吉林省集安地區(qū)晶質石墨礦床特征及找礦前景分析

萬立安

集安市財源興達選礦有限公司，吉林 集安 134200

0 引言

研究區(qū)勘查程度較高，先后有多家勘查單位對該區(qū)開展了區(qū)域地質調(diào)查及石墨礦產(chǎn)資源普查、詳查工作，并取得了豐碩的工作成果，提交可供開采利用石墨資源儲量，為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用提供依據(jù)。同時，對區(qū)內(nèi)主要地層劃分的各組含礦特征做了較詳細闡述。對晶質石墨礦的成礦機制、分布規(guī)律作了相應研究，對區(qū)內(nèi)的晶質石墨礦成礦遠景進行了分析評價。

本次研究工作主要是收集、整理區(qū)內(nèi)已提交的地質成果資料，以及對區(qū)內(nèi)開采礦山現(xiàn)場踏查，通過梳理、對比、綜合分析，進一步研究吉林集安地區(qū)晶質石墨礦床特征和礦體分布規(guī)律，為今后開展成礦規(guī)律和控礦因素的研究，為指導區(qū)域找礦提供依據(jù)，對區(qū)域石墨資源開發(fā)有著重要意義。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于吉林省南部集安地區(qū)，所處的大地構造為中朝準地臺(Ⅰ)、遼東臺隆(Ⅱ)、太子河—渾江拗陷(Ⅲ)、桓仁—集安隆起(Ⅳ)的北緣[1]。

1.1 地層

該區(qū)域出露地層下元古界集安群(Pt1)、老嶺群(Pt2)和中生界侏羅系和新生界第四系[2]。

(1)集安群分布于全區(qū)的絕大部分，是區(qū)內(nèi)的主要地層,自下而上有螞蟻河組(Pt1m)、荒岔溝組(Pt1h)、大東岔組(Pt1d)。本區(qū)晶質石墨礦主要賦存在古元古界集安群中部荒岔溝巖組上部。荒岔溝巖組以含石墨為特征，由石墨變粒巖、石墨透輝變粒巖、含墨透輝變粒巖、含墨黑云片麻巖、含石墨大理巖、黑云變粒巖和斜長角閃巖組成，變質程度較深，多為高角閃巖相[3]。

(2)老嶺群珍珠門組(Pt2z)在區(qū)內(nèi)西北部邊緣有少量出露。主要巖石類型為白云質大理巖，底部為黑色碳質板巖。

(3)侏羅系果松組(J3g)主要在區(qū)域南部有零星出露。主要巖石類型安山巖、玄武巖、火山碎屑巖(凝灰?guī)r)和粉砂巖、粉砂質泥巖、礫巖等。

(4)新生界第四系分布于河流兩岸和山谷中。

1.2 區(qū)域構造

(1)斷裂構造

區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂構造主要有三組：一組為北東向、北北東向；一組為北西向；另一組為近東西向。北東向、北北東向斷裂為推測平移斷裂構造，北西向、近東西向斷裂以推覆和逆掩斷裂構造為主，上述斷裂構造控制了區(qū)內(nèi)集安群各組界線及展布方向[2]。區(qū)內(nèi)斷裂構造雖然較發(fā)育，但對礦體影響不大。

(2)褶皺構造

區(qū)域內(nèi)褶皺構造發(fā)育較為普遍，并多顯示為疊加褶皺特征，其在相當大的范圍內(nèi)表現(xiàn)為單斜構造，局部多呈現(xiàn)次一級復式褶皺。主要褶皺構造為蝦蝶溝—復興屯向背斜疊加褶皺，有泉眼溝—蝦蛛溝疊加褶皺。橫路西岔—四道陽岔背斜、東江腰營子荒溝復式褶皺構造組成[2]。礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、空間分布受褶皺影響較為明顯。以集安市清河二道村晶質石墨礦勘查區(qū)為例，勘查區(qū)位于腰營子—大荒溝復式褶皺構造以東、橫路西岔—四道陽岔背斜以北的地區(qū)。區(qū)內(nèi)荒岔溝組總體表現(xiàn)為軸向近南北、略向北西傾伏的開闊背斜。背斜軸面位于縱剖面Ⅳ～Ⅴ線之間，巖層傾角9°～30°?？辈閰^(qū)內(nèi)地層位于開闊背斜兩翼呈現(xiàn)單斜產(chǎn)出，走向北東5°，傾向南東東或北西西，傾角5°～25°。

