萬隆店一帶石墨礦地質特征及成礦規律初探

齊新國，譚 均，孫寶臣，王立考，王 政，門小靖

(中國建筑材料工業地質勘查中心河北總隊，河北 保定 071000)

1 引言

冀西北地區位于阿拉善隆起—華北地臺北緣西段石墨成礦帶的東部，該成礦帶中石墨礦賦存于前寒武紀變質地層中，礦石中石墨片徑較大，易選，為我國優質大鱗片石墨礦的重要產地。著名礦床如：內蒙古查漢木胡魯石墨礦、興和石墨礦及河北赤城龍關石墨礦。

工作區為基巖露頭較差的淺覆蓋區，以往石墨礦的勘查工作較少。區內的康保縣萬隆店金礦在近年來的開采中發現圍巖中有大型規模的石墨礦。2015年以來我隊在張家口地區開展了石墨礦資源調查評價工作，相繼發現了張北縣義哈德大型石墨礦產地及康保縣后大興德石墨找礦靶區。工作區成礦地質條件對形成區域變質型晶質石墨礦床十分有利，對該區的成礦規律進行總結，對今后區域找礦具有一定的指導意義。

圖1 萬隆店地區大地構造位置示意圖

2 工作區地質背景

大地構造位置屬華北地臺之內蒙地軸張北臺拱(圖1)。出露的基巖大部分為新太古界紅旗營子巖群區域變質巖，少量為古元古界化德群區域變質巖，局部地段有中生代侏羅系陸相火山沉積建造不整合覆蓋在變質基底之上，第四紀覆蓋較厚且遍布全區。區內構造發育，不同時代、不同期次、不同規模的褶皺都有出現，大斷裂、韌性剪切帶及一般斷裂縱橫交錯，形成了復雜的構造格局。區內的巖漿巖主要有古元古代變質侵入巖及中生代侵入巖，與侵入巖同期次的脈巖較發育(圖2)。

2.1 地層

紅旗營子巖群東井子巖組(Ar3d)：下部以二長淺粒巖為主，夾黑云斜長變粒巖、含石墨黑云斜長變粒巖、含石墨淺粒巖；中部以含石榴黑云二長變粒巖、黑云斜長變粒巖、含石墨黑云二長變粒巖、石墨二長變粒巖為主，夾二長淺粒巖、石榴二長淺粒巖及大理巖透鏡體；上部為含石墨大理巖夾透閃透輝大理巖。

上侏羅統張家口組(J3z)：巖性為流紋質熔結凝灰巖、火山角礫巖、粗安巖質火山碎屑巖夾陸源碎屑沉積巖。

第四紀地層(Q)：分布于山間洼地、溝谷及山麓邊坡，為坡洪積、湖沼積、沖積及風積物。

圖2 工作區地質簡圖

2.2 構造

區內的褶皺構造形成于五臺期及呂梁期。五臺期構造變形由于受后期變質、變形及斷裂構造破壞，大、中型構造格架已很難恢復，但小型褶皺構造較發育。呂梁期褶皺見于紅旗營子巖群中，有軸向NEENE向展布的中常同斜倒轉背、向斜構造各1個，因地層經歷了多期次變質、塑性變形及巖漿侵入活動改造[1]，形態已不完整。

工作區地處東西向康保—圍場深斷裂(北)與尚義—平泉深斷裂(南)之間，斷裂構造比較發育，主要有近EW向、NE向、NW向三組。

2.3 侵入巖

太古代變質深成巖：侵入于紅旗營子巖群，巖性為中細粒石榴二長片麻巖。

古元古代變質侵入巖：主要為變質中細粒斑狀二長花崗巖、變質中細粒花崗閃長巖及變質輝長輝綠巖。

中生代侵入巖：主要為中、細粒斑狀二長花崗巖。

脈巖：主要有石英脈、花崗斑巖脈、輝綠巖脈及閃長玢巖脈等。

2.4 激電異常特征

區內巖石的視極化率(ηs )變化范圍多在1.0%～20%，按幅值可分為低緩激電異常(1.5%～2.5%)、中等激電異常(2.5%～6.0%)和強激電異常(6.0%～20%)。強激電異常一般具有規模較大、形態較規則、異常邊界梯度大等特點。低阻(視電阻率ρs＜200Ω·m)—高極化(ηs ＞6.16%)情況多與含石墨巖石有關。

