集安市雙興六隊晶質石墨礦床地質特征及成因

曾慶彬（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

集安市雙興六隊晶質石墨礦床地質特征及成因

曾慶彬
（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

【摘 要】吉林省集安市雙興六隊晶質石墨礦床位于中朝準地臺東部，遼吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。賦存于集安群荒岔溝組三段第二巖性層即石墨黑云變粒巖中，為變粒巖混合巖化型晶質石墨礦床。本文敘述了該礦床地質特征，分析了礦床成因，列出了找礦標志，具有一定指導意義。

【關鍵詞】晶質石墨礦；地質特征；成因類型；集安市

吉林省集安市雙興六隊晶質石墨礦區位于集安市北西約310°方向，直距約45km，行政隸屬吉林省集安市財源鎮。面積3.87km2。礦區為低山地貌 ，海拔高度426～628m，一般海拔500m左右，相對高度202m。屬北寒溫帶大陸性季風氣候，礦區交通方便，礦山開采條件優越。為滿足吉林省乃至全國晶質石墨工業發展的原料需求、加大開發力度，研究和開發雙興六隊晶質石墨礦床具有重要意義。

1　區域地質概況

雙興六隊晶質石墨礦床位于中朝準地臺東部，遼吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。

1.1 地層

區域出露地層有下元古界集安群(Pt1)、老嶺群(Pt2)；中生界侏羅系和新生界第四系。

(1) 集安群。

集安群分布于全區的絕大部分，是區內的主要地層,自下而上有螞蟻河組(Pt1m)、荒岔溝組(Pt1h)、大東岔組(Pt1d)。主要巖石類型有淺粒巖、變粒巖、石英巖、片巖、片麻巖、大理巖、斜長角閃巖和各類混合巖。

螞蟻河組巖性特征：肉紅色混合巖夾斜長角閃巖、黑云變粒巖、淺粒巖殘留體，含硼蛇紋石化白云質大理巖。厚度458～1 410m。賦存有硼、石棉、云母、透輝石、水鎂石等非金屬礦產。

荒岔溝組為晶質石墨含礦層，以含石墨為特征，由石墨變粒巖、石墨透輝變粒巖、含石墨透輝變粒巖、含石墨黑云片麻巖、含墨大理巖、黑云變粒巖和斜長角閃巖等組成，變質程度較深多為高角閃巖相，賦存有石墨、透輝石、金及有色金屬礦產。厚度53～725m。

大東岔組以多硅高鋁為特征，由二云片巖、變粒巖、片麻巖和石英巖組成。厚度480～880m。賦存有矽線石等。

(2) 老嶺群珍珠門組。

老嶺群珍珠門組(Pt2z)在區內西北部邊緣有少量出露。主要為灰白、白色白云質大理巖，底部為黑色碳質板巖。厚度777～834m。

(3) 上侏羅統果松組。

侏羅系果松組(J3g)主要在區域南部有零星出露。上部：紫色火山角礫巖、灰綠色凝灰巖；下部：灰色—深灰色玄武巖、火山角礫巖、安山巖、灰白色流紋巖。厚度＞861m。

(4) 第四系。

新生界第四系分布于河流兩岸和山谷中。礫石、砂、亞粘土、腐植土。厚度1～15m。

1.2 構造

(1) 褶皺構造。

區域內主要褶皺構造為蝦蠓溝—復興屯向背斜疊加褶皺，有泉眼溝—蝦蠓溝疊加褶皺、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) 斷裂構造。

區內斷裂構造發育，主要有3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。北西向、近東西向斷裂以推覆和逆掩斷裂構造為主，北東向、北北東向斷裂為推測平移斷裂構造。上述斷裂構造格架，控制了區內集安群各組界線及展布方向。

主要斷裂構造有：北東向的馬蹄溝—復興屯、哈塘溝—鹿圈子溝、花甸子—三道崴子逆沖斷裂構造；北西向的復興屯—南臺逆沖斷層；幸福逆掩斷層帶、東西向的馬蹄溝—西溝—東岔溝—四道溝逆掩斷裂帶。