1.3 區(qū)域巖漿巖

巖漿活動以順層注入交代為主，可見切穿地層和礦層的現(xiàn)象，具重熔巖漿巖特征。

1.4 變質作用

集安群歷經(jīng)多期變質作用，并以區(qū)域變質作用為主，變質程度主要為高角閃巖相。在區(qū)域變質過程中及變質期后，普遍發(fā)生不同程度的混合巖化作用。巖石主要表現(xiàn)原來的中基性火山巖變質而成斜長角閃巖類巖石；中酸性火山巖中變質而成各種片麻巖、變粒巖和淺粒巖類，以及由火山碎屑巖變質而成的變粒巖、片麻巖和黏土質砂質沉積變質的各種石英巖、片巖類、片麻巖等巖石，及碳酸鹽類變質而成的大理巖類?；牟頊辖M原巖為一套含有機炭的火山巖—碳酸鹽沉積建造，石墨礦為區(qū)域變質和混合巖化作用產(chǎn)物。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

目前，該區(qū)發(fā)現(xiàn)的石墨礦床主要在集安清河—財源一帶，已提交多份地質詳查報告。石墨礦床主要賦存于集安群荒岔溝組含墨黑云變粒巖和含墨透輝變粒巖、石墨變粒巖中等的含墨巖系中。礦床受層位控制，并受褶皺構造影響較大，礦體多為似層狀、扁豆狀。礦床有多條大小不一礦體組成，礦體大致平行產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層基本一致。以主要典型礦床為例：

(1)集安市清河鎮(zhèn)二道村晶質石墨礦

礦體呈層狀賦存于集安群荒岔溝組三段第二層(Pt1h3-2)含石墨透輝變粒巖中，全區(qū)共圈出5條晶質石墨礦體，大致平行產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層基本一致。其主要礦體特征在空間上表現(xiàn)為軸向近南北、略向北西傾伏的寬緩背斜。背斜核部礦體厚大，向兩側逐漸變薄，礦體北部沿背斜軸向向北逐漸尖滅,礦體南部呈單斜產(chǎn)出。礦體傾向南東東或北西西，傾角5°～25°(圖1～圖3)。

圖1 集安市二道村晶質石墨礦平面地質圖Fig.1 Planar geological map of crystalline graphite mine in Erdaocun, Ji’an City 1.第四系全新統(tǒng)；2.侏羅系果松組二段：安山質火山角礫巖、安山巖、凝灰?guī)r；3.荒岔溝組透輝變粒巖、淺粒巖層；4.荒岔溝組斜長角閃巖、含石墨透輝變粒巖層；5.螞蟻河組：斜長角閃巖、蛇紋石化大理巖、黑云變粒巖。

圖2 二道村晶質石墨礦08號勘探線剖面示意圖Fig.2 Section diagram of No.08 exploration line of crystalline graphite mine in Erdaocun

圖3 二道村晶質石墨礦Ⅳ號勘探線縱剖面示意圖Fig.3 Longitudinal profile diagram of No.Ⅳ exploration line of crystalline graphite mine in Erdaocun

(2)集安市財源鎮(zhèn)雙興六隊晶質石墨礦

礦體賦存于集安群荒岔溝組石墨黑云變粒巖中，總體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，呈北東—南西向展布。其中1號礦體是雙興六隊晶質石墨礦床主要礦體，對其介紹如下：

地表控制礦體長約850 m,深部控制礦體最大斜深約210 m，厚度13～50 m。傾向150°～160°、傾角35°～45°。礦體延向走向變化規(guī)律為中間厚向兩端逐漸變薄，延傾向變化規(guī)律為自地表向深部逐漸變厚的趨勢(1)中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊.吉林省集安市雙興六隊晶質石墨礦詳查報告[R].吉林省地質資料館，2011.。

(3)霸王朝石墨礦

礦體賦存于集安巖群荒岔溝組含墨黑云變粒巖中。該勘查區(qū)共查明1、2、3號，共3條礦體，其中1號礦體為主礦體，地表呈一向南東突出的新月形，剖面上呈似層狀，礦體南西端走向61°，向北東轉為28°，傾向北西，傾角20°～40°。