2.5 含礦層分布特征

工作區存在南、北兩個近東西向分布的石墨含礦帶，賦存于新太古界紅旗營子巖群東井子巖組中部的含石墨二長變粒巖、石墨變粒巖及黑云二長變粒巖中。

北含礦帶出露長約6.0km，平均寬約0.66km，見礦1～2層，單層厚度一般2～30m。萬隆店石墨礦即位于該含礦帶東段。

南含礦帶出露長約9.7km，寬約2.1km。見礦1～3層，單層厚度2～9m。后大興德石墨礦化點位于該礦化帶西部。

3 典型礦床及礦化點地質特征

3.1 康保縣萬隆店石墨礦床

礦區地層主要有新太古界紅旗營子巖群東井子巖組(Ar3d)和新生代第四紀地層(Q)。基巖大部分被第四紀殘坡積物所覆蓋，地層總體為一向SSW-W傾斜的單斜構造，傾向一般200～270°，傾角20～70°。

東井子巖組(Ar3d)：下部主要以淺粒巖、變粒巖為主，以含石榴子石為特征；中部以(含)石墨變粒巖為主，局部褐鐵礦化較強；上部以黑云變粒巖、含石榴黑云變粒巖等為主。

礦區構造以斷裂構造為主，有NW、NNW向、NE向3組。

礦區巖漿巖主要為變質輝長輝綠巖脈。

石墨礦體主要賦存于東井子巖組中部，巖性主要為含石墨變粒巖，有少量含石墨黑云變粒巖和含石墨角閃變粒巖。區內含石墨地層厚度變化較大，一般為50～100m，向南逐漸變薄，其中共探明2個礦體(圖3)。

圖3 萬隆店石墨礦-10勘查線地質剖面圖

K1礦體：控制長480m，延深860m，呈層狀、似層狀產出，礦體厚3.01～32.77m，平均厚13.17m，厚度變化系數為81%。固定碳含量2.57%～4.09%，品位變化系數11%；礦體平均品位3.47%。

K2礦體：控制長960m，最大延深860m，礦體厚3.48～78.67m，平均厚26.84m，厚度變化系數為72%。固定碳含量2.64%～4.57%，品位變化系數11%；礦體平均品位3.64%。

礦石類型為變粒巖型，粒狀、鱗片粒狀變晶結構，塊狀、弱片麻狀構造。主要礦物成分為石英、長石，其次為黑云母、石墨、石榴子石，還有少量白云石、方解石、綠泥石、褐鐵礦、黃鐵礦等。

從礦石的化學成分(表1)分析，SiO254.32%～64.44%、A12O39.44%～12.50%、Fe2O34.71%～9.57%，SiO2+A12O3+Fe2O368.47%～86.51%，礦石中脈石礦物主要為鋁硅酸鹽類礦物。

表1 石墨礦石化學成分(%)

礦石中的石墨結晶程度較好，且多呈中粗粒嵌生。光片鑒定結果統計，石墨為片狀，定向排列，片徑一般為0.2～0.5mm，部分為0.1～0.2mm或1～1.5mm，最大達2mm。

浮選法回收試驗結果：品位4.13%的礦石經浮選最終獲得的精礦品位為86.75%，回收率為90.74%。精礦中石墨鱗片＜50目的占28.59%，50～80目的占59.60%，80～100目的占7.37%，＞100目的占4.35%。

3.2 后大興德石墨找礦靶區

位于南含礦帶西段的后大興德村—三百頃村一帶，經激電中梯面積性測量推斷出一處長約5 400m，寬約600m的激電異常區。區內分布有NE向斜列式交錯分布的8個長條狀激電異常體，其中5個激電特征為低阻高極化(視電阻率＜200Ω·m，視極化率＞6.16%)，且激電中梯視電阻率異常與激電中梯視極化率異常吻合較好(圖4)，推斷由含石墨地層引起。

圖4 激電中梯視電阻率與視極化率異常對比圖

槽探工程揭露，JD-4內發現3個石墨礦體(圖5)，JD-6及JD-3各內發現1個石墨礦體，礦體特征見表2。礦體賦存于新太古代紅旗營子群東井子巖組中，呈似層狀產出，產狀與地層基本一致，單礦體長1 670～2 280m，厚4.26～9.75m。固定碳含量3.05%～4.55%。

圖5 物探成果與槽探成果綜合剖面圖

表2 礦體特征

圖6 后大興德石墨礦石標本(a)及鏡下照片(b)

礦石類型主要為石墨二長變粒巖(圖6)。巖石呈灰褐色，片狀粒狀變晶結構，塊狀構造。主要由鉀長石(40%～45%)、斜長石(25%～28%)、透輝石(15%～20%)、石墨和氧化鐵質組成。石墨多呈長條片狀，礦物粒徑大小一般為0.2～1mm，含量5%～7%；氧化鐵質礦物主要是褐鐵礦，含量3%～15%。