1.3 巖漿巖

區域內巖漿巖比較發育，侵入巖及噴出巖均有產出。其中對晶質石墨成礦有影響的主要是侵入巖，其主要分布于區域中部和北部，時代有五臺期、印支期—燕山期、燕山期侵入巖活動。各期侵入巖特征如下：

(1) 五臺期斜長花崗巖(γ21)。

主要分布于區域的北部和中部的鹿圈子溝、山城子—亮紅頂子一帶，呈巖株狀侵入荒岔溝組，出露面積不等，以鹿圈子溝和山城子侵入體最大，面積約1～3km2，一般為0.2～0.51km2。巖石特征如下:

斜長花崗巖：呈灰白、白色，中粒花崗結構，交代結構，塊狀構造，由斜長石、石英、微斜長石及黑母云組成。

(2) 五臺期巨斑狀花崗巖(γ22)。

僅在區域南部的南岔和正岔一帶見有小面積出露，與集安群大東岔組、荒岔溝組呈侵入接觸，局部巖株狀侵入于集安群不同層位之中，巖體內常見螞蟻河組均質混合巖、荒岔溝組含墨黑云變粒巖、大東岔組矽線片麻巖殘留體，表明該巖體侵入時代晚于大東岔組。巖石特征如下：

巨斑狀花崗巖：巖體巖相較單一，巖石以灰白色為主，局部肉紅色，兩者互為過渡，沒有明顯界線，具交代條紋結構，斑狀構造，斑晶以微斜長石為主，基質由斜長石、鉀長石、黑云母、石英組成。

(4) 燕山期角閃鉀長花崗巖—崗山巖體(r53(1))。

分布于工作區南西部，侵入集安群螞蟻組及荒岔溝組地層中，可劃分為外部相與過渡相。巖體呈橢圓狀，面積約120km2。巖性主要為中—細粒角閃鉀長花崗巖。

五臺期斜長花崗巖(γ12)的侵入為礦床的形成提供了熱量，有利于晶質石墨礦床的形成。

1.4 變質作用

變質作用以區域變質作用為主，集安群、老嶺群因受多期變質作用，變質程度較高且深淺不一，巖石類型復雜。集安群和老嶺群變質作用的特征如下：

集安群：變質程度深，以高角閃巖相為主，且混合巖化作用強烈，變形復雜(三期變形)，原巖很難識別。巖石類型有均質混合巖、斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、大理巖、片麻巖、片巖、石英巖。

老嶺群：變質程度中—深，以低角閃巖相為主，且無混合巖化作用，變形復雜(二期變形)。巖石類型有變粒巖、淺粒巖、大理巖、板巖、長石石英巖。

2　礦區地質特征

2.1 地層

礦區內出露地層有下元古界集安群荒岔溝組三段、大東岔組；新生界第四系(見下圖)。

集安市雙星六隊晶質石墨礦地形地質圖

2.1.1 荒岔溝組三段(Pt1h3)

分布于礦區大部分，為一套含墨巖系，巖性有石墨黑云變粒巖、含墨黑云變粒巖、含墨淺粒巖、斜長角閃巖等。呈北東向展布，總體形態為長條形，地層厚度500～530m。根據巖性特征，又劃分為4個巖性層，由老至新敘述如下：

(1) 斜長角閃巖層(Pt1h3-1)：分布于礦區中部，巖性以斜長角閃巖為主，厚度80～90m。

(2) 石墨黑云變粒巖層(Pt1h3-2)：分布于礦區中南部，巖性以黑云變粒巖為主，賦存3層石墨礦，為區內石墨礦主要含礦層位，礦層厚度6～50m，地層厚度150～160m。

(3) 含墨黑云變粒巖層(Pt1h3-3)：分布于礦區南部，巖性以黑云變粒巖為主，含少量石墨，品位低，厚度170～180m。

(4) 含墨淺粒巖層(Pt1h3-4)：分布于礦區南東部，巖性以淺粒巖為主，含少量石墨，品位低，厚度＞100m。

2.1.2 大東岔組(Pt1d)

