黑龍江省蘿北縣衛(wèi)東林場石墨礦勘查研究

邢月龍，王 磊，陶 蕾

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊，江蘇 南京 211135）

研究區(qū)主要分布在蘿北縣衛(wèi)東林場，區(qū)內(nèi)為低山丘陵地形，剝蝕堆積地貌，礦區(qū)內(nèi)最高海拔618米，侵蝕基準面367米，相對高度250米左右。礦區(qū)在2015年5月—2016年7月，開展野外詳查工作，施工鉆孔18個，共鉆探4469.28米，槽探15000方。詳查階段是進行系統(tǒng)的石墨礦勘查工作，基本查明石墨礦床地質(zhì)特征以及控制礦體的因素，對區(qū)內(nèi)找礦工作具有重要的指示作用。

1 礦區(qū)地層

區(qū)域上屬興凱湖—布列亞山地層區(qū)，佳木斯小區(qū)。出露地層有古元古界興東巖群大馬河組主要分布在望江峰-衛(wèi)東林場一帶，主要巖性為石英片巖，石墨片巖，石墨石英片巖、黑云斜長變粒巖，石英巖等。古元古界興東巖群大盤道組主要巖性為石英片巖，石墨片巖，石墨石英片巖、黑云斜長變粒巖,大理巖,石英巖等。第四系松散沉積，以沖積和洪積砂礫石、砂、粘土為主，上覆腐植土和植被[1，2]。

2 侵入巖

區(qū)域上屬于佳木斯地塊新太古代-古生代構造巖漿帶，興東古陸塊侵入巖漿構造帶，林口-密山花崗巖帶。出露有古元古代混合巖化的重熔混合花崗巖，晚石炭世重熔二長花崗巖。古元古代中粗粒花崗巖主要分布在佐武山西部、云山北部、望江峰東部一帶，主要巖性組合有花崗巖、混合巖化花崗巖、混合巖，局部可見有混合巖化花崗閃長巖。巖體侵入大盤道巖組中深變質(zhì)巖中。晚古生代晚石炭世中細粒二長花崗巖巖性相對單一，為中細粒二長花崗巖，在區(qū)域外部有中生代地層覆蓋。區(qū)域脈巖主要見于普查區(qū)內(nèi)，發(fā)育有堿長花崗巖脈、細粒閃長巖脈石英脈。

3 構造

勘查區(qū)屬佳木斯地塊，興東古陸塊中部，太平溝隆起南端。南側為鶴崗凹陷，東側為黑龍江斷裂，西側為牡丹江斷裂。除上述大的斷裂帶以外，區(qū)域內(nèi)主要構造表現(xiàn)為東西向、南北向、北西向和北東向斷裂，褶皺不發(fā)育。

4 礦體特征

礦體分布在北西-南東向長約2000米，北東-南西向寬約600-1300米，控制礦體埋深zk4009孔413.72米。目前共發(fā)現(xiàn)石墨礦體24條，均賦存于大馬河組下部含石墨層位中，分布在10-46勘探線之間，勘探線之間對應的同一礦體，其編號相同。一般礦體長100-400米不等，垂直厚度在2.18-68.11米，呈層狀，少為透鏡狀，傾向北東，傾角在20-45°。礦體東部厚大，埋藏淺，層位較穩(wěn)定，夾石少；在40線石墨礦體開始收斂變窄，厚度變薄，礦層內(nèi)夾石逐漸增多。礦體與圍巖（石英片巖、斜長變粒巖、云母石英片巖等）產(chǎn)狀一致，整合接觸，兩者界線清楚[3]。

5 礦石質(zhì)量

5.1 礦石的結構

①礦石出現(xiàn)鱗片變晶結構，礦物的產(chǎn)出形態(tài)多呈現(xiàn)為單晶片狀，同時形成了定向排列，001晶面平行層理，0.05-1.5mm通常為片徑長軸，鱗片變晶結構的礦物主要在云母、長石、石英晶粒之間。②粒狀變晶結構，石墨呈葉片狀，以單晶片狀產(chǎn)出，片徑定向性不明顯，分布在石英、長石等礦物晶粒間，片徑長軸一般為 0.01-1.0mm,最大可達1.5mm。

