萬隆店一帶石墨礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律初探

齊新國，譚 均，孫寶臣，王立考，王 政，門小靖

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071000)

1 引言

冀西北地區(qū)位于阿拉善隆起—華北地臺北緣西段石墨成礦帶的東部，該成礦帶中石墨礦賦存于前寒武紀(jì)變質(zhì)地層中，礦石中石墨片徑較大，易選，為我國優(yōu)質(zhì)大鱗片石墨礦的重要產(chǎn)地。著名礦床如：內(nèi)蒙古查漢木胡魯石墨礦、興和石墨礦及河北赤城龍關(guān)石墨礦。

工作區(qū)為基巖露頭較差的淺覆蓋區(qū)，以往石墨礦的勘查工作較少。區(qū)內(nèi)的康?？h萬隆店金礦在近年來的開采中發(fā)現(xiàn)圍巖中有大型規(guī)模的石墨礦。2015年以來我隊(duì)在張家口地區(qū)開展了石墨礦資源調(diào)查評價工作，相繼發(fā)現(xiàn)了張北縣義哈德大型石墨礦產(chǎn)地及康?？h后大興德石墨找礦靶區(qū)。工作區(qū)成礦地質(zhì)條件對形成區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床十分有利，對該區(qū)的成礦規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，對今后區(qū)域找礦具有一定的指導(dǎo)意義。

圖1 萬隆店地區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖

2 工作區(qū)地質(zhì)背景

大地構(gòu)造位置屬華北地臺之內(nèi)蒙地軸張北臺拱(圖1)。出露的基巖大部分為新太古界紅旗營子巖群區(qū)域變質(zhì)巖，少量為古元古界化德群區(qū)域變質(zhì)巖，局部地段有中生代侏羅系陸相火山沉積建造不整合覆蓋在變質(zhì)基底之上，第四紀(jì)覆蓋較厚且遍布全區(qū)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，不同時代、不同期次、不同規(guī)模的褶皺都有出現(xiàn)，大斷裂、韌性剪切帶及一般斷裂縱橫交錯，形成了復(fù)雜的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要有古元古代變質(zhì)侵入巖及中生代侵入巖，與侵入巖同期次的脈巖較發(fā)育(圖2)。

2.1 地層

紅旗營子巖群東井子巖組(Ar3d)：下部以二長淺粒巖為主，夾黑云斜長變粒巖、含石墨黑云斜長變粒巖、含石墨淺粒巖；中部以含石榴黑云二長變粒巖、黑云斜長變粒巖、含石墨黑云二長變粒巖、石墨二長變粒巖為主，夾二長淺粒巖、石榴二長淺粒巖及大理巖透鏡體；上部為含石墨大理巖夾透閃透輝大理巖。

上侏羅統(tǒng)張家口組(J3z)：巖性為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、火山角礫巖、粗安巖質(zhì)火山碎屑巖夾陸源碎屑沉積巖。

第四紀(jì)地層(Q)：分布于山間洼地、溝谷及山麓邊坡，為坡洪積、湖沼積、沖積及風(fēng)積物。

圖2 工作區(qū)地質(zhì)簡圖

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)的褶皺構(gòu)造形成于五臺期及呂梁期。五臺期構(gòu)造變形由于受后期變質(zhì)、變形及斷裂構(gòu)造破壞，大、中型構(gòu)造格架已很難恢復(fù)，但小型褶皺構(gòu)造較發(fā)育。呂梁期褶皺見于紅旗營子巖群中，有軸向NEENE向展布的中常同斜倒轉(zhuǎn)背、向斜構(gòu)造各1個，因地層經(jīng)歷了多期次變質(zhì)、塑性變形及巖漿侵入活動改造[1]，形態(tài)已不完整。

工作區(qū)地處東西向康?！獓鷪錾顢嗔?北)與尚義—平泉深斷裂(南)之間，斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要有近EW向、NE向、NW向三組。