分布于礦區北西部，以多硅高鋁為特征，巖性由二云片巖、變粒巖、片麻巖和石英巖組成。

2.1.3 第四系全新統(Q4)

分布于溝谷中，主要由殘坡積、沖洪積物組成，厚度2～10m。

2.2 構造

礦區內地層呈單斜構造產出，地層總體走向為北東—南西，傾向南東，傾角一般在35～45°。

礦區內構造主要為斷裂構造，發育有北東向的逆斷層(F1)，位于礦區的北西部，長度約1.5km，斷層性質為逆斷層，傾向南東，傾角25～35°。由于F1逆斷層的存在，致使大東岔組(Pt1d)與荒岔溝組(Pt1h)地層呈斷層接觸，老地層覆蓋于新地層之上。F1斷層對雙興六隊晶質石墨礦床的影響程度很小。

礦體內未見脈巖，脈巖對礦體無破壞作用。

2.3 巖漿巖

礦區內混合巖化作用較弱，在荒岔溝組中見中—粗粒斜長花崗巖脈侵入。此外見后期混合偉晶巖脈貫入。

3　礦體地質特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于集安群荒岔溝組三段第二巖性層即石墨黑云變粒巖中，總體呈層狀、似層狀產出，呈北東—南西向展布。雙興六隊晶質石墨礦區共查明①、②、③號3條礦體。現分述如下：

①號礦體：礦體出露標高為470～627.50m。地表由TC00、TC02、TC12、TC04、TC06、TC08探槽控制，地表控制礦體長約850m；深部由ZK0001、ZK0002、ZK0003、ZK0201、ZK0202、ZK0203、ZK0401、ZK0402、ZK0403、ZK0601、ZK0602鉆孔控制，控制礦體最大斜深約210m,厚度13～50m。平均品位3.93%。礦體品位變化系數為3.57%，礦體厚度變化系數為17.57%。傾向150～160°、傾角35～45°。礦體延走向變化規律為中間厚向兩端逐漸變薄，延傾向變化規律為自地表向深部逐漸變厚的趨勢。

②號礦體：礦體出露標高為550～610m。地表由TC08控制，推測礦體長約200m；深部無工程控制，推測礦體斜深約200m(推至最低開采標高線)，工程控制最大厚度6.00m。傾向160°、傾角40°。

③號礦體：礦體出露標高為510～580m。地表由TC02－1、TC12控制，控制礦體長約120m；深部無工程控制，推測礦體斜深約150m(推至最低開采標高線)，工程控制最大厚度7.36m。傾向120°、傾角43°。

3.2 礦石質量

3.2.1 礦物成分及結構構造

礦石自然類型為石墨黑云變粒巖，巖石呈鱗片粒狀變晶結構，塊狀構造。

顯微鏡鑒定：巖石屬變粒巖類。主要礦物成分為陽起石、斜長石、鉀長石，少量石墨、石英、黑云母等。巖石具鱗片粒狀變晶結構，巖石內斜長石、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。

陽起石：無色—淡綠色，具弱多色性，長柱狀、粒狀，邊緣不規則，大小在(0.05×0.1)mm～(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。含量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0.05～0.3mm，多在0.1～0.2 mm，突起不明顯，為更—中斜長石含量20%～25%。

鉀長石：無色、淺褐色，部分有泥化渾濁，他形粒狀，粒徑在0.05～0.3mm，較大者含石墨或炭質包裹體。低負突起，含量20%～25%。

石墨：黑色，不透明，鱗片狀，鱗片大小在0.03～0.5mm，多數在0.1～0.3mm，雜亂分布。含量10%～15%。

石英：無色，純凈，粒狀，粒徑在0.1mm±，低正突起。含量5%±。

黑云母：淺黃—棕褐色，多色性明顯，片狀。含量5%～10%。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。礦石礦物：晶質石墨。脈石礦物：鉀長石、斜長石、陽起石、石英。

3.2.2 礦石化學成分

經對礦區424件基本分析樣品進行統計，固定碳含量最低2.50%，最高7.72%，平均3.82%，礦石品位變化系數為33%，為均勻的。

根據組合分析結果，對各項化學成分進行統計，統計結果詳見表1。

表1　礦石化學成分(%)