5.2 礦石的構造

石墨礦石的構造有三種類型①片狀構造：黑云母、白云母、石墨出現(xiàn)定向排雷構成的片狀形態(tài)，礦石內(nèi)的石墨含量占比大約為四分之一，云母類含量不等，大約為十分之一。多為優(yōu)質(zhì)礦石。②塊狀構造：礦石中的石墨以葉片及集合體的形式組成與長英質(zhì)礦物鑲嵌分布構成塊狀構造，石墨含量一般在10-15%。③條帶狀構造：石墨與長英質(zhì)礦物相間分布，鱗片狀石墨呈定向排列，形成條帶狀礦石，此種礦石石墨含量較低，一般在5-8%。

5.3 礦石的礦物成分

根據(jù)吉林大學測試科學實驗中心對3件石墨礦石分析，礦石的礦物組成由石英、堿性長石、斜長石、方解石、白云石、伊蒙混層、伊利石及石墨組成。礦石組分含量見下表。

表1 組合分析結果表

從上表可以看出，區(qū)內(nèi)礦石中的固定碳的組合樣最高品位為 17.29%，最低11.43 %，平均品位15.26%。固定碳在礦體之間或在礦體內(nèi)部的變化特點是沿走向自東向西品位降低，傾向上變化不明顯，地表局部出現(xiàn)高品位，鉆孔深部變化不明顯。酸溶鐵含量與工程深度不同變化較大，變化范圍在0.38-3.08%之間，總體表現(xiàn)為隨著礦體埋深酸溶鐵含量逐漸增加，說明在氧化帶地段，可溶性鐵具有流失。揮發(fā)份含量變化在1.45-2.80%之間，從已知的薄片鑒定結果上看，與巖石中含有碳酸鹽巖有關，其含量高者，現(xiàn)對石墨含量有所降低。S含量在0.38-1.22%之間，在石墨礦石中很少見有含有高S礦物，偶見黃鐵礦礦及磁黃鐵礦。

6 礦石巖石類型劃分

6.1 石英石墨片巖型礦石

灰黑或鉛灰色，鱗片花崗變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量15-25%，脈石礦物由30-45%石英，10-20%云母，10-30%斜黝簾石，10%左右斜長石，次要的有透閃石、矽線石，少量的電氣石、金紅石、榍石、磷灰石、鋯石、綠泥石、透輝石、黃鐵礦、褐鐵礦等組成。石墨為鱗片狀、葉片狀，片長0.05—1.5mm，最長3mm，具定向排列，大部分呈單體出現(xiàn)，構成片狀結構。少部分聚集呈條帶狀分布，構成似條帶狀構造。由于巖石礦物含量不同構成各種石墨片巖。

脈石礦物顆粒在0.05—1mm，大者達1.5mm，片狀、粒狀、柱狀和纖柱狀。自形程度不一，暗色礦物高于淺色礦物，具定向排列構成片狀構造。

6.2 石墨石英片巖型礦石

灰色，鱗片花崗變晶構造，片狀構造。礦石礦物石墨含量10—15%，脈石礦物由35—75%石英，15—25%長石，5%矽線石，5%斜黝簾石，5%左右的云母，少量榍石、金紅石、電氣石、磷灰石、獨居石、褐鐵礦等組成。石墨為鱗片狀、葉片狀，以鱗片狀為主，片長0.05—1毫米，大者2毫米，呈定向排列，以單體分布在脈石礦物晶粒間，構成片狀構造。由于脈石礦物含量不同構成石墨石英片巖、云母石墨石英片巖、斜黝簾石墨石英片巖、含矽線石石墨石英片巖、混合質(zhì)石墨石英片巖等。

6.3 矽線石石墨片巖型礦石

灰白色，鱗片花光變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量5-10%，脈石礦物由40-50%石英，5-20%云母，5-10%矽線石，5-10斜長石，少量的榍石、金紅石、電氣石等組成。石墨為鱗片狀、片葉狀，片長0.05-1毫米，大者1.5毫米，呈定向排列，均以單體出現(xiàn)構成片狀構造。此類型礦石與石墨石英片巖型為過渡關系，以含矽線石區(qū)別之。