2.2 礦石質量及特征

該區(qū)域內(nèi)的石墨多為晶質(鱗片狀)石墨礦床，雖然品位較低，但可選性較好，大片率高，深受市場歡迎。以清河二道村晶質石墨礦和雙興六隊晶質石墨礦礦石為例。

2.2.1 清河二道村晶質石墨礦

(1)礦石礦物成分及結構構造

礦石礦物：為晶質石墨，體積分數(shù)3%～10%左右，以浸染狀、條帶狀分布于透輝變粒巖中。石墨呈灰黑色—黑色，反射光鉛灰色，金屬光澤，彎曲片狀，鱗片狀，總體顯定向分布于長石、石英間或環(huán)繞生長，粒徑0.2～1.5 mm。

脈石礦物：有透輝石、斜長石、石英、黑云母及少量暗色礦物。透輝石體積分數(shù)15%～25%左右，斜長石體積分數(shù)35%～45%左右，石英體積分數(shù)10%～25%左右，黑云母體積分數(shù)5%～10%左右。透輝石：灰綠色，正高突起，解理兩組完全，柱粒狀，二級干涉色，斜消光，消光較大，粒徑0.15～0.2 mm，少數(shù)0.2～0.3 mm；斜長石：灰白色，板粒狀，解理可見但雙晶多數(shù)不見，粒徑0.1～0.3 mm。無色，部分晶體黏土化、絹云母化；石英：乳白色，他形粒狀，粒徑0.2～0.5 mm；黑云母：片狀晶體，長軸粒徑在0.2～1.5 mm之間，多已退色或淺黃褐色，沿解理見少量鐵質析出，部分綠泥石化，長條狀有時彎曲，分布于上述礦物間，定向或半定向排列。

礦石結構構造：呈灰黑色，鱗片狀—粒狀變晶結構，細粒粒狀變晶結構為主，層狀構造，局部呈塊狀構造。見圖4、圖5。

圖4 石墨透輝變粒巖：大鱗片柱狀變晶結構Fig.4 Graphite diopside granulite: large scale columnar crystalloblastic texture正交偏光10×10

圖5 石墨透輝變粒巖：細粒鱗片柱狀變晶結構Fig.5 Graphite diopside granulite: fine scale columnar crystalloblastic texture正交偏光10×10

(2)礦石化學成分

礦石中有益組分為固定碳(C固)，根據(jù)礦體基本分析結果表，固定碳(C固)含量2.51%～4.00%，平均含量3.12%。主要賦存在石墨變粒巖中，少部分含在淺粒巖中。

對礦石主要組分進行了組合分析(20件)，統(tǒng)計結果見表1。

礦石多元素分析樣品3件，統(tǒng)計結果見表2。

根據(jù)原礦化學成分分析結果(表1、2)，礦石中有益組分為固定碳(C固)，未發(fā)現(xiàn)可以綜合利用的有用元素和礦物。

(3)石墨片度

在鉆孔中選擇有代表性的礦石樣品進行了晶質石墨片度測試，共測試樣品155件。統(tǒng)計結果見表3。

表1 組合分析統(tǒng)計結果表

表3 石墨片度測定統(tǒng)計結果表

石墨片度測試結果(表3)表明，大鱗片正目(+100目/0.147 mm)石墨占96.02%，以大鱗片石墨為主。晶質石墨結晶顆粒相對較粗大，大片率較高。

2.2.2 雙興六隊晶質石墨礦

(1)礦石礦物成分及結構構造

礦石礦物：晶質石墨，石墨呈黑色，不透明，鱗片狀，鱗片大小在0.03～0.5 mm，多數(shù)在0.1～0.3 mm，雜亂分布。體積分數(shù)為10%～15%。

脈石礦物：陽起石、斜長石、鉀長石、石英、黑云母及少量磁鐵礦。另有幾條次生石英、方解石、綠泥石微細脈體穿插。陽起石：無色—淡綠色，具弱多色性，長柱狀、粒狀，邊緣不規(guī)則，大小在0.05×0.1～1.0×2.0 mm，較大者似變斑晶狀，含石墨或炭質包裹甚多，中正突起，見閃石式解理，略顯定向排列。體積分數(shù)30%～35%；斜長石：淺褐色，他形粒狀、部分表面次生絹云母、綠泥石，粒徑在0.05～0.3 mm，多在0.1～0.2 mm，突起不明顯，為更—中斜長石體積分數(shù)20%～25%；鉀長石：無色、淺褐色，部分有泥化渾濁，他形粒狀，粒徑在0.05～0.3 mm，較大者含石墨或炭質包裹體。低負突起，體積分數(shù)20%～25%；石英：無色，純凈，粒狀，粒徑在0.1 mm±，低正突起。體積分數(shù)在5%±；黑云母：淺黃—棕褐色，多色性明顯，片狀。體積分數(shù)5～10%。

