肃北白台沟东晶质石墨矿床地质特征及成因探讨

付 全，张银定，薛 涛

(甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院,甘肃 酒泉 735000)

石墨是重要的工业矿物原料，主要用于耐火材料、钢铁工业等领域，根据结晶形态不同分为晶质石墨和隐晶质石墨。晶质石墨是战略性非金属矿产资源，目前广泛应用于新兴材料、机械、能源、国防、航天工业等领域，是我国继稀土外的又一优势矿产。随着现代工业与高新科技的突飞猛进，世界各国尤其是发达国家对石墨资源越来越重视，国际市场需求将保持较快增长，石墨市场前景非常广阔[1]。

肃北白台沟东晶质石墨矿位于甘肃省肃北县东65km的白台沟一带，行政区划隶属甘肃省肃北县党城湾镇管辖，交通便利。该区333+(334)?类晶质石墨资源量207.54万t，矿床规模达大型。

1 区域地质背景

白台沟东晶质石墨矿大地构造位置位于阿尔金大断裂北侧、敦煌基底杂岩隆起，属阿尔金大断裂北侧梧桐沟—红柳峡太古宙—古元古代敦煌岩群基底岩系铅锌、铁、石墨成矿带。强烈的区域深变质作用和后期的构造运动为金属及非金属矿产的形成提供了物源富集和储存空间，并具备了一定的成矿物理、化学条件，使该区域成为矿化集中区[2]。区域上出露地层主要为古元古界敦煌岩群，呈近东西向展布。侵入岩主要为吕梁期黑云二长花岗岩，出露面积小。受阿尔金断裂影响，区域上断裂、褶皱构造极为发育，构造变形产生的高温高压作用，使敦煌岩群发生混合岩化作用，对晶质石墨成矿后期片径加大具促进作用[3-4](图1)。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层较为简单，敦煌岩群(ArPtD)几乎覆盖整个勘查区(图2)。该套地层时代老，经过漫长的区域变质及构造改造，地层层序已不可辩，属局部有序、整体无序地层。按岩石组合划分为A岩组和B岩组。其中B岩组又分为两个岩段，2岩段含晶质石墨，主要岩石组合为二云石英片岩、透闪石化大理岩、斜长角闪岩及石墨二云石英片岩。

2.2 岩浆岩

矿区内岩浆岩不发育，仅发育少量脉岩，以花岗岩脉、花岗伟晶岩脉为主，少见闪长玢岩脉、石英脉等。脉岩的发育为晶质石墨片径进一步生长变大提供热源。

图1 区域地质简图

图2 白台沟东晶质石墨矿地质简图

2.3 构造

受阿尔金断裂影响，矿区内构造较为发育，主要以断裂为主，断裂可分为两组，一组为近东西向—北西向断裂，该组断裂控制了勘查区内地层的走向；另外一组为近南北向平移断层，该组断裂切断了地层在走向上的延伸，使其出现错位，错失的现象。

2.4 变质作用及围岩蚀变

(1)区域变质作用。

矿区内主要变质作用为区域变质作用，构成勘查区内变质岩系的主体，出现的岩石有片岩、斜长角闪岩、大理岩等。区内沉积固结成岩后，岩石普遍遭受不同程度的区域性动力热流变质作用。随着温度、压力的产生及变化，导致先成岩石、矿物所处物理、化学条件发生改变。随着变质程度的加深，温度和压力作用逐渐增大而成为主要变质因素，产生变质热液、并伴随有变质分异和交代作用。在上述作用下，形成了敦煌岩群一套中深变质的区域变质岩。

(2)动力变质作用。

由于构造发育，动力变质作用亦对矿区地层产生影响，动力变质作用为热液、含矿热液的运移扩散、交代充填创造了良好的通道和空间停积场所。矿区内构造产生的高温高压，使敦煌岩群发生混合岩化，

也为晶质石墨片径生长变大提供热源。

矿区内围岩蚀变主要有黄钾铁钒矿化、绿泥石化、高岭土化、硅化、透闪石化及碳酸盐化。其中，黄钾铁钒化是区内最重要的蚀变类型，主要见于晶质石墨矿体中，是与晶质石墨共生的黄铁矿氧化所致，可作为区内直接的找矿标志。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区内共圈定晶质石墨矿体31条(表1)，矿体均赋存于敦煌岩群B岩组2岩段的二云石英片岩中，呈层状、似层状、透镜状东西向展布，长60～3 760m。厚度2～16.89m，控制斜深10～308m，固定碳平均品位2.06%～6.09%。整体北倾，倾角60°～75°。

C6-2主矿体地表8个探槽控制，长1765m，深部施工钻孔9个，控制最大斜深308m，赋矿标高2 684～3 196m，单工程厚度4.98～72.06m，平均厚度10.07m，厚度变化系数99.50%，单工程固定碳含量2.27%～4.27%，平均品位3.07%，品位变化系数17.12%(图3、图4)。