2.3 侵入巖

太古代變質(zhì)深成巖：侵入于紅旗營子巖群，巖性為中細(xì)粒石榴二長片麻巖。

古元古代變質(zhì)侵入巖：主要為變質(zhì)中細(xì)粒斑狀二長花崗巖、變質(zhì)中細(xì)?；◢忛W長巖及變質(zhì)輝長輝綠巖。

中生代侵入巖：主要為中、細(xì)粒斑狀二長花崗巖。

脈巖：主要有石英脈、花崗斑巖脈、輝綠巖脈及閃長玢巖脈等。

2.4 激電異常特征

區(qū)內(nèi)巖石的視極化率(ηs )變化范圍多在1.0%～20%，按幅值可分為低緩激電異常(1.5%～2.5%)、中等激電異常(2.5%～6.0%)和強(qiáng)激電異常(6.0%～20%)。強(qiáng)激電異常一般具有規(guī)模較大、形態(tài)較規(guī)則、異常邊界梯度大等特點(diǎn)。低阻(視電阻率ρs＜200Ω·m)—高極化(ηs ＞6.16%)情況多與含石墨巖石有關(guān)。

2.5 含礦層分布特征

工作區(qū)存在南、北兩個近東西向分布的石墨含礦帶，賦存于新太古界紅旗營子巖群東井子巖組中部的含石墨二長變粒巖、石墨變粒巖及黑云二長變粒巖中。

北含礦帶出露長約6.0km，平均寬約0.66km，見礦1～2層，單層厚度一般2～30m。萬隆店石墨礦即位于該含礦帶東段。

南含礦帶出露長約9.7km，寬約2.1km。見礦1～3層，單層厚度2～9m。后大興德石墨礦化點(diǎn)位于該礦化帶西部。

3 典型礦床及礦化點(diǎn)地質(zhì)特征

3.1 康?？h萬隆店石墨礦床

礦區(qū)地層主要有新太古界紅旗營子巖群東井子巖組(Ar3d)和新生代第四紀(jì)地層(Q)?；鶐r大部分被第四紀(jì)殘坡積物所覆蓋，地層總體為一向SSW-W傾斜的單斜構(gòu)造，傾向一般200～270°，傾角20～70°。

東井子巖組(Ar3d)：下部主要以淺粒巖、變粒巖為主，以含石榴子石為特征；中部以(含)石墨變粒巖為主，局部褐鐵礦化較強(qiáng)；上部以黑云變粒巖、含石榴黑云變粒巖等為主。

礦區(qū)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，有NW、NNW向、NE向3組。

礦區(qū)巖漿巖主要為變質(zhì)輝長輝綠巖脈。

石墨礦體主要賦存于東井子巖組中部，巖性主要為含石墨變粒巖，有少量含石墨黑云變粒巖和含石墨角閃變粒巖。區(qū)內(nèi)含石墨地層厚度變化較大，一般為50～100m，向南逐漸變薄，其中共探明2個礦體(圖3)。

圖3 萬隆店石墨礦-10勘查線地質(zhì)剖面圖

K1礦體：控制長480m，延深860m，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體厚3.01～32.77m，平均厚13.17m，厚度變化系數(shù)為81%。固定碳含量2.57%～4.09%，品位變化系數(shù)11%；礦體平均品位3.47%。

K2礦體：控制長960m，最大延深860m，礦體厚3.48～78.67m，平均厚26.84m，厚度變化系數(shù)為72%。固定碳含量2.64%～4.57%，品位變化系數(shù)11%；礦體平均品位3.64%。

礦石類型為變粒巖型，粒狀、鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、弱片麻狀構(gòu)造。主要礦物成分為石英、長石，其次為黑云母、石墨、石榴子石，還有少量白云石、方解石、綠泥石、褐鐵礦、黃鐵礦等。

從礦石的化學(xué)成分(表1)分析，SiO254.32%～64.44%、A12O39.44%～12.50%、Fe2O34.71%～9.57%，SiO2+A12O3+Fe2O368.47%～86.51%，礦石中脈石礦物主要為鋁硅酸鹽類礦物。

表1 石墨礦石化學(xué)成分(%)

