黑龍江蘿北云山石墨礦床地質(zhì)特征

劉彥林

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心黑龍江總隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150040)

石墨具有優(yōu)異的潤滑性、耐高溫性、導(dǎo)電性、涂敷性和可塑性等性能。隨著石墨新材料的發(fā)展，我國已將石墨列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)[1]。黑龍江省石墨資源豐富，累計(jì)探明石墨礦資源儲(chǔ)量居全國之首[2]，其中蘿北縣云山石墨礦為省內(nèi)著名的大型石墨礦之一。本文對(duì)云山石墨礦床地質(zhì)特征進(jìn)行了分析，探討其地質(zhì)意義，為該地區(qū)石墨資源的系統(tǒng)開發(fā)以及提升綜合利用價(jià)值提供參考數(shù)據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黑龍江蘿北云山石墨礦床大地構(gòu)造位置位于佳木斯地塊北緣的四方山背斜的北東翼[3]。大地構(gòu)造單元位于佳木斯隆起北部的蘿北—嘉蔭變質(zhì)巖地塊南端。西鄰牡丹江經(jīng)向構(gòu)造帶，南為三江坳陷的北緣，東接黑龍江斷裂，并且處在依蘭—伊通斷裂北東端的北西側(cè)。出露地層主要有下元古界麻山群和興東群變質(zhì)巖系，其上不整合覆蓋有上白堊統(tǒng)猴石溝組和第四系[4]。區(qū)內(nèi)斷裂褶皺構(gòu)造發(fā)育。礦區(qū)主要含礦地層為麻山群柳毛組，混合巖和混合花崗巖發(fā)育[5]。礦區(qū)內(nèi)侵入巖以混合花崗巖脈為主，還有少量的斜長角閃巖和石英脈等，偶見有閃長玢巖呈細(xì)小脈狀侵入?；旌匣◢弾r脈大部分與礦體產(chǎn)狀平行，少部分斜切礦體。受其影響的石墨礦體有程度不等的混合巖化或硅化。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層有下元古界麻山群柳毛組和第四系，分別占總面積的85%和14.5%。

(1) 柳毛組(Pt1lm)。

分布于礦區(qū)27線和40線間。走向北北東或南北向，東側(cè)北部轉(zhuǎn)呈北北西向，傾向南東東或南東、北北東，傾角30～50°。由于褶皺構(gòu)造，地層強(qiáng)烈褶曲和揉皺，加之混合花崗巖的影響，礦區(qū)內(nèi)地層層序不全，上、下限不清。區(qū)內(nèi)柳毛組是一套區(qū)域變質(zhì)程度中—深，而混合巖化作用是比較強(qiáng)烈的變質(zhì)巖地層。地層分布中東部和西部為大面積混合巖，中間部分多呈扁豆?fàn)?，巖性比較簡單，變化大。巖性變化比較明顯，中間部分的北部大量出露混合巖、片麻巖，南部為含石墨云母石英片巖、黑云斜長片巖、變粒巖、石英巖、斜黝簾石等。地層寬度、長度變化很大。石墨礦即賦存在本組地層中，分布在倒轉(zhuǎn)傾伏背斜的兩翼層位中(圖1)。

圖1 黑龍江省蘿北縣云山石墨礦區(qū)地形地質(zhì)圖

柳毛組為石墨礦體賦礦層位，其巖性為沉積變質(zhì)巖，決定了石墨礦成因類型為沉積變質(zhì)型。賦含石墨的巖石類型決定了石墨的礦石類型。含石墨巖石的分布特征及規(guī)模一定程度上影響了石墨礦體的規(guī)模和產(chǎn)出特征。柳毛組地層為該區(qū)域石墨找礦的重要地質(zhì)線索之一。

(2) 第四系(Q4)。

除殘坡積層外，主要為現(xiàn)代河流沉積。由粘土、砂和礫石等組成，厚度10.50m。

2.2 構(gòu)造

2.2.1 褶皺

礦區(qū)位于云山復(fù)向斜次一級(jí)的四方山背斜的北東翼，屬倒轉(zhuǎn)傾伏背斜構(gòu)造，由柳毛組構(gòu)成，長3 600m。軸向350°，傾向70～145°，傾角30～50°。背斜南端被第四系覆蓋，西北翼走向變化較大，東側(cè)20°左右。西側(cè)近南北向，傾向100～145°，傾角25～60°，局部較陡65～80°。東南翼的西側(cè)走向340°左右，而東側(cè)近南北向，傾向35～160°，傾角24～60°。東南翼地層被F4斷層錯(cuò)動(dòng)，明顯發(fā)生位移。兩翼巖層對(duì)稱性比較好。

