肅北白臺溝東晶質石墨礦床地質特征及成因探討

付 全，張銀定，薛 濤

(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)

石墨是重要的工業礦物原料，主要用于耐火材料、鋼鐵工業等領域，根據結晶形態不同分為晶質石墨和隱晶質石墨。晶質石墨是戰略性非金屬礦產資源，目前廣泛應用于新興材料、機械、能源、國防、航天工業等領域，是我國繼稀土外的又一優勢礦產。隨著現代工業與高新科技的突飛猛進，世界各國尤其是發達國家對石墨資源越來越重視，國際市場需求將保持較快增長，石墨市場前景非常廣闊[1]。

肅北白臺溝東晶質石墨礦位于甘肅省肅北縣東65km的白臺溝一帶，行政區劃隸屬甘肅省肅北縣黨城灣鎮管轄，交通便利。該區333+(334)?類晶質石墨資源量207.54萬t，礦床規模達大型。

1 區域地質背景

白臺溝東晶質石墨礦大地構造位置位于阿爾金大斷裂北側、敦煌基底雜巖隆起，屬阿爾金大斷裂北側梧桐溝—紅柳峽太古宙—古元古代敦煌巖群基底巖系鉛鋅、鐵、石墨成礦帶。強烈的區域深變質作用和后期的構造運動為金屬及非金屬礦產的形成提供了物源富集和儲存空間，并具備了一定的成礦物理、化學條件，使該區域成為礦化集中區[2]。區域上出露地層主要為古元古界敦煌巖群，呈近東西向展布。侵入巖主要為呂梁期黑云二長花崗巖，出露面積小。受阿爾金斷裂影響，區域上斷裂、褶皺構造極為發育，構造變形產生的高溫高壓作用，使敦煌巖群發生混合巖化作用，對晶質石墨成礦后期片徑加大具促進作用[3-4](圖1)。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內出露地層較為簡單，敦煌巖群(ArPtD)幾乎覆蓋整個勘查區(圖2)。該套地層時代老，經過漫長的區域變質及構造改造，地層層序已不可辯，屬局部有序、整體無序地層。按巖石組合劃分為A巖組和B巖組。其中B巖組又分為兩個巖段，2巖段含晶質石墨，主要巖石組合為二云石英片巖、透閃石化大理巖、斜長角閃巖及石墨二云石英片巖。

2.2 巖漿巖

礦區內巖漿巖不發育，僅發育少量脈巖，以花崗巖脈、花崗偉晶巖脈為主，少見閃長玢巖脈、石英脈等。脈巖的發育為晶質石墨片徑進一步生長變大提供熱源。

圖1 區域地質簡圖

圖2 白臺溝東晶質石墨礦地質簡圖

2.3 構造

受阿爾金斷裂影響，礦區內構造較為發育，主要以斷裂為主，斷裂可分為兩組，一組為近東西向—北西向斷裂，該組斷裂控制了勘查區內地層的走向；另外一組為近南北向平移斷層，該組斷裂切斷了地層在走向上的延伸，使其出現錯位，錯失的現象。

2.4 變質作用及圍巖蝕變

(1)區域變質作用。

礦區內主要變質作用為區域變質作用，構成勘查區內變質巖系的主體，出現的巖石有片巖、斜長角閃巖、大理巖等。區內沉積固結成巖后，巖石普遍遭受不同程度的區域性動力熱流變質作用。隨著溫度、壓力的產生及變化，導致先成巖石、礦物所處物理、化學條件發生改變。隨著變質程度的加深，溫度和壓力作用逐漸增大而成為主要變質因素，產生變質熱液、并伴隨有變質分異和交代作用。在上述作用下，形成了敦煌巖群一套中深變質的區域變質巖。

(2)動力變質作用。

由于構造發育，動力變質作用亦對礦區地層產生影響，動力變質作用為熱液、含礦熱液的運移擴散、交代充填創造了良好的通道和空間停積場所。礦區內構造產生的高溫高壓，使敦煌巖群發生混合巖化，

也為晶質石墨片徑生長變大提供熱源。

礦區內圍巖蝕變主要有黃鉀鐵釩礦化、綠泥石化、高嶺土化、硅化、透閃石化及碳酸鹽化。其中，黃鉀鐵釩化是區內最重要的蝕變類型，主要見于晶質石墨礦體中，是與晶質石墨共生的黃鐵礦氧化所致，可作為區內直接的找礦標志。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦區內共圈定晶質石墨礦體31條(表1)，礦體均賦存于敦煌巖群B巖組2巖段的二云石英片巖中，呈層狀、似層狀、透鏡狀東西向展布，長60～3 760m。厚度2～16.89m，控制斜深10～308m，固定碳平均品位2.06%～6.09%。整體北傾，傾角60°～75°。

C6-2主礦體地表8個探槽控制，長1765m，深部施工鉆孔9個，控制最大斜深308m，賦礦標高2 684～3 196m，單工程厚度4.98～72.06m，平均厚度10.07m，厚度變化系數99.50%，單工程固定碳含量2.27%～4.27%，平均品位3.07%，品位變化系數17.12%(圖3、圖4)。