礦石中的石墨結(jié)晶程度較好，且多呈中粗粒嵌生。光片鑒定結(jié)果統(tǒng)計，石墨為片狀，定向排列，片徑一般為0.2～0.5mm，部分為0.1～0.2mm或1～1.5mm，最大達(dá)2mm。

浮選法回收試驗(yàn)結(jié)果：品位4.13%的礦石經(jīng)浮選最終獲得的精礦品位為86.75%，回收率為90.74%。精礦中石墨鱗片＜50目的占28.59%，50～80目的占59.60%，80～100目的占7.37%，＞100目的占4.35%。

3.2 后大興德石墨找礦靶區(qū)

位于南含礦帶西段的后大興德村—三百頃村一帶，經(jīng)激電中梯面積性測量推斷出一處長約5 400m，寬約600m的激電異常區(qū)。區(qū)內(nèi)分布有NE向斜列式交錯分布的8個長條狀激電異常體，其中5個激電特征為低阻高極化(視電阻率＜200Ω·m，視極化率＞6.16%)，且激電中梯視電阻率異常與激電中梯視極化率異常吻合較好(圖4)，推斷由含石墨地層引起。

圖4 激電中梯視電阻率與視極化率異常對比圖

槽探工程揭露，JD-4內(nèi)發(fā)現(xiàn)3個石墨礦體(圖5)，JD-6及JD-3各內(nèi)發(fā)現(xiàn)1個石墨礦體，礦體特征見表2。礦體賦存于新太古代紅旗營子群東井子巖組中，呈似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層基本一致，單礦體長1 670～2 280m，厚4.26～9.75m。固定碳含量3.05%～4.55%。

圖5 物探成果與槽探成果綜合剖面圖

表2 礦體特征

圖6 后大興德石墨礦石標(biāo)本(a)及鏡下照片(b)

礦石類型主要為石墨二長變粒巖(圖6)。巖石呈灰褐色，片狀粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由鉀長石(40%～45%)、斜長石(25%～28%)、透輝石(15%～20%)、石墨和氧化鐵質(zhì)組成。石墨多呈長條片狀，礦物粒徑大小一般為0.2～1mm，含量5%～7%；氧化鐵質(zhì)礦物主要是褐鐵礦，含量3%～15%。

礦石中石墨片度各級比例為：＞0.3mm(＜50目)者占石墨鱗片的48%，0.3～0.18mm(50～80目)者占24%，0.15～0.18mm(80～100目)者占9%，＜0.15mm(＞100目)者占19%(表3)。

表3 石墨鱗片測定統(tǒng)計

該礦化區(qū)與萬隆店石墨礦床具有相同的成礦地質(zhì)背景，二者分別位于同一倒轉(zhuǎn)背斜的兩翼，都賦存于紅旗營子巖群東井子巖組二長變粒巖中，礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組成及石墨鱗片大小、礦石品位等相似。

阿拉善隆起—華北地臺北緣西段石墨成礦帶已發(fā)現(xiàn)30多個大、中型石墨礦床，從所處大地構(gòu)造位置、含礦建造、含礦特征及成巖成礦時代分析，本區(qū)含石墨的新太古界紅旗營子巖群可與內(nèi)蒙地區(qū)的烏拉山群(查漢木胡魯石墨礦)對比。而赤城龍關(guān)一帶的中太古界崇禮巖群(龍關(guān)石墨礦)可與內(nèi)蒙興和一帶的集寧群(興和石墨礦)對比[2-4]。

4 成礦規(guī)律初探

4.1 賦礦層位及原巖恢復(fù)