礦石中石墨片度各級比例為：＞0.3mm(＜50目)者占石墨鱗片的48%，0.3～0.18mm(50～80目)者占24%，0.15～0.18mm(80～100目)者占9%，＜0.15mm(＞100目)者占19%(表3)。

表3 石墨鱗片測定統計

該礦化區與萬隆店石墨礦床具有相同的成礦地質背景，二者分別位于同一倒轉背斜的兩翼，都賦存于紅旗營子巖群東井子巖組二長變粒巖中，礦石的結構構造、礦物組成及石墨鱗片大小、礦石品位等相似。

阿拉善隆起—華北地臺北緣西段石墨成礦帶已發現30多個大、中型石墨礦床，從所處大地構造位置、含礦建造、含礦特征及成巖成礦時代分析，本區含石墨的新太古界紅旗營子巖群可與內蒙地區的烏拉山群(查漢木胡魯石墨礦)對比。而赤城龍關一帶的中太古界崇禮巖群(龍關石墨礦)可與內蒙興和一帶的集寧群(興和石墨礦)對比[2-4]。

4 成礦規律初探

4.1 賦礦層位及原巖恢復

本區石墨礦主要賦存在東井子巖組二長變粒巖中，少量賦于大理巖中。變粒巖類巖石成層性好，可見變余層理構造，產狀穩定，其中常見淺粒巖夾層及大理巖透鏡體；巖石粒度較均勻，呈較穩定的細粒狀，因此其原巖應為沉積巖。從巖石的化學成分分析，變粒巖類與雜砂巖類相似，淺粒巖類與長石砂巖相似，大理巖類的主要化學成分均低于純石灰巖理論化學成分。根據(al+fm)-(c+alk)-Si圖解分析，變粒巖樣品的投點在砂巖和泥巖沉積巖區接線附近；淺粒巖樣品的投點落入砂質沉積巖區；大理巖投影點落入鈣質沉積物附近的泥巖沉積巖區。綜合判斷，變粒巖原巖應為粘土質、泥質雜砂巖，淺粒巖原巖應為砂巖，大理巖應為不純泥質白云巖[5]。

4.2 成礦物質來源

大多數學者對區域變質型石墨礦進行碳同位素組成分析，得出的結論為石墨成礦物質來源主要為沉積地層中的有機碳，少數是由碳酸鹽巖變質形成[6]。從本區原巖建造分析，東井子巖組原巖為富鋁粘土巖—砂巖及粉砂巖—碳酸鹽巖組合，火山活動微弱，沉積巖中以粘土質成分為主，反映了一種相對寧靜的陸棚淺海環境，適合藻類生長，也是有機碳形成的有利環境。泥質、泥砂質建造中的有機質碳是石墨礦的物質來源。所以含石墨的變粒巖、淺粒巖和大理巖為石墨礦的礦源層。

4.3 成巖成礦時代

新太古代時期，區內地殼首次發生沉降，接受了一套在陸緣環境下形成的碎屑巖和碳酸鹽巖組合，即紅旗營子巖群。期末發生的五臺運動導致該期形成的地層發生了強烈的變形作用及低角閃巖相的區域變質作用。變質溫度達530～680℃[7]，對應的壓力值為300～700MPa。含有碳質的砂質、泥質沉積巖等在區域變質作用的高溫高壓環境下，使有機碳內部結構改變，碳元素結晶形成鱗片狀石墨晶體[8]，富含碳質的巖層則形成石墨礦層。古元古代后期的呂梁運動，發生了大規模中酸性巖漿侵入活動，同時發生了強烈的褶皺變形及混合巖化作用。在侵入體及混合巖化脈體與石墨礦化層的接觸帶附近，石墨鱗片較大。

本區變質作用的熱能主要由地球應力產生，其次是地層放射性衰變[1]，變質作用與褶皺變形密切相關。晶質石墨礦就是在這種多期的變質、變形過程中形成的，后期的巖漿活動使石墨鱗片進一步增大。

5 結論

本區含石墨巖系的沉積時代為新太古代，變質成礦時代為新太古代晚期(五臺期)，成因類型為區域變質型。含礦建造為低角閃巖相的二長淺粒巖—石墨變粒巖—大理巖組合。

東井子巖組含石墨變粒巖、含石墨淺粒巖及含石墨的大理巖透鏡體，可以作為直接找礦標志；低阻高極化的激電異常體可作為間接找礦標志。

工作區北部的郝車倌—閻油坊一帶，與萬隆店礦區具有相同的成礦地質背景，也見有含石墨地層零星分布，可作為下一步工作的靶區。