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，有無綜合利用意義。礦石多項分析結果見表2。

表2　礦石多項分析(%)

根據表2分析結果，參照吉林省通化縣三半江晶質石墨礦床選礦試驗成果，礦石中有害元素為S但含量較低(平均為0.25%)對選礦影響不大。未發現可以綜合利用的有用元素和礦物。

3.2.3 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(0.355mm)占58.59%，80～50目(0.287mm)占21.88%，100～80 目(0.175mm)占7.03%，＜100目(0.147mm)占11.50%。

由此可見，依據石墨晶體大小(片度)分類：大鱗片石墨(＞0.150mm)占87.50%，中鱗片石墨(0.075～0.150mm)占11.50%，以大鱗片石墨為主，占87.50%。

3.3 礦石類型

礦石自然類型為石墨黑云變粒巖，其工業類型以耐火材料用晶質石墨為主。

3.4 礦體圍巖和夾石

3.4.1 礦體頂、底板

礦體頂、底板巖性均為含石墨黑云變粒巖。其特征為固定碳含量1.0%～2.0%，未達到工業品位。近礦圍巖及其夾石與礦體物質成分基本一致，品位較低，對礦石質量無大影響。

標本觀察：深灰色，細粒，見石墨鱗片，局部有灰白色方解石細脈穿插。定向構造不明顯。

顯微鏡鑒定：細粒鱗片柱粒狀變晶結構，塊狀、片麻狀構造，主要礦物成分：斜長石含量55%、石英30%、黑云母含量5%～10%、石墨含量1.0%～2.0%。

3.4.2 礦體夾層

①號礦體共有夾層5條，其中地表出露夾層1條為J1，出露長度約850m，厚度8～20m，呈帶狀分布，在00線、02線、12線、04線、06線、08線的厚度分別為15、20、13、12、13、8m；未出露4條，分別為J2、J3、J4、J5，均呈透鏡狀。巖性為含石墨黑云斜長變粒巖、淺粒巖，其特征為固定碳含量1%～2%，未達到工業品位，其他礦體未發現夾層。

3.5 礦床成因及找礦標志

3.5.1 礦床成因

該礦床是變粒巖混合巖化型晶質石墨礦床。

形成石墨礦床的條件：①碳元素的富集；②較高的溫度、壓力；③還原環境。據目前認識，晶質石墨的碳質主要來源于沉積巖中的有機物，有機質是隨含泥的鈣鎂質同生沉積的，并形成富含有機質巖石，為晶質石墨礦床的形成奠定了物質基礎。區域變質的持續作用，使得溫度、壓力、應力不斷增大，變質作用也由淺變質最后進入中—深變質階段，碳質也由土狀過度為結晶鱗片狀。混合巖化作用程度是晶質石墨能否具有工業價值的關鍵；混合巖化作用強烈，石墨發生重結晶，并形成大鱗片，但脈體物質相對增多，也造成晶質石墨分散、貧化；混合巖化太弱，結晶鱗片又太小，無大經濟價值；因此，混合巖化中等程度為宜。

下元古界集安群在通化—集安一帶廣泛發育，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，該區中深程度的區域變質作用使碳質結晶為鱗片狀，混合巖化的廣泛發育，但又不太強烈，使石墨重結晶形成大鱗片，提高了工業價值。由此可見，該區是尋找晶質石墨礦床的有利地區。

3.5.2 找礦標志

(1) 集安群含墨層位是尋找石墨礦的直接找礦標志。

(2) 集安群荒岔溝組含墨黑云變粒巖是直接找礦標志。

(3) 該區中、低阻或高極化率地質體是間接找礦標志。

4　結語

吉林省集安市雙興六隊晶質石墨礦床賦存于集安群荒岔溝組三段第二巖性層即石墨黑云變粒巖中。礦床規模為中型，潛在經濟價值巨大，研究和開發該晶質石墨礦具有重要的經濟效益和社會效益。

【礦產資源】

【收稿日期】2014-08-12

【文章編號】1007-9386(2015)01-0042-04

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P619.252