黑龙江萝北云山石墨矿床地质特征

刘彦林

（中国建筑材料工业地质勘查中心黑龙江总队，黑龙江 哈尔滨 150040)

石墨具有优异的润滑性、耐高温性、导电性、涂敷性和可塑性等性能。随着石墨新材料的发展，我国已将石墨列为战略性新兴产业矿产[1]。黑龙江省石墨资源丰富，累计探明石墨矿资源储量居全国之首[2]，其中萝北县云山石墨矿为省内著名的大型石墨矿之一。本文对云山石墨矿床地质特征进行了分析，探讨其地质意义，为该地区石墨资源的系统开发以及提升综合利用价值提供参考数据。

1 区域地质背景

黑龙江萝北云山石墨矿床大地构造位置位于佳木斯地块北缘的四方山背斜的北东翼[3]。大地构造单元位于佳木斯隆起北部的萝北—嘉荫变质岩地块南端。西邻牡丹江经向构造带，南为三江坳陷的北缘，东接黑龙江断裂，并且处在依兰—伊通断裂北东端的北西侧。出露地层主要有下元古界麻山群和兴东群变质岩系，其上不整合覆盖有上白垩统猴石沟组和第四系[4]。区内断裂褶皱构造发育。矿区主要含矿地层为麻山群柳毛组，混合岩和混合花岗岩发育[5]。矿区内侵入岩以混合花岗岩脉为主，还有少量的斜长角闪岩和石英脉等，偶见有闪长玢岩呈细小脉状侵入。混合花岗岩脉大部分与矿体产状平行，少部分斜切矿体。受其影响的石墨矿体有程度不等的混合岩化或硅化。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层有下元古界麻山群柳毛组和第四系，分别占总面积的85%和14.5%。

(1) 柳毛组(Pt1lm)。

分布于矿区27线和40线间。走向北北东或南北向，东侧北部转呈北北西向，倾向南东东或南东、北北东，倾角30～50°。由于褶皱构造，地层强烈褶曲和揉皱，加之混合花岗岩的影响，矿区内地层层序不全，上、下限不清。区内柳毛组是一套区域变质程度中—深，而混合岩化作用是比较强烈的变质岩地层。地层分布中东部和西部为大面积混合岩，中间部分多呈扁豆状，岩性比较简单，变化大。岩性变化比较明显，中间部分的北部大量出露混合岩、片麻岩，南部为含石墨云母石英片岩、黑云斜长片岩、变粒岩、石英岩、斜黝帘石等。地层宽度、长度变化很大。石墨矿即赋存在本组地层中，分布在倒转倾伏背斜的两翼层位中(图1)。

图1 黑龙江省萝北县云山石墨矿区地形地质图

柳毛组为石墨矿体赋矿层位，其岩性为沉积变质岩，决定了石墨矿成因类型为沉积变质型。赋含石墨的岩石类型决定了石墨的矿石类型。含石墨岩石的分布特征及规模一定程度上影响了石墨矿体的规模和产出特征。柳毛组地层为该区域石墨找矿的重要地质线索之一。

(2) 第四系(Q4)。

除残坡积层外，主要为现代河流沉积。由粘土、砂和砾石等组成，厚度10.50m。

2.2 构造

2.2.1 褶皱

矿区位于云山复向斜次一级的四方山背斜的北东翼，属倒转倾伏背斜构造，由柳毛组构成，长3 600m。轴向350°，倾向70～145°，倾角30～50°。背斜南端被第四系覆盖，西北翼走向变化较大，东侧20°左右。西侧近南北向，倾向100～145°，倾角25～60°，局部较陡65～80°。东南翼的西侧走向340°左右，而东侧近南北向，倾向35～160°，倾角24～60°。东南翼地层被F4断层错动，明显发生位移。两翼岩层对称性比较好。

褶皱构造控矿作用明显，矿体的空间分布及产状特征受褶皱构造相关特征制约，如矿体呈南北展布与褶皱轴向相近。东侧矿的南北向展布、东南侧矿体的北西向展布，都与其褶皱构造东翼地层产状一致。

2.2.2 断层

根据地层性质、产状和形成顺序，可以分为南北、北东和北西向三组。

(1) 南北向断层处于IVE、VE、VIE号矿体中间，矿体明显错断北移。断层长3km。向东南倾斜，倾角50°。地貌上为窄长的沟谷。形成的时间为元古代末期。该断层切割了柳毛组地层和混合花岗岩，属平移正断层。

(2) 北东向地层以F1、F3为代表，发生在黑云斜长片麻岩、混合岩间，岩层明显错断位移。断层长0.4km，倾向南东，倾角40°左右。沿沟谷分布，形成时间为元古代末期。该断层切割了柳毛组地层和混合花岗岩，属平移断层。