礦石自然類型為石墨黑云變粒巖，呈鱗片粒狀變晶結構，塊狀構造，巖石內(nèi)斜長石、鉀長石和陽起石組成結構特征，片狀的石墨、黑云母雜亂分布。

(2)礦石化學成分

經(jīng)過對礦區(qū)424件基本分析樣品進行統(tǒng)計，固定碳含量最低2.50%，最高7.72%，平均3.82%，礦石品位變化系數(shù)為33%，為均勻的。

根據(jù)組合分析結果，對各項化學成分進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果詳見表4。

表4 化學成分統(tǒng)計表

礦石多項分析的目的是查明礦石中的有益有害組分及其含量及有無綜合利用意義。礦石多項分析結果見表5。

表5 礦石多項分析結果表

依據(jù)礦石多項分析結果(表5)礦石中有益組分為固定碳(C固)，未發(fā)現(xiàn)可以綜合利用的有用元素和礦物。

(3)石墨片度

在深部工程選擇有代表性的礦石樣品進行了晶質石墨片度測定，測試結果：>50目(0.355 mm)占58.59%，50～80目(0.287 mm)占21.88%，80～100目(0.175 mm)占7.03%，小于100目(0.147 mm)占11.50%。依據(jù)石墨晶體大小(片度)分類：大鱗片石墨(>0.150 mm)占87.50%，中鱗片石墨(0.075～0.150 mm)占11.50%，以大鱗片石墨為主，占87.50%。

綜上，對上述典型礦床的礦石礦物分析結果，參照吉林省集安市清河鎮(zhèn)二道村晶質石墨礦選礦試驗報告(項目號：2016—913)(2)吉林省冶金研究院.吉林省集安市清河鎮(zhèn)二道村晶質石墨礦選礦試驗報告(項目號：2016—913)[R].吉林省冶金研究院，2016.12.，礦石中的有害組分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、S等含量較低，對選礦影響較低，該區(qū)內(nèi)的石墨礦石屬易選類型。

2.3 圍巖及夾石

(1)近礦圍巖及夾石

近礦圍巖及夾石主要為含墨黑云變粒巖、含墨變粒巖、石墨透輝變粒巖、含墨大理巖、含墨角閃黑云變粒巖等含墨巖系，部分地段礦體圍巖為淺粒巖。

當?shù)V體圍巖為含石墨透輝變粒巖或含墨黑云變粒巖的礦體，圍巖及其夾石與礦體物質成分基本一致時，礦體與圍巖為漸變過度關系，依據(jù)其含石墨品位高低而確定是否為礦石，礦體界限不清，不易辨認，只能依靠測試樣品區(qū)分。圍巖及夾石對礦石質量無大影響。當?shù)V體圍巖為淺粒巖時，則礦體與圍巖界線清楚。

(2)含礦層與圍巖

含礦層與圍巖間界線較易辨認，其圍巖為片麻狀花崗巖和斜長角閃巖，這類巖石與含礦層界限明顯,但不是近礦圍巖，對礦石質量無大影響。

3 礦床成因類型及找礦標志

3.1 礦床成因類型

古元古界集安群為一套含石墨硅質富鎂的火山—沉積建造，其荒岔溝巖組為一套海相碎屑巖—火山巖—碳酸鹽沉積建造[4]。賦存于集安群的晶質石墨礦床屬于海底火山沉積變質、巖漿熱液作用的層控礦床[1]。

本區(qū)石墨礦床類型為區(qū)域變質型礦床。區(qū)域變質作用和重熔改造型的巖漿熱液活動是形成晶質石墨礦的重要過程(3)吉林省地礦勘察設計研究院.吉林省集安市財源鎮(zhèn)霸王朝石墨礦詳查報告[R].吉林省地質資料館，2017.3.。該區(qū)中深程度的區(qū)域變質作用使碳質結晶為鱗片狀，混合巖化的廣泛發(fā)育，但又不太強烈，使石墨重結晶形成大鱗片，提高了工業(yè)價值[5]。