本區(qū)石墨礦主要賦存在東井子巖組二長變粒巖中，少量賦于大理巖中。變粒巖類巖石成層性好，可見變余層理構(gòu)造，產(chǎn)狀穩(wěn)定，其中常見淺粒巖夾層及大理巖透鏡體；巖石粒度較均勻，呈較穩(wěn)定的細(xì)粒狀，因此其原巖應(yīng)為沉積巖。從巖石的化學(xué)成分分析，變粒巖類與雜砂巖類相似，淺粒巖類與長石砂巖相似，大理巖類的主要化學(xué)成分均低于純石灰?guī)r理論化學(xué)成分。根據(jù)(al+fm)-(c+alk)-Si圖解分析，變粒巖樣品的投點(diǎn)在砂巖和泥巖沉積巖區(qū)接線附近；淺粒巖樣品的投點(diǎn)落入砂質(zhì)沉積巖區(qū)；大理巖投影點(diǎn)落入鈣質(zhì)沉積物附近的泥巖沉積巖區(qū)。綜合判斷，變粒巖原巖應(yīng)為粘土質(zhì)、泥質(zhì)雜砂巖，淺粒巖原巖應(yīng)為砂巖，大理巖應(yīng)為不純泥質(zhì)白云巖[5]。

4.2 成礦物質(zhì)來源

大多數(shù)學(xué)者對區(qū)域變質(zhì)型石墨礦進(jìn)行碳同位素組成分析，得出的結(jié)論為石墨成礦物質(zhì)來源主要為沉積地層中的有機(jī)碳，少數(shù)是由碳酸鹽巖變質(zhì)形成[6]。從本區(qū)原巖建造分析，東井子巖組原巖為富鋁粘土巖—砂巖及粉砂巖—碳酸鹽巖組合，火山活動微弱，沉積巖中以粘土質(zhì)成分為主，反映了一種相對寧靜的陸棚淺海環(huán)境，適合藻類生長，也是有機(jī)碳形成的有利環(huán)境。泥質(zhì)、泥砂質(zhì)建造中的有機(jī)質(zhì)碳是石墨礦的物質(zhì)來源。所以含石墨的變粒巖、淺粒巖和大理巖為石墨礦的礦源層。

4.3 成巖成礦時代

新太古代時期，區(qū)內(nèi)地殼首次發(fā)生沉降，接受了一套在陸緣環(huán)境下形成的碎屑巖和碳酸鹽巖組合，即紅旗營子巖群。期末發(fā)生的五臺運(yùn)動導(dǎo)致該期形成的地層發(fā)生了強(qiáng)烈的變形作用及低角閃巖相的區(qū)域變質(zhì)作用。變質(zhì)溫度達(dá)530～680℃[7]，對應(yīng)的壓力值為300～700MPa。含有碳質(zhì)的砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積巖等在區(qū)域變質(zhì)作用的高溫高壓環(huán)境下，使有機(jī)碳內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，碳元素結(jié)晶形成鱗片狀石墨晶體[8]，富含碳質(zhì)的巖層則形成石墨礦層。古元古代后期的呂梁運(yùn)動，發(fā)生了大規(guī)模中酸性巖漿侵入活動，同時發(fā)生了強(qiáng)烈的褶皺變形及混合巖化作用。在侵入體及混合巖化脈體與石墨礦化層的接觸帶附近，石墨鱗片較大。

本區(qū)變質(zhì)作用的熱能主要由地球應(yīng)力產(chǎn)生，其次是地層放射性衰變[1]，變質(zhì)作用與褶皺變形密切相關(guān)。晶質(zhì)石墨礦就是在這種多期的變質(zhì)、變形過程中形成的，后期的巖漿活動使石墨鱗片進(jìn)一步增大。

5 結(jié)論

本區(qū)含石墨巖系的沉積時代為新太古代，變質(zhì)成礦時代為新太古代晚期(五臺期)，成因類型為區(qū)域變質(zhì)型。含礦建造為低角閃巖相的二長淺粒巖—石墨變粒巖—大理巖組合。

東井子巖組含石墨變粒巖、含石墨淺粒巖及含石墨的大理巖透鏡體，可以作為直接找礦標(biāo)志；低阻高極化的激電異常體可作為間接找礦標(biāo)志。

工作區(qū)北部的郝車倌—閻油坊一帶，與萬隆店礦區(qū)具有相同的成礦地質(zhì)背景，也見有含石墨地層零星分布，可作為下一步工作的靶區(qū)。