(3) 北西向断层以F5鸭蛋河断层为主，分布在区内西南部，沿鸭蛋河谷分布。F2断层，发生在VIE号矿体内的层间断层。长80m，宽3～10cm。倾向212°，倾角40°。斜切矿体和岩层，形成时间比南北向断层晚。断层带内矿石极其破碎，呈角粒状和断层泥，在断层面上可见到擦痕。属于正断层。

断层的发育破坏了矿体的连续性，对矿体的开采带来不利影响。断层为正断层，断层面及破碎带往往是地下水的储水层和运移通道，对开采技术条件提出了更高要求，对此应加以关注。

2.2.3 破碎带

区内破碎带主要分为南北，北东和北西向三组。

(1) 南北向破碎带分布在24～16线的TC23、TC16探槽中，32线的TC25探槽中，3～7线间的RG281中人工观察点，0线TC18探槽中。破碎带内，矿石和岩石及其破碎、呈角砾状或构造角砾岩。形成时间为元古代末期。是由于南北向挤压应力长期作用下，形成的一系列南北向挤压破碎带，属于逆断层。

(2) 北东向破碎带分布在0线TC17探槽中，8线TC19探槽北侧RG240，8线TC21探槽中。破碎带发生在矿体中。破碎带内矿石极其破碎，多呈破碎泥，见少量矿体角砾，呈杂乱状态分布在破碎泥中。倾向65～110°，倾角45～85°，形成时间为元古代末期，属于正断层。

(3) 北西向破碎带分布在8线TC21探槽中，TC22探槽中，0线TC18探槽中，长100～200m，宽1.60～4.50m。破碎带内矿石和岩石破碎，呈角砾状和破碎泥，角砾杂乱分布在破碎泥中。倾向40～70°，倾角35～45°。形成时间晚于南北向破碎带，属于正断层。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

3.1.1 矿体的分布规模及变化规律

矿体赋存于下元古界麻山群柳毛组变质岩中。矿带总体走向近南北，主要富集地段宽1 800m，呈现出北部收敛，南部散开的带状矿体群展现。矿体数量多，规模大，储量集中。单个矿体长100～2 840m不等，垂直厚度4.50～112.19m。呈似层状、透镜状。倾向北东或南东，倾角20～65°。

矿体主要受地层控制，呈层状，矿体产状与地层一致。矿体与围岩(结晶片岩、片状云母石英岩、黑云斜长片麻岩、变粒岩、斜黝帘石透辉石岩、混合岩、大理岩等)产状一致，整合接触。两者间界面多数清楚，过渡者少见。

3.1.2 矿体特征

本区各矿体分布集中，成群出现，矿体与矿体间相距很近，其间距一般为几米至二、三十米。主要矿体共计6条，具体特征如下。

(1) ⅠW号矿体。

出露在7～32线间，赋存在1层位中。矿体长2 840m，最大垂直厚度114.9m，平均66.9m。推深282m。矿层石墨最高品位14.56%，平均11.13%，品位较稳定，变化不大，由地表向深部略有变富趋势。矿体呈似层状，中段宽大，北端变窄。倾向65～120°，倾角30～35°。矿体北端尖灭在含石墨云母石英片岩中，南端被第四系覆盖。矿体中夹层较多，宽度一般不大，为3～12m，夹石岩性为混合花岗岩、混合岩、石墨石英片岩、斜长角闪岩及含石榴子石石英岩等。

(2) ⅢW号矿体。

出露在19～32线间，赋存在2层位中。矿体长2 270m，最大垂直厚度102.85m，平均60.54m，南部厚度大，向北变薄，控制深度285m尚未尖灭。矿层最高品位13.39%，平均12.10%，地表较富，向深部有变贫趋势。矿体呈似层状，南部宽，向北变窄，倾向97～125°，倾角30～50°。矿体两端被第四系覆盖。矿体中夹层相对较少，宽3～4m，岩性为混合花岗岩、混合岩、片状石英岩及云母石英片岩。

(3) ⅢE号矿体。

出露在19～20线间，赋存在2层位中。矿体长1 775m，最大垂直厚度51.08m，平均37.74m，控制深度110m。矿层最高品位15.43%，平均12.01%，品位北端富，向南变贫。矿体呈似层状，宽度变化不大，倾向30～70°，倾角20～30°，南北两端被第四系覆盖。矿体中夹层南部较多，岩性为混合花岗岩、条带状混合岩、片状石英岩、绢云母石英片岩、含石墨石英岩、矽线石榴黑云片岩及大理岩。

