黑龍江蘿北云山石墨礦床地質特征

劉彥林

（中國建筑材料工業地質勘查中心黑龍江總隊，黑龍江 哈爾濱 150040)

石墨具有優異的潤滑性、耐高溫性、導電性、涂敷性和可塑性等性能。隨著石墨新材料的發展，我國已將石墨列為戰略性新興產業礦產[1]。黑龍江省石墨資源豐富，累計探明石墨礦資源儲量居全國之首[2]，其中蘿北縣云山石墨礦為省內著名的大型石墨礦之一。本文對云山石墨礦床地質特征進行了分析，探討其地質意義，為該地區石墨資源的系統開發以及提升綜合利用價值提供參考數據。

1 區域地質背景

黑龍江蘿北云山石墨礦床大地構造位置位于佳木斯地塊北緣的四方山背斜的北東翼[3]。大地構造單元位于佳木斯隆起北部的蘿北—嘉蔭變質巖地塊南端。西鄰牡丹江經向構造帶，南為三江坳陷的北緣，東接黑龍江斷裂，并且處在依蘭—伊通斷裂北東端的北西側。出露地層主要有下元古界麻山群和興東群變質巖系，其上不整合覆蓋有上白堊統猴石溝組和第四系[4]。區內斷裂褶皺構造發育。礦區主要含礦地層為麻山群柳毛組，混合巖和混合花崗巖發育[5]。礦區內侵入巖以混合花崗巖脈為主，還有少量的斜長角閃巖和石英脈等，偶見有閃長玢巖呈細小脈狀侵入。混合花崗巖脈大部分與礦體產狀平行，少部分斜切礦體。受其影響的石墨礦體有程度不等的混合巖化或硅化。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區出露地層有下元古界麻山群柳毛組和第四系，分別占總面積的85%和14.5%。

(1) 柳毛組(Pt1lm)。

分布于礦區27線和40線間。走向北北東或南北向，東側北部轉呈北北西向，傾向南東東或南東、北北東，傾角30～50°。由于褶皺構造，地層強烈褶曲和揉皺，加之混合花崗巖的影響，礦區內地層層序不全，上、下限不清。區內柳毛組是一套區域變質程度中—深，而混合巖化作用是比較強烈的變質巖地層。地層分布中東部和西部為大面積混合巖，中間部分多呈扁豆狀，巖性比較簡單，變化大。巖性變化比較明顯，中間部分的北部大量出露混合巖、片麻巖，南部為含石墨云母石英片巖、黑云斜長片巖、變粒巖、石英巖、斜黝簾石等。地層寬度、長度變化很大。石墨礦即賦存在本組地層中，分布在倒轉傾伏背斜的兩翼層位中(圖1)。

圖1 黑龍江省蘿北縣云山石墨礦區地形地質圖

柳毛組為石墨礦體賦礦層位，其巖性為沉積變質巖，決定了石墨礦成因類型為沉積變質型。賦含石墨的巖石類型決定了石墨的礦石類型。含石墨巖石的分布特征及規模一定程度上影響了石墨礦體的規模和產出特征。柳毛組地層為該區域石墨找礦的重要地質線索之一。

(2) 第四系(Q4)。

除殘坡積層外，主要為現代河流沉積。由粘土、砂和礫石等組成，厚度10.50m。

2.2 構造

2.2.1 褶皺

礦區位于云山復向斜次一級的四方山背斜的北東翼，屬倒轉傾伏背斜構造，由柳毛組構成，長3 600m。軸向350°，傾向70～145°，傾角30～50°。背斜南端被第四系覆蓋，西北翼走向變化較大，東側20°左右。西側近南北向，傾向100～145°，傾角25～60°，局部較陡65～80°。東南翼的西側走向340°左右，而東側近南北向，傾向35～160°，傾角24～60°。東南翼地層被F4斷層錯動，明顯發生位移。兩翼巖層對稱性比較好。

褶皺構造控礦作用明顯，礦體的空間分布及產狀特征受褶皺構造相關特征制約，如礦體呈南北展布與褶皺軸向相近。東側礦的南北向展布、東南側礦體的北西向展布，都與其褶皺構造東翼地層產狀一致。

2.2.2 斷層

根據地層性質、產狀和形成順序，可以分為南北、北東和北西向三組。

(1) 南北向斷層處于IVE、VE、VIE號礦體中間，礦體明顯錯斷北移。斷層長3km。向東南傾斜，傾角50°。地貌上為窄長的溝谷。形成的時間為元古代末期。該斷層切割了柳毛組地層和混合花崗巖，屬平移正斷層。

(2) 北東向地層以F1、F3為代表，發生在黑云斜長片麻巖、混合巖間，巖層明顯錯斷位移。斷層長0.4km，傾向南東，傾角40°左右。沿溝谷分布，形成時間為元古代末期。該斷層切割了柳毛組地層和混合花崗巖，屬平移斷層。