褶皺構(gòu)造控礦作用明顯，礦體的空間分布及產(chǎn)狀特征受褶皺構(gòu)造相關(guān)特征制約，如礦體呈南北展布與褶皺軸向相近。東側(cè)礦的南北向展布、東南側(cè)礦體的北西向展布，都與其褶皺構(gòu)造東翼地層產(chǎn)狀一致。

2.2.2 斷層

根據(jù)地層性質(zhì)、產(chǎn)狀和形成順序，可以分為南北、北東和北西向三組。

(1) 南北向斷層處于IVE、VE、VIE號(hào)礦體中間，礦體明顯錯(cuò)斷北移。斷層長3km。向東南傾斜，傾角50°。地貌上為窄長的溝谷。形成的時(shí)間為元古代末期。該斷層切割了柳毛組地層和混合花崗巖，屬平移正斷層。

(2) 北東向地層以F1、F3為代表，發(fā)生在黑云斜長片麻巖、混合巖間，巖層明顯錯(cuò)斷位移。斷層長0.4km，傾向南東，傾角40°左右。沿溝谷分布，形成時(shí)間為元古代末期。該斷層切割了柳毛組地層和混合花崗巖，屬平移斷層。

(3) 北西向斷層以F5鴨蛋河斷層為主，分布在區(qū)內(nèi)西南部，沿鴨蛋河谷分布。F2斷層，發(fā)生在VIE號(hào)礦體內(nèi)的層間斷層。長80m，寬3～10cm。傾向212°，傾角40°。斜切礦體和巖層，形成時(shí)間比南北向斷層晚。斷層帶內(nèi)礦石極其破碎，呈角粒狀和斷層泥，在斷層面上可見到擦痕。屬于正斷層。

斷層的發(fā)育破壞了礦體的連續(xù)性，對(duì)礦體的開采帶來不利影響。斷層為正斷層，斷層面及破碎帶往往是地下水的儲(chǔ)水層和運(yùn)移通道，對(duì)開采技術(shù)條件提出了更高要求，對(duì)此應(yīng)加以關(guān)注。

2.2.3 破碎帶

區(qū)內(nèi)破碎帶主要分為南北，北東和北西向三組。

(1) 南北向破碎帶分布在24～16線的TC23、TC16探槽中，32線的TC25探槽中，3～7線間的RG281中人工觀察點(diǎn)，0線TC18探槽中。破碎帶內(nèi)，礦石和巖石及其破碎、呈角礫狀或構(gòu)造角礫巖。形成時(shí)間為元古代末期。是由于南北向擠壓應(yīng)力長期作用下，形成的一系列南北向擠壓破碎帶，屬于逆斷層。

(2) 北東向破碎帶分布在0線TC17探槽中，8線TC19探槽北側(cè)RG240，8線TC21探槽中。破碎帶發(fā)生在礦體中。破碎帶內(nèi)礦石極其破碎，多呈破碎泥，見少量礦體角礫，呈雜亂狀態(tài)分布在破碎泥中。傾向65～110°，傾角45～85°，形成時(shí)間為元古代末期，屬于正斷層。

(3) 北西向破碎帶分布在8線TC21探槽中，TC22探槽中，0線TC18探槽中，長100～200m，寬1.60～4.50m。破碎帶內(nèi)礦石和巖石破碎，呈角礫狀和破碎泥，角礫雜亂分布在破碎泥中。傾向40～70°，傾角35～45°。形成時(shí)間晚于南北向破碎帶，屬于正斷層。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

3.1.1 礦體的分布規(guī)模及變化規(guī)律

礦體賦存于下元古界麻山群柳毛組變質(zhì)巖中。礦帶總體走向近南北，主要富集地段寬1 800m，呈現(xiàn)出北部收斂，南部散開的帶狀礦體群展現(xiàn)。礦體數(shù)量多，規(guī)模大，儲(chǔ)量集中。單個(gè)礦體長100～2 840m不等，垂直厚度4.50～112.19m。呈似層狀、透鏡狀。傾向北東或南東，傾角20～65°。

