甘肅肅北白石頭溝礦區地質特征及找礦標志淺析

王黨琦，辛 龍，宋小宏，何艷芝，謝喜紅，羅天鳳

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

石墨具有化學性質穩定、可塑、耐高溫、導電、潤滑等特性，廣泛應用于冶金、機械、化學、電器、軍工等領域，是重要的戰略資源。區域上已發現敖包山、大敖包溝、白臺溝東、紅柳峽北、獨山子南、大案盆溝、梧桐井等石墨礦產地多處，與白石頭溝石墨礦成礦地質條件、成礦機理相同，并與小敖包溝西鉛鋅（鐵、石墨）礦、掉石溝鉛鋅（石墨）礦、土達坂鉛礦屬同一成礦帶，找礦前景極好，有望建成西部大型的石墨勘查開發基地[1]。

1 區域地質特征

勘查區位于祁連造山帶與敦煌地塊的交接部位，阿爾金大斷裂近東西向在其南側穿過，構造發育，侵入巖呈帶狀沿斷裂展布[2]。區域上地層以阿爾金大斷裂為界，北屬塔里木地層區塔南地層分區，南屬祁連-北秦嶺地層分區北祁連地層小區，區內出露主要地層有太古宙-古元古代敦煌巖群（ArPtD）、新近紀苦泉組（Nk）（圖1），其中敦煌巖群（ArPtD）屬塔南地層分區，為一套碎屑巖夾碳酸鹽巖建造組合，屬結晶基底巖系，分布于阿爾金大斷裂以北的紅柳溝-白石頭溝一帶，區域上僅出露A、B兩個巖組，呈近東西向帶狀展布,層內褶皺、斷裂構造發育，巖性組合為片麻巖、片巖、斜長角閃巖、大理巖、石英巖等，其中B巖組是紅柳峽—白石頭溝一帶石墨礦的主要賦礦層位。

區域構造明顯受阿爾金大斷裂控制，主要有褶皺、斷裂、片理、片麻理等，其中東西向和北西西向褶皺、斷裂最為發育。敦煌巖群總體上構成紅柳峽復式向斜，軸向近東西向，南翼傾角60°～70°，北翼傾角50°～60°，兩翼均有不同規模的次級褶皺，區域上規模較大的次級褶皺有金場溝向斜、梧桐溝背斜、梧桐溝向斜、土達坂向斜，部分石墨礦體空間展布、形態受褶皺構造控制；斷裂構造有近東西向、北西西向、北東東向3組，北東東向斷裂主要是阿爾金大斷裂的一部分，為地殼深部的巖漿氣液及巖漿侵入提供了良好通道；北西西向斷裂是阿爾金斷裂帶的次級構造，是區內鉛鋅、鐵礦的主要控礦構造。

區域上巖漿活動較強，侵入巖主要分布在區域北側，整體呈近東西向展布，與區域地層、構造的展布方向基本一致，主要侵入體有石包城北英云閃長巖體、金場溝二長花崗巖體；脈巖不太發育，主要有輝綠玢巖脈、閃長玢巖脈、偉晶巖脈。

2 礦區地質特征

勘查區地處阿爾金大斷裂北側一隅、梧桐溝背斜北翼，敦煌基底雜巖隆起帶，出露地層簡單，褶皺較為發育，侵入巖不甚發育，僅有零星脈巖侵入。

2.1 地層

區內出露地層主要為太古宙—古元古代敦煌巖群B巖組和第四紀全新統（圖2）。其中敦煌巖群B巖組（ArPtD2）幾乎分布于整個勘查區內，總體呈北東東向帶狀展布，與區域構造線方向基本一致，是石墨礦主要賦礦層位，總體南傾，傾角50°～75°；層間次級褶皺發育，致使地層局部傾向南西、北西，地層在轉折端具明顯“加厚”現象。巖石普遍遭受中—深程度的變質作用，其巖石組合為大理巖、含石墨大理巖、黑云石英片巖、含石墨黑云石英片巖、黑云斜長片麻巖、石榴黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、含石榴斜長角閃巖，礦體主要賦存于含石墨大理巖和含石墨黑云石英片巖中。