(3) 北西向斷層以F5鴨蛋河斷層為主，分布在區內西南部，沿鴨蛋河谷分布。F2斷層，發生在VIE號礦體內的層間斷層。長80m，寬3～10cm。傾向212°，傾角40°。斜切礦體和巖層，形成時間比南北向斷層晚。斷層帶內礦石極其破碎，呈角粒狀和斷層泥，在斷層面上可見到擦痕。屬于正斷層。

斷層的發育破壞了礦體的連續性，對礦體的開采帶來不利影響。斷層為正斷層，斷層面及破碎帶往往是地下水的儲水層和運移通道，對開采技術條件提出了更高要求，對此應加以關注。

2.2.3 破碎帶

區內破碎帶主要分為南北，北東和北西向三組。

(1) 南北向破碎帶分布在24～16線的TC23、TC16探槽中，32線的TC25探槽中，3～7線間的RG281中人工觀察點，0線TC18探槽中。破碎帶內，礦石和巖石及其破碎、呈角礫狀或構造角礫巖。形成時間為元古代末期。是由于南北向擠壓應力長期作用下，形成的一系列南北向擠壓破碎帶，屬于逆斷層。

(2) 北東向破碎帶分布在0線TC17探槽中，8線TC19探槽北側RG240，8線TC21探槽中。破碎帶發生在礦體中。破碎帶內礦石極其破碎，多呈破碎泥，見少量礦體角礫，呈雜亂狀態分布在破碎泥中。傾向65～110°，傾角45～85°，形成時間為元古代末期，屬于正斷層。

(3) 北西向破碎帶分布在8線TC21探槽中，TC22探槽中，0線TC18探槽中，長100～200m，寬1.60～4.50m。破碎帶內礦石和巖石破碎，呈角礫狀和破碎泥，角礫雜亂分布在破碎泥中。傾向40～70°，傾角35～45°。形成時間晚于南北向破碎帶，屬于正斷層。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

3.1.1 礦體的分布規模及變化規律

礦體賦存于下元古界麻山群柳毛組變質巖中。礦帶總體走向近南北，主要富集地段寬1 800m，呈現出北部收斂，南部散開的帶狀礦體群展現。礦體數量多，規模大，儲量集中。單個礦體長100～2 840m不等，垂直厚度4.50～112.19m。呈似層狀、透鏡狀。傾向北東或南東，傾角20～65°。

礦體主要受地層控制，呈層狀，礦體產狀與地層一致。礦體與圍巖(結晶片巖、片狀云母石英巖、黑云斜長片麻巖、變粒巖、斜黝簾石透輝石巖、混合巖、大理巖等)產狀一致，整合接觸。兩者間界面多數清楚，過渡者少見。

3.1.2 礦體特征

本區各礦體分布集中，成群出現，礦體與礦體間相距很近，其間距一般為幾米至二、三十米。主要礦體共計6條，具體特征如下。

(1) ⅠW號礦體。

出露在7～32線間，賦存在1層位中。礦體長2 840m，最大垂直厚度114.9m，平均66.9m。推深282m。礦層石墨最高品位14.56%，平均11.13%，品位較穩定，變化不大，由地表向深部略有變富趨勢。礦體呈似層狀，中段寬大，北端變窄。傾向65～120°，傾角30～35°。礦體北端尖滅在含石墨云母石英片巖中，南端被第四系覆蓋。礦體中夾層較多，寬度一般不大，為3～12m，夾石巖性為混合花崗巖、混合巖、石墨石英片巖、斜長角閃巖及含石榴子石石英巖等。

(2) ⅢW號礦體。

出露在19～32線間，賦存在2層位中。礦體長2 270m，最大垂直厚度102.85m，平均60.54m，南部厚度大，向北變薄，控制深度285m尚未尖滅。礦層最高品位13.39%，平均12.10%，地表較富，向深部有變貧趨勢。礦體呈似層狀，南部寬，向北變窄，傾向97～125°，傾角30～50°。礦體兩端被第四系覆蓋。礦體中夾層相對較少，寬3～4m，巖性為混合花崗巖、混合巖、片狀石英巖及云母石英片巖。

(3) ⅢE號礦體。

出露在19～20線間，賦存在2層位中。礦體長1 775m，最大垂直厚度51.08m，平均37.74m，控制深度110m。礦層最高品位15.43%，平均12.01%，品位北端富，向南變貧。礦體呈似層狀，寬度變化不大，傾向30～70°，傾角20～30°，南北兩端被第四系覆蓋。礦體中夾層南部較多，巖性為混合花崗巖、條帶狀混合巖、片狀石英巖、絹云母石英片巖、含石墨石英巖、矽線石榴黑云片巖及大理巖。