礦體主要受地層控制，呈層狀，礦體產(chǎn)狀與地層一致。礦體與圍巖(結(jié)晶片巖、片狀云母石英巖、黑云斜長片麻巖、變粒巖、斜黝簾石透輝石巖、混合巖、大理巖等)產(chǎn)狀一致，整合接觸。兩者間界面多數(shù)清楚，過渡者少見。

3.1.2 礦體特征

本區(qū)各礦體分布集中，成群出現(xiàn)，礦體與礦體間相距很近，其間距一般為幾米至二、三十米。主要礦體共計(jì)6條，具體特征如下。

(1) ⅠW號(hào)礦體。

出露在7～32線間，賦存在1層位中。礦體長2 840m，最大垂直厚度114.9m，平均66.9m。推深282m。礦層石墨最高品位14.56%，平均11.13%，品位較穩(wěn)定，變化不大，由地表向深部略有變富趨勢。礦體呈似層狀，中段寬大，北端變窄。傾向65～120°，傾角30～35°。礦體北端尖滅在含石墨云母石英片巖中，南端被第四系覆蓋。礦體中夾層較多，寬度一般不大，為3～12m，夾石巖性為混合花崗巖、混合巖、石墨石英片巖、斜長角閃巖及含石榴子石石英巖等。

(2) ⅢW號(hào)礦體。

出露在19～32線間，賦存在2層位中。礦體長2 270m，最大垂直厚度102.85m，平均60.54m，南部厚度大，向北變薄，控制深度285m尚未尖滅。礦層最高品位13.39%，平均12.10%，地表較富，向深部有變貧趨勢。礦體呈似層狀，南部寬，向北變窄，傾向97～125°，傾角30～50°。礦體兩端被第四系覆蓋。礦體中夾層相對(duì)較少，寬3～4m，巖性為混合花崗巖、混合巖、片狀石英巖及云母石英片巖。

(3) ⅢE號(hào)礦體。

出露在19～20線間，賦存在2層位中。礦體長1 775m，最大垂直厚度51.08m，平均37.74m，控制深度110m。礦層最高品位15.43%，平均12.01%，品位北端富，向南變貧。礦體呈似層狀，寬度變化不大，傾向30～70°，傾角20～30°，南北兩端被第四系覆蓋。礦體中夾層南部較多，巖性為混合花崗巖、條帶狀混合巖、片狀石英巖、絹云母石英片巖、含石墨石英巖、矽線石榴黑云片巖及大理巖。

(4) ⅤE號(hào)礦體。

出露在3～40線，賦存在3層位中。礦體長2 060m，最大垂直厚度165.47m，平均105.85m，控制深度268m。礦產(chǎn)最高品位9.73%，平均8.28%，品位均勻，變化不大。礦體呈似層狀，寬度變化不大，傾向30～110°，傾角35～56°，礦體北端尖滅在黑云斜長片麻巖中，南端被第四系覆蓋。礦體中被F4斷層錯(cuò)斷。礦體兩端多夾層，夾層巖性為條帶狀混合巖、云母石英片巖、混合花崗巖、云母斜長變粒巖、絹云石英巖及構(gòu)造破碎泥。

(5) ⅥE號(hào)礦體。

出露在7～40線間，賦存在3層位中。礦體長2 650m，最大垂直厚度177.73m，平均112.19 m，品位均勻，變化不大，礦層最高品位12.16%，平均9.66%。礦體呈似層狀，中南部寬度大，北部變窄，傾向80～140°，傾角37～45°。礦體北端尖滅在混合巖中，南端被第四系覆蓋。礦體北部在0～4線被F4斷層錯(cuò)斷。礦體中夾層兩端多中間少，巖性為云母斜長片巖、片狀石英巖、云母石英巖、混合花崗巖、混合巖、石英巖等。

