonggou Nanshan graphite ore deposit ore grade is not high, but it can be obtained to meet the requirements of industrial scales crystal graphite after separation. This deposit has big potential economic value and good prospecting prospect.

north edge of Qaidam basin; crystal graphite; ore-forming geological conditions; evaluation of availability

P619.252

A

1007-9386(2017)02-0043-06

2016-12-07