6.4 石墨變粒巖型礦石

灰白色，鱗片花崗變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量5-15%，脈石礦物由45%石英，35%斜長石，5%云母，少量的電氣石、金紅石、磁黃鐵礦等組成。石墨以葉片狀為主，少量鱗片狀，片長0.1-0.5mm，呈定向斷續(xù)分布，構成片狀構造。脈石礦物顆粒在0.05-0.2mm，片狀、粒狀和柱狀。自行程度差，具定向排列構成片狀構造。

6.5 石墨斜長變粒巖型礦石

灰白—灰色，鱗片花崗變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量7.12%，脈石礦物由58-75%斜長石，10-30%石英，5%云母，少量的簾石。金紅石、榍石、磷石等組成。石墨為鱗片狀。葉片狀，片長1.05-1mm，大者2mm，呈定向均勻分布于脈石礦物晶粒間，構成片狀構造。脈石礦物顆粒在0.1-1mm間，片狀粒狀，暗色礦物對于淺色礦物。自形程度較差，具定向排列構成片狀構造。

石墨：顯晶質(zhì)，以鱗片狀為主，次為葉片狀，個別為板狀,石墨在礦石中的一般含量占10-20%，最高可見占25%。

7 石墨礦床成因

屬于區(qū)域變質(zhì)型礦床。礦床工業(yè)類型為—中深變質(zhì)巖系中的晶質(zhì)石墨礦床。

8 石墨的主要用途

①耐高溫材料：本次研究的礦物制品具備了較強的耐熱性能，在工業(yè)生產(chǎn)中可以進行石墨坩堝的生產(chǎn)，煉鋼過程中使用的保護劑多為石墨制品，另外石墨也可作為冶煉爐的內(nèi)襯。②導電材料：可用于電氣生產(chǎn)的水銀正流器的政績、通訊零件、電極、碳管、石墨墊圈、碳棒，顯示設備的顯像管的涂層等。③耐磨潤滑材料：在高壓、高速、高溫的情況下不可使用石墨作為潤滑材料，這種耐磨潤滑材料能夠在200-2000℃的情況下使用，可達到潤滑的實際應用效果。一些運送具有腐蝕性設備時，多使用石墨材料制作成密封設備或活塞杯，運轉過程中可以不添加潤滑油。④良好的化學穩(wěn)定性：進行處理后的石墨材料，它的導熱性能、耐腐蝕性能良好，另外還具有滲透率低的優(yōu)點，應用在熱交換器的加工中，過濾器、凝縮器、吸收塔、反應槽、燃燒塔、加熱器、冷卻器。在金屬冶煉、造紙工業(yè)、石油化工、纖維合成等領域廣泛應用，能夠節(jié)約一部分金屬材料的使用量。⑤原子能工業(yè)和國防工業(yè)：國防工業(yè)領域：原子反應中石墨可作為減速劑，現(xiàn)階段我們應用最廣泛的是鈾-石墨原子反應堆。因石墨材料具有耐腐蝕性能、熔點高等優(yōu)點，另外該材料的雜質(zhì)含量較低，可作為原子能中反應堆的減速材料。⑥防鍋爐結垢：在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4-5 克)能防止鍋爐表面結垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。⑦電極：石墨電極較之銅最極優(yōu)點多多，1）加工速度更快，比銅的加工速度快2-5倍，放電加工速度比銅快2-3倍；2）材料更不容易變形，在薄筋電極的加工上優(yōu)勢明顯，銅的軟化點在1000度左右，易受熱變形，而石墨升華溫度為3650度，熱膨脹系數(shù)僅為銅的1/30；3）重量更輕，石墨密度只有銅的1/5；4）放電消耗更小，因火花油中含有C原子，在放電加工時，高溫導致火花油中的C原子被分解出來，轉而在石墨電極的表面形成保護膜，補償了石墨電極的損耗。⑧最薄最堅硬的納米材料-石墨烯：有望在新材料與現(xiàn)代電子科技領域引發(fā)一輪革命。