圖1 白石頭溝一帶區域地質礦產簡圖

圖2 白石頭溝石墨礦區地質簡圖

2.2 構造

勘查區位于梧桐溝背斜北翼，受阿爾金大斷裂影響和多期次的構造變形，層間褶皺、撓曲、片理及片麻理較為常見。褶皺構造以倒轉同斜背斜和倒轉同斜向斜為主，軸向北西—南東向，大理巖型石墨礦體空間展布、形態受褶皺構造控制，使部分礦體、地層呈“S”型（圖2），并具拉伸變薄、轉折端增厚特征；斷裂構造不發育、規模小，對礦體影響較小。

2.3 侵入巖

勘查區內侵入巖不發育，僅有少量斜長偉晶巖脈、石英脈分布，規模較小，脈體走向一般為70°～100°，脈寬0.5m～20m，長20m～200m不等，部分脈體截穿礦體，對礦體有一定破壞作用。

2.4 變質作用

勘查區變質巖分布廣泛，主要為敦煌巖群片巖、片麻巖、大理巖和斜長角閃巖。通過紅柳峽石榴石斜長角閃巖的變質特征、鋯石U-Pb年齡研究[3]，石榴子石斜長角閃巖的原巖為島弧拉斑玄武巖，溫度達550°～780℃,壓力0.3GPa～0.9GPa,典型礦物組合為石榴石-角閃石-透輝石-斜長石，表明敦煌巖群變質程度達角閃巖相，以區域動力熱流變質作用為主，變質程度高。

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

通過地質勘查工作，勘查區內共圈出石墨礦體33條，其中石英片巖型礦體18條，大理巖型礦體15條，相較而言，大理巖型石墨礦石品質高而鱗片小，礦體形態復雜；石英片巖型礦石品位低鱗片大，形態簡單[4]。

大理巖型石墨礦體主要賦存于敦煌巖群B巖組含石墨大理巖中，礦體長100m～780m不等，單工程平均厚度為1.45m～28.74m，礦體平均厚度2.26m～28.74m，單工程（固定碳）平均品位為3.21%～15.15%，礦體（固定碳）平均品位達3.21%～10.83%，品位變化系數為41.77%～46.17%，較為穩定。受褶皺影響變形強烈（圖2），局部呈“S”形，礦體產狀與圍巖產狀一致，向深部產狀有變緩趨勢（圖3），并具有“上厚下薄、上富下貧”的特征。礦體總體傾向南西，傾角56°～78°，頂板為含石墨大理巖，底板為斜長角閃巖、黑云石英片巖，夾石較少，圍巖蝕變主要有高嶺土化、褐鐵礦化等[5]。

石英片巖型石墨礦體主要賦存于敦煌巖群B巖組含石墨石英片巖中，礦體呈層狀、似層狀，北東—南西向展布，總體傾向南東，傾角61°～76°，礦體長50m～730m不等，單工程平均厚度為2.57m～24.04m，礦體平均厚度2.07m～22.43m，厚度變化較大，厚度變化系數為16.48%～130.46%，總體上“西厚東薄”；單工程（固定碳）平均品位為3.25%～5.84%，礦體（固定碳）平均品位達3.19%～5.84%，品位變化系數為22.13%～35.64%，礦石品位穩定；頂底板圍巖均為含石墨石英片巖，無明顯界線，圍巖蝕變主要為高嶺土化、黃鉀鐵礬化[6]。