(4) ⅤE号矿体。

出露在3～40线，赋存在3层位中。矿体长2 060m，最大垂直厚度165.47m，平均105.85m，控制深度268m。矿产最高品位9.73%，平均8.28%，品位均匀，变化不大。矿体呈似层状，宽度变化不大，倾向30～110°，倾角35～56°，矿体北端尖灭在黑云斜长片麻岩中，南端被第四系覆盖。矿体中被F4断层错断。矿体两端多夹层，夹层岩性为条带状混合岩、云母石英片岩、混合花岗岩、云母斜长变粒岩、绢云石英岩及构造破碎泥。

(5) ⅥE号矿体。

出露在7～40线间，赋存在3层位中。矿体长2 650m，最大垂直厚度177.73m，平均112.19 m，品位均匀，变化不大，矿层最高品位12.16%，平均9.66%。矿体呈似层状，中南部宽度大，北部变窄，倾向80～140°，倾角37～45°。矿体北端尖灭在混合岩中，南端被第四系覆盖。矿体北部在0～4线被F4断层错断。矿体中夹层两端多中间少，岩性为云母斜长片岩、片状石英岩、云母石英岩、混合花岗岩、混合岩、石英岩等。

(6) ⅦE号矿体。

出露在8～40线间，赋存在4层位中。矿体长1 440m，最大垂直厚度62.85m，平均厚42.43m，控制深度212m。矿层最高品位15.81%，平均11.16%，品位纵向变化呈现中段高，两端变贫趋势。矿体呈似层状，南部宽，北部窄，倾向60～120°，倾角30～52°。矿体北端尖灭在混合岩中，南端被第四系覆盖。

通过前面的叙述可以看出，矿体具有如下特征：①矿体规模大，各矿体走向方向延伸长，厚度方向矿层厚，均展示矿体规模较大，其反映沉积作用发生时，沉积环境和物质供应相对稳定；②矿体空间展布的稳定，反映后期构造作用的影响以柔性变形为主导，脆性变形的断裂构造及岩体破坏作用相对处于弱势；③矿体产状变化大，无论走向、倾向及倾角都有较大变化，该特征充分证明矿体受褶皱构造控制作用明显，矿体赋存于褶皱构造的翼部，而老变质岩区褶皱构造变形强烈且复杂，从而导致了矿体产状的不稳定；④矿体在剖面上呈层状多次重复出现，以复式矿体形式存在，反应沉积作用及沉积环境韵律性的特点。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石的化学成分

矿石的化学组成见表1，主要为SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3、MgO、TiO2。矿石样品中SiO2的含量均最高，为51.34%～69.99%。其次为Al2O3，含量为11.51%～20.63%，Fe2O3与CaO含量相近。

表1 云山石墨矿床矿石样品的化学组成 (单位：%)

3.2.2 矿石的矿物组成、结构构造

矿石的矿物由矿石矿物和脉石矿物组成。结合XRD衍射图(图2)和光学显微图片(图3)可知：矿石矿物为石墨，石墨呈鳞片状和叶片状结构，具定向排列。石墨与共生脉石矿物成片状、团块状和似条带状构造。石墨呈显晶质，以鳞片状为主，此为叶片状，个别呈板状。片大小一般在0.05～1.5mm，个别大者3～5mm。其中0.05～0.3mm，占40%～50%，0.4～0.5mm占50%～60%。石墨含量一般在10%～30%，最高45%。

图2 矿石样品XRD图谱

脉石矿物由石英、云母、长石、矽线石、斜黝帘石、透闪石、少量的电气石、金红石、锆石、榍石、透辉石、磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、褐铁矿、黄铜矿、钙钒榴石等组成。

图3 光学显微镜下矿物的赋存状态显微照片

石英为粒状，粒径0.1～2mm，粒间镶嵌，构成花岗变晶结构或呈单晶分布在斜长石晶粒间。云母由绢云母、黑云母和白云母组成。呈片状，片长0.1～0.6mm，分布在石墨，石英间隙间。长石为他形晶粒状，粒径0.05～1mm，分布在石英、石墨颗粒间。斜黝帘石为他形粒状，长柱状，柱长0.2～2mm，长轴平行于片理排列，分布在矿石中。

3.2.3 矿石类型

矿石自然类型按矿石结构、构造、矿物共生组合特征分类。主要有石英石墨矿、矽线石墨矿，其次为斜长石墨矿、变粒岩石墨矿、混合岩型石墨矿、钙质(大理岩型)石墨矿，透辉岩型石墨矿、石英岩型石墨矿、片麻岩型石墨矿、混合花岗岩型石墨矿。该石墨矿区矿石类型多样，反映赋矿岩石类型的多样性。从另一方面反映了变质作用的复杂性。石墨矿石工业类型为晶质(鳞片状)石墨矿。

4 结语

萝北县石墨资源丰富，开发潜力巨大，是黑龙江省矿业经济的重要承载区。本文对云山石墨矿的地质特征进行较详细的阐述，分析其成矿规律，为该区域石墨矿的找矿及开发工作提供借鉴和参考。