表1 白台沟东晶质石墨矿矿体特征

3.2 矿石特征

(1)矿石结构构造：矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构，矿石构造为片状构造，矿石矿物构造为稀疏浸染状构造(图5、6)。

(2)矿石矿物成分：矿石矿物为晶质石墨，呈鳞片状，稀疏浸染状不均匀分布，含量2%～20%，通过189件光片统计其含量主要集中在3%～8%之间(图7)，可辨鳞片粒度约 0.003×0.02 ～ 0.05×0.4mm±，多数片径集中在0.04～0.2mm；光片统计＞100目以上的石墨占51.86%(图8)，矿石中石墨主要呈片状定向排列，与周围脉石矿物接触界线平直(图9)。

(3)矿石化学成分：矿石中固定碳平均含量4.10%，其他主要化学成分为 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO、P2O5、FeO，挥发分为 SO3、SO2、H2O+、H2O-(表 2)。

(4)矿石类型：矿区内矿石自然类型均为二云石英片岩型晶质石墨矿石。矿石片径＞100目的占51.86%，工业类型属晶质石墨(鳞片状石墨)，对比邻区选矿实验样，本区晶质石墨精矿属高碳石墨范畴，主要可用于润滑剂基料、涂料、电刷原料及电炭制品等，利用前景好。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

(1)控矿因素。

勘查区内晶质石墨矿体赋存于敦煌岩群B岩组2岩段的二云石英片岩中，矿体形态多为层状、似层状、透镜状，矿体的顶底板围岩均为二云石英片岩，与矿体呈渐变过渡关系，含矿岩系中各地层接触关系呈整合接触，为典型层控型矿床。

(2)成矿物质来源。

图3 白台沟东07勘探线剖面图

图4 C6-2矿体厚度品位变化曲线

白台沟东晶质石墨矿矿石矿物主要为晶质石墨，赋矿岩石以含石墨二云石英片岩为主，矿体的顶底板与赋矿岩石岩性一致，是一套典型的变质沉积岩组合含矿建造。石墨呈显微鳞片—鳞片状分布于脉石矿物颗粒之间，说明石墨矿质与地层岩石同时沉积[5]。

(3)含矿层形成及其演化。

图5 鳞片粒状变晶结构(透射光)

图6 稀疏浸染状构造(反射光)

图7 石墨矿物含量直方图

图8 片径统计饼状图

图9 晶质石墨矿矿石标本

表2 白台沟东晶质石墨矿矿石全分析结果

根据矿床地质特征及矿石内矿物变晶特征，初步划分为沉积期和区域变质期两大成矿期[6-7]。沉积期：伴随沉积成岩作用，碳质成分随岩石初步共同沉积，富集成矿源层。区域变质成矿期：沉积成岩后，在区域变质作用过程中，碳质成分进一步富集，随着温度、压力等条件的改变，经过变质变晶，聚集形成晶质石墨。

形成石墨矿床的条件：①碳元素的富集；②较高的温度、压力；③还原环境。勘查区赋矿岩层为敦煌岩群B岩组2岩段二云石英片岩，原岩碳质含量较高，为石墨矿床的形成提供了物质来源[8]，该区中深程度的区域变质作用使碳质结晶为鳞片状，混合岩化的广泛发育，在含矿层内较为强烈，使石墨重结晶形成的鳞片相对较大，提高了工业价值。综上所述，初步认为白台沟东晶质石墨矿矿床成因类型属沉积—变质型层控矿床。

4.2 找矿标志

(1)地层标志。

勘查区晶质石墨矿体位于敦煌岩群B岩组第二岩段(ArPtDb

2)中，岩性组合多为二云石英片岩，晶质石墨多分布于片岩中，该层位是寻找晶质石墨的直接层位。

另外，从该区及相邻多个矿区调查显示，本区大理岩与赋有晶质石墨矿的片岩层一般情况下相隔不远，在初期找矿阶段，只要在敦煌岩群B岩组2岩段中寻找到大理岩，在大理岩的两侧就可以寻找到晶质石墨含矿层。

(2)电法特征。

石墨具有良好的导电性，使用电法等物探手段具有较好的找矿效果。勘查区内晶质石墨矿表现出高极化率、低电阻率的电法特征，通过电法工作，尤其是电法剖面、激电测深手段可以有效指导找矿。

(3)地表特征。

由于晶质石墨含矿带中含黄铁矿，地表经氧化后具较强的黄钾铁矾化，呈黄色、黄褐色分布，这是野外宏观的识别标志，也是在该区域地表最直接的找矿标志。

5 结论

白台沟东晶质石墨矿层展布受地层控制，呈层状、似层状、透镜状，矿石工业类型为鳞片状晶质石墨，属高碳范畴。矿体赋存于敦煌岩群B岩组2岩段，该套变质地层和地表黄褐色黄钾铁钒化是最主要的找矿标志。矿床成因属沉积—变质型矿床。