(4) ⅤE號礦體。

出露在3～40線，賦存在3層位中。礦體長2 060m，最大垂直厚度165.47m，平均105.85m，控制深度268m。礦產最高品位9.73%，平均8.28%，品位均勻，變化不大。礦體呈似層狀，寬度變化不大，傾向30～110°，傾角35～56°，礦體北端尖滅在黑云斜長片麻巖中，南端被第四系覆蓋。礦體中被F4斷層錯斷。礦體兩端多夾層，夾層巖性為條帶狀混合巖、云母石英片巖、混合花崗巖、云母斜長變粒巖、絹云石英巖及構造破碎泥。

(5) ⅥE號礦體。

出露在7～40線間，賦存在3層位中。礦體長2 650m，最大垂直厚度177.73m，平均112.19 m，品位均勻，變化不大，礦層最高品位12.16%，平均9.66%。礦體呈似層狀，中南部寬度大，北部變窄，傾向80～140°，傾角37～45°。礦體北端尖滅在混合巖中，南端被第四系覆蓋。礦體北部在0～4線被F4斷層錯斷。礦體中夾層兩端多中間少，巖性為云母斜長片巖、片狀石英巖、云母石英巖、混合花崗巖、混合巖、石英巖等。

(6) ⅦE號礦體。

出露在8～40線間，賦存在4層位中。礦體長1 440m，最大垂直厚度62.85m，平均厚42.43m，控制深度212m。礦層最高品位15.81%，平均11.16%，品位縱向變化呈現中段高，兩端變貧趨勢。礦體呈似層狀，南部寬，北部窄，傾向60～120°，傾角30～52°。礦體北端尖滅在混合巖中，南端被第四系覆蓋。

通過前面的敘述可以看出，礦體具有如下特征：①礦體規模大，各礦體走向方向延伸長，厚度方向礦層厚，均展示礦體規模較大，其反映沉積作用發生時，沉積環境和物質供應相對穩定；②礦體空間展布的穩定，反映后期構造作用的影響以柔性變形為主導，脆性變形的斷裂構造及巖體破壞作用相對處于弱勢；③礦體產狀變化大，無論走向、傾向及傾角都有較大變化，該特征充分證明礦體受褶皺構造控制作用明顯，礦體賦存于褶皺構造的翼部，而老變質巖區褶皺構造變形強烈且復雜，從而導致了礦體產狀的不穩定；④礦體在剖面上呈層狀多次重復出現，以復式礦體形式存在，反應沉積作用及沉積環境韻律性的特點。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石的化學成分

礦石的化學組成見表1，主要為SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3、MgO、TiO2。礦石樣品中SiO2的含量均最高，為51.34%～69.99%。其次為Al2O3，含量為11.51%～20.63%，Fe2O3與CaO含量相近。

表1 云山石墨礦床礦石樣品的化學組成 (單位：%)

3.2.2 礦石的礦物組成、結構構造

礦石的礦物由礦石礦物和脈石礦物組成。結合XRD衍射圖(圖2)和光學顯微圖片(圖3)可知：礦石礦物為石墨，石墨呈鱗片狀和葉片狀結構，具定向排列。石墨與共生脈石礦物成片狀、團塊狀和似條帶狀構造。石墨呈顯晶質，以鱗片狀為主，此為葉片狀，個別呈板狀。片大小一般在0.05～1.5mm，個別大者3～5mm。其中0.05～0.3mm，占40%～50%，0.4～0.5mm占50%～60%。石墨含量一般在10%～30%，最高45%。

圖2 礦石樣品XRD圖譜

脈石礦物由石英、云母、長石、矽線石、斜黝簾石、透閃石、少量的電氣石、金紅石、鋯石、榍石、透輝石、磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦、黃銅礦、鈣釩榴石等組成。

圖3 光學顯微鏡下礦物的賦存狀態顯微照片

石英為粒狀，粒徑0.1～2mm，粒間鑲嵌，構成花崗變晶結構或呈單晶分布在斜長石晶粒間。云母由絹云母、黑云母和白云母組成。呈片狀，片長0.1～0.6mm，分布在石墨，石英間隙間。長石為他形晶粒狀，粒徑0.05～1mm，分布在石英、石墨顆粒間。斜黝簾石為他形粒狀，長柱狀，柱長0.2～2mm，長軸平行于片理排列，分布在礦石中。

3.2.3 礦石類型

礦石自然類型按礦石結構、構造、礦物共生組合特征分類。主要有石英石墨礦、矽線石墨礦，其次為斜長石墨礦、變粒巖石墨礦、混合巖型石墨礦、鈣質(大理巖型)石墨礦，透輝巖型石墨礦、石英巖型石墨礦、片麻巖型石墨礦、混合花崗巖型石墨礦。該石墨礦區礦石類型多樣，反映賦礦巖石類型的多樣性。從另一方面反映了變質作用的復雜性。石墨礦石工業類型為晶質(鱗片狀)石墨礦。

4 結語

蘿北縣石墨資源豐富，開發潛力巨大，是黑龍江省礦業經濟的重要承載區。本文對云山石墨礦的地質特征進行較詳細的闡述，分析其成礦規律，為該區域石墨礦的找礦及開發工作提供借鑒和參考。