混合巖化作用程度是晶質石墨能否具有工業(yè)價值的關鍵?；旌蠋r化作用強烈，石墨發(fā)生重結晶，并形成大鱗片，但脈體物質相對增多造成晶質石墨分散、貧化；混合巖化太弱，結晶鱗片又太小，無大經(jīng)濟價值[2]。因此，中等程度混合巖化更有利于可開采晶質石墨礦床的形成。

3.2 找礦標志

(1)集安群荒岔溝組是尋找石墨礦床的標志層位[6]；

(2)荒岔溝組含石墨黑云變粒巖、含石墨透輝變粒巖等含墨巖系是直接找礦標志(4)中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心吉林總隊.吉林省集安市清河鎮(zhèn)二道村晶質石墨礦勘探報告[R].吉林省地質資料館，2018.3.；

(3)因石墨屬良導電礦物，礦化體與圍巖的電性差異明顯，因此該區(qū)中、低阻或高極化率地質體是間接找礦標志[2]。

4 找礦前景分析

(1)該區(qū)成礦地質條件優(yōu)越，有利用石墨礦床形成。

下元古界集安群為一套含石墨硅質富鎂的火山沉積建造。其中荒岔溝組為一套海相碎屑巖火山巖碳酸鹽沉積建造，原巖碳質含量較高，為石墨礦床的形成提供了物質來源[2]，有利于石墨礦床形成。目前，在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)多個石墨礦床，在集安市財源鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)有已知大型礦床1處，中型礦床4處，小型礦床1處，已探明資源儲量(礦物量)309.92萬t；集安市清河鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)已知大型晶質石墨礦床2處，已探明資源儲量(礦物量)403.59萬t[3]；集安市頭道鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)已知石墨中型礦床1處，已探明資源儲量(礦物量)29.7萬t。另外在頭道腰營一勘查區(qū)正在進行勘探工作，階段性工作報告估算石墨儲量(礦物量)20萬t，勘查工作還在繼續(xù)，初步估算至少為一中型石墨礦床。

(2)該區(qū)含石墨巖系分布廣，找礦前景較好。

吉林省集安地區(qū)晶質石墨礦主要賦存于集安群荒岔溝組(Pt1h)，該含石墨巖性段在區(qū)域內(nèi)廣泛分布，出露面積約占集安群的50%左右[3]，以集安市財源鎮(zhèn)—清河鎮(zhèn)—頭道一帶較為集中，因此該區(qū)內(nèi)石墨資源開發(fā)潛力較大。

通過調(diào)查工作，在財源一帶新發(fā)現(xiàn)晶質石墨礦點2處、礦化點1處，圈定自電異常區(qū)7處。通過少量槽探查證工作，已揭露晶質石墨礦體和礦化體10余條。在集安清河一帶，空白區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)礦點2處，圈定融電異常區(qū)25處，自電異常區(qū)8處，已驗證多處激電異常區(qū)和自電異常區(qū)，發(fā)現(xiàn)10余條晶質石墨礦體[3]。

通過調(diào)查了解，相關單位已申請在集安臺上鎮(zhèn)、集安市孤山子、清河鎮(zhèn)小荒溝石墨礦設立石墨普查項目，有望發(fā)現(xiàn)1～2處石墨礦產(chǎn)地。

研究區(qū)成礦地質背景良好，而且具有成礦地層、構造、巖漿巖及地球物理特征等地質條件，成礦條件優(yōu)越，找礦前景十分廣闊。

5 結論

通過對區(qū)內(nèi)幾個已知的晶質石墨礦床的特征對比分析結果看，吉林省集安地區(qū)的晶質石墨礦床在成因類型、區(qū)域地質特征、礦體地質特征以及礦石質量特征上大致相近，礦床類型屬于區(qū)域變質型晶質石墨礦床。該區(qū)域晶質石墨礦床嚴格受層位控制，并受褶皺構造影響較大，礦體多為似層狀、扁豆狀，礦體大致平行產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層基本一致。該地區(qū)的晶質石墨礦具有低硫、易選、大鱗片等特點。區(qū)內(nèi)地質成礦條件較好，如在該區(qū)繼續(xù)開展勘查工作，會取得較好的探礦效果，有望進一步擴大該區(qū)石墨資源儲量。