(6) ⅦE號(hào)礦體。

出露在8～40線間，賦存在4層位中。礦體長1 440m，最大垂直厚度62.85m，平均厚42.43m，控制深度212m。礦層最高品位15.81%，平均11.16%，品位縱向變化呈現(xiàn)中段高，兩端變貧趨勢。礦體呈似層狀，南部寬，北部窄，傾向60～120°，傾角30～52°。礦體北端尖滅在混合巖中，南端被第四系覆蓋。

通過前面的敘述可以看出，礦體具有如下特征：①礦體規(guī)模大，各礦體走向方向延伸長，厚度方向礦層厚，均展示礦體規(guī)模較大，其反映沉積作用發(fā)生時(shí)，沉積環(huán)境和物質(zhì)供應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定；②礦體空間展布的穩(wěn)定，反映后期構(gòu)造作用的影響以柔性變形為主導(dǎo)，脆性變形的斷裂構(gòu)造及巖體破壞作用相對(duì)處于弱勢；③礦體產(chǎn)狀變化大，無論走向、傾向及傾角都有較大變化，該特征充分證明礦體受褶皺構(gòu)造控制作用明顯，礦體賦存于褶皺構(gòu)造的翼部，而老變質(zhì)巖區(qū)褶皺構(gòu)造變形強(qiáng)烈且復(fù)雜，從而導(dǎo)致了礦體產(chǎn)狀的不穩(wěn)定；④礦體在剖面上呈層狀多次重復(fù)出現(xiàn)，以復(fù)式礦體形式存在，反應(yīng)沉積作用及沉積環(huán)境韻律性的特點(diǎn)。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石的化學(xué)成分

礦石的化學(xué)組成見表1，主要為SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3、MgO、TiO2。礦石樣品中SiO2的含量均最高，為51.34%～69.99%。其次為Al2O3，含量為11.51%～20.63%，F(xiàn)e2O3與CaO含量相近。

表1 云山石墨礦床礦石樣品的化學(xué)組成 (單位：%)

3.2.2 礦石的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石的礦物由礦石礦物和脈石礦物組成。結(jié)合XRD衍射圖(圖2)和光學(xué)顯微圖片(圖3)可知：礦石礦物為石墨，石墨呈鱗片狀和葉片狀結(jié)構(gòu)，具定向排列。石墨與共生脈石礦物成片狀、團(tuán)塊狀和似條帶狀構(gòu)造。石墨呈顯晶質(zhì)，以鱗片狀為主，此為葉片狀，個(gè)別呈板狀。片大小一般在0.05～1.5mm，個(gè)別大者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%。

圖2 礦石樣品XRD圖譜

脈石礦物由石英、云母、長石、矽線石、斜黝簾石、透閃石、少量的電氣石、金紅石、鋯石、榍石、透輝石、磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦、黃銅礦、鈣釩榴石等組成。

圖3 光學(xué)顯微鏡下礦物的賦存狀態(tài)顯微照片

石英為粒狀，粒徑0.1～2mm，粒間鑲嵌，構(gòu)成花崗變晶結(jié)構(gòu)或呈單晶分布在斜長石晶粒間。云母由絹云母、黑云母和白云母組成。呈片狀，片長0.1～0.6mm，分布在石墨，石英間隙間。長石為他形晶粒狀，粒徑0.05～1mm，分布在石英、石墨顆粒間。斜黝簾石為他形粒狀，長柱狀，柱長0.2～2mm，長軸平行于片理排列，分布在礦石中。

3.2.3 礦石類型

礦石自然類型按礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物共生組合特征分類。主要有石英石墨礦、矽線石墨礦，其次為斜長石墨礦、變粒巖石墨礦、混合巖型石墨礦、鈣質(zhì)(大理巖型)石墨礦，透輝巖型石墨礦、石英巖型石墨礦、片麻巖型石墨礦、混合花崗巖型石墨礦。該石墨礦區(qū)礦石類型多樣，反映賦礦巖石類型的多樣性。從另一方面反映了變質(zhì)作用的復(fù)雜性。石墨礦石工業(yè)類型為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦。

4 結(jié)語

蘿北縣石墨資源豐富，開發(fā)潛力巨大，是黑龍江省礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要承載區(qū)。本文對(duì)云山石墨礦的地質(zhì)特征進(jìn)行較詳細(xì)的闡述，分析其成礦規(guī)律，為該區(qū)域石墨礦的找礦及開發(fā)工作提供借鑒和參考。