表1 白臺溝東晶質石墨礦礦體特征

3.2 礦石特征

(1)礦石結構構造：礦石結構主要為鱗片粒狀變晶結構，礦石構造為片狀構造，礦石礦物構造為稀疏浸染狀構造(圖5、6)。

(2)礦石礦物成分：礦石礦物為晶質石墨，呈鱗片狀，稀疏浸染狀不均勻分布，含量2%～20%，通過189件光片統計其含量主要集中在3%～8%之間(圖7)，可辨鱗片粒度約 0.003×0.02 ～ 0.05×0.4mm±，多數片徑集中在0.04～0.2mm；光片統計＞100目以上的石墨占51.86%(圖8)，礦石中石墨主要呈片狀定向排列，與周圍脈石礦物接觸界線平直(圖9)。

(3)礦石化學成分：礦石中固定碳平均含量4.10%，其他主要化學成分為 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO、P2O5、FeO，揮發分為 SO3、SO2、H2O+、H2O-(表 2)。

(4)礦石類型：礦區內礦石自然類型均為二云石英片巖型晶質石墨礦石。礦石片徑＞100目的占51.86%，工業類型屬晶質石墨(鱗片狀石墨)，對比鄰區選礦實驗樣，本區晶質石墨精礦屬高碳石墨范疇，主要可用于潤滑劑基料、涂料、電刷原料及電炭制品等，利用前景好。

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

(1)控礦因素。

勘查區內晶質石墨礦體賦存于敦煌巖群B巖組2巖段的二云石英片巖中，礦體形態多為層狀、似層狀、透鏡狀，礦體的頂底板圍巖均為二云石英片巖，與礦體呈漸變過渡關系，含礦巖系中各地層接觸關系呈整合接觸，為典型層控型礦床。

(2)成礦物質來源。

圖3 白臺溝東07勘探線剖面圖

圖4 C6-2礦體厚度品位變化曲線

白臺溝東晶質石墨礦礦石礦物主要為晶質石墨，賦礦巖石以含石墨二云石英片巖為主，礦體的頂底板與賦礦巖石巖性一致，是一套典型的變質沉積巖組合含礦建造。石墨呈顯微鱗片—鱗片狀分布于脈石礦物顆粒之間，說明石墨礦質與地層巖石同時沉積[5]。

(3)含礦層形成及其演化。

圖5 鱗片粒狀變晶結構(透射光)

圖6 稀疏浸染狀構造(反射光)

圖7 石墨礦物含量直方圖

圖8 片徑統計餅狀圖

圖9 晶質石墨礦礦石標本

表2 白臺溝東晶質石墨礦礦石全分析結果

根據礦床地質特征及礦石內礦物變晶特征，初步劃分為沉積期和區域變質期兩大成礦期[6-7]。沉積期：伴隨沉積成巖作用，碳質成分隨巖石初步共同沉積，富集成礦源層。區域變質成礦期：沉積成巖后，在區域變質作用過程中，碳質成分進一步富集，隨著溫度、壓力等條件的改變，經過變質變晶，聚集形成晶質石墨。

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。勘查區賦礦巖層為敦煌巖群B巖組2巖段二云石英片巖，原巖碳質含量較高，為石墨礦床的形成提供了物質來源[8]，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，在含礦層內較為強烈，使石墨重結晶形成的鱗片相對較大，提高了工業價值。綜上所述，初步認為白臺溝東晶質石墨礦礦床成因類型屬沉積—變質型層控礦床。

4.2 找礦標志

(1)地層標志。

勘查區晶質石墨礦體位于敦煌巖群B巖組第二巖段(ArPtDb

2)中，巖性組合多為二云石英片巖，晶質石墨多分布于片巖中，該層位是尋找晶質石墨的直接層位。

另外，從該區及相鄰多個礦區調查顯示，本區大理巖與賦有晶質石墨礦的片巖層一般情況下相隔不遠，在初期找礦階段，只要在敦煌巖群B巖組2巖段中尋找到大理巖，在大理巖的兩側就可以尋找到晶質石墨含礦層。

(2)電法特征。

石墨具有良好的導電性，使用電法等物探手段具有較好的找礦效果。勘查區內晶質石墨礦表現出高極化率、低電阻率的電法特征，通過電法工作，尤其是電法剖面、激電測深手段可以有效指導找礦。

(3)地表特征。

由于晶質石墨含礦帶中含黃鐵礦，地表經氧化后具較強的黃鉀鐵礬化，呈黃色、黃褐色分布，這是野外宏觀的識別標志，也是在該區域地表最直接的找礦標志。

5 結論

白臺溝東晶質石墨礦層展布受地層控制，呈層狀、似層狀、透鏡狀，礦石工業類型為鱗片狀晶質石墨，屬高碳范疇。礦體賦存于敦煌巖群B巖組2巖段，該套變質地層和地表黃褐色黃鉀鐵釩化是最主要的找礦標志。礦床成因屬沉積—變質型礦床。