圖3 白石頭溝石墨礦10勘探線剖面簡圖

3.2 礦石質量

礦石自然類型有大理巖型、石英片巖型兩類。石英片巖型石墨礦具鱗片粒狀變晶結構、片狀構造，礦石礦物主要為石墨，含量約3%～8%，呈細小鱗片狀，片徑約0.08×0.1～0.3×1.1mm±，大于0.147mm±（100目）的石墨占總含量的55%以上，幾乎無小于1μm的石墨，工業類型屬晶質石墨礦石，脈石礦物主要以石英、長石、云母為主，含少量泥質、碳酸鹽集合體及赤褐鐵礦；大理巖型石墨礦石具粒狀變晶結構、塊狀構造，礦石礦物主要為石墨，含量約3%～25.31%，平均含量10.90%，片徑約0.05×0.08～0.25×0.7mm±，多呈0.1mm～0.3mm的單體半定向排列，大于0.147mm±的石墨占總量的60%±，幾乎無小于1μm的石墨，工業類型也屬晶質石墨礦石，脈石礦物主要以方解石、白云石為主，含少量泥質、云母及石英。

礦石化學成分簡單，除有用化學組分C（固定碳）外，未發現任何伴生有益元素，有害組分SiO2、Al2O3、Fe2O3含量偏高，其中SiO2含量40.64%～75.16%，平均56.80%，Al2O3含 量7.35%～10.34%， 平 均7.54%，Fe2O3含 量1.76%～8.23%，平均4.63%，但根據選礦試驗報告，有害組分對選礦和精礦的提純、深加工影響不大。

4 礦床成因及找礦標志淺析

4.1 礦床成因

在認真分析前人科研和地勘資料的基礎上，結合本次勘查成果，認為白石頭溝石墨礦屬沉積變質型。主要特征為。

（1）石墨礦主要賦存于敦煌巖群B巖組中，是一套典型的變質沉積巖含礦建造，含礦巖石為含石墨大理巖、含石墨石英片巖，礦體呈層狀、似層狀，產狀與圍巖一致，礦層嚴格受層位控制。

（2）石墨呈顯微鱗片-鱗片狀較均勻分布于脈石礦物間，部分石墨集合體沿層理、片理呈條帶狀產出，局部原生礦石中見原生層狀構造；且礦石中SiO2、Al2O3、Fe2O3含量較高,而Na2O、K2O、MgO含量低，圍巖蝕變弱，沉積特征明顯。

（3）含礦巖石經區域變質，溫度、壓力不斷增大，變質程度由淺入深，巖石中碳質重結晶，碳質相對富集成石墨；后期區域巖漿侵入，圍巖溫度進一步升高，致使石墨再次重結晶、富集，石墨鱗片增大，從而形成規模較大的石墨礦床。

4.2 找礦標志

（1）礦體賦存于敦煌巖群B巖組含石墨大理巖、含石墨石英片巖中，嚴格受層位控制，故含石墨大理巖、含石墨石英片巖是最直接的找礦標志。

（2）大理巖型石墨礦頂板一般為含石墨大理巖，耐風化能力弱，底板為斜長角閃巖或黑云石英片巖，耐風化能力強，因頂底板圍巖耐風化能力差，礦體出露位置易形成負地形，故含石墨大理巖底部負地形處是找礦有利部位。

（3）褐鐵礦化、高嶺土化強烈地段，含石墨石英片巖中固定碳含量高，在地表形成較明顯的“黃帶”，是尋找石英片巖型石墨礦的直接找礦標志。

（4）石墨具有良好的導電性，具備“低電阻高極化”的電性特征，使用電法等物探手段有較好的找礦效果。

5 結語

白石頭溝石墨礦屬沉積變質型礦床，含礦地層為敦煌巖群B巖組，含礦巖性為含石墨大理巖、含石墨石英片巖，礦石自然類型有石英片巖型和大理巖型兩類。通過初步勘查工作，礦床儲量規模已達中型，但含石墨礦化帶沿走向仍未完全揭露控制，石英片巖型石墨礦體深部未能驗證。通過進一步勘查工作，區內石墨礦物量有望突破100萬噸，達到大型規模，且區域上石墨礦化帶（敦煌巖群B巖組）長約40km，目前已發現石墨礦產地多處，具有良好的成礦條件和找礦前景。