山東平度閆村石墨礦巖石學特征及找礦標志

焦麗香，郭加朋，高樹學，顏玲亞，歐陽友和

(1.中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100；2.山東省自然資源資料檔案館，山東 濟南 250101)

0 引言

山東省石墨礦床的研究工作始于20世紀60年代，首先在區域地質調查過程中開展了基礎研究工作，1981—1998年，蘭心儼[1]、陶維屏[2]、王克勤[3]、張天禎[4]等在非金屬成礦系列、石墨礦床的賦存特征等方面開展過較為系統的研究工作。近幾年隨著石墨烯等新型材料的興起，石墨受到了廣泛關注和高度重視。2012—2014年，顏玲亞[5]、李振來[6]等人，開展過石墨礦床地質特征方面的研究工作；2013年蘇旭亮[7]對膠東西部地區石墨地質特征進行了研究，并開展了膠東地區資源潛力預測。2016年倪振平[8]等對山東石墨資源潛力進行了預測研究。綜觀區內石墨礦床較多，礦床地質特征研究成果資料多數較陳舊，石墨巖石學特征研究較少。

2019年中國地質調查局下達“東部地區脈石英葉蠟石等特種非金屬礦調查評價”委托項目——東部地區脈石英石墨葉蠟石礦產資源調查，筆者選擇平度市閆村石墨礦作為典型礦床，采取樣品進行巖石學研究，確定了石墨礦巖石學特征、成礦要素，探討了礦床成因和找礦標志，對成礦預測和找礦具有一定的指導意義。

1 礦區地質概況

礦區位于平度市西北25km，行政區劃隸屬馬戈莊鎮。大地構造位置屬華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(Ⅱ)膠北隆起(Ⅲ)南部、膠萊盆地的西北部,地處2個三級構造單元的銜接處。礦區地層簡單，褶皺、斷裂構造不發育，巖漿活動相對較弱。礦區除第四系廣泛分布外，出露地層主要為古元古代荊山群野頭組和陡崖組。石墨礦賦存于陡崖組徐村(石墨巖系)段。陡崖組上部是斜長角閃巖石，夾1～6層石墨礦，中部為石墨透閃透輝石巖、石墨黑云透輝斜長片麻巖、混合質石墨黑云斜長片麻巖，下部以斜長角閃巖為主。礦區為習禮埠-豖西倒轉向斜的一部分，其核部為徐村段石墨石榴透輝斜長片麻巖和石墨黑云透輝斜長片麻巖，兩翼依次為野頭組蛇紋石大理巖、長石石英巖。區內無斷層分布。巖漿巖不發育，僅出露古元古代萊州序列西水夼單元細粒變輝長巖(斜長角閃巖)，分布在陡崖組與下伏地層的接觸部位，順層面侵入，對石墨礦體的破壞作用不明顯。

2 礦體特征

礦床賦存1個礦體，呈層狀產于閆村向斜翼部的徐村段(圖1,圖2)(1)青島地質工程勘察院，山東省平度市閆村礦區石墨礦資源儲量核實報告，2008年、2014年。，賦存標高-10.8m～-30m。礦體總體走向320°～340°，傾向SW，傾角10°～25°。控制長240m，斜深40～60m，厚度18.50～27.70m，平均23.10m，厚度變化系數28.14%，厚度穩定。但從上向下厚度呈變窄趨勢，每延深1m約減少0.09m。礦體固定碳1.94%～5.35%，平均3.02%，品位變化系數29.30%，固定碳分布均勻。

1─第四系；2─陡崖組徐村段第一層石墨石榴透輝斜長片麻巖；3─陡崖組徐村段第二層含石墨黑云透輝斜長片麻巖；4─西水夼單元變基性巖(斜長角閃巖)；5─地質界線；6─壓扭性斷層、產狀及編號；7─石墨礦體及編號；8─片麻理產狀；9─取樣剖面位置及編號

1─黑土湖組含砂礫質黏土；2─陡崖組徐村段；3─西水夼單元細粒變輝長巖(斜長角閃巖)；4─含石墨黑云透輝斜長片麻巖；5─礦體及編號；6─地質界線；7─礦體延伸線；8─產狀(傾向/傾角)

礦體圍巖主要是斜長片麻巖，局部為蛇紋石化透閃大理巖。近礦圍巖含少量石墨，固定碳含量0.2%～2.48%。圍巖產狀與礦體相同。

礦體內夾石主要為含石墨透輝斜長片麻巖，呈透鏡狀，長40～120m，寬2～6m。

3 巖石學特征

本次在典型剖面上采集光薄片鑒定、X射線熒光光譜分析、掃描電鏡測試分析、差熱分析樣品6件，結合野外露頭、手標本綜合觀察，對石墨礦石的巖石學特征進行系統的研究。光薄片鑒定由河北省區域地質礦產調查研究所實驗室進行。X射線熒光光譜分析和掃描電鏡測試分析(SEM)由西南科技大學非金屬礦研究所進行。X射線熒光光譜分析采用帕納科Axios型X射線熒光光譜儀，檢測依據為《JY/T 016--1996波長色散型X射線熒光光譜方法通則》；掃描電鏡測試分析采用美國飛納臺式掃描電鏡(phenom pure型號)。

礦石自然類型以石墨黑云透輝斜長片麻巖型為主，石墨透閃透輝巖型、石墨黑云斜長片麻巖型、石墨大理巖型很少，且多呈小透鏡體，與主要礦石類型呈過渡關系，不能單獨圈出。

依據風化程度，礦石分為風化礦石和原生礦石2類。風化礦與原生礦的界線平均深度20.0m。

礦石工業類型為晶質(磷片狀)石墨礦。

礦石為磷片柱粒狀變晶結構(圖3a)，片麻狀構造。礦石礦物為石墨，平均含量3.02%。脈石礦物：斜長石30%，石英20%～30%，鉀長石20%，透輝石、透閃石、黑云母10%～15%，金云母、黝簾石、石榴子石3%～6%。金屬礦物較少，主要是黃鐵礦(圖3b)，副礦物有磁鐵礦、鋯石、榍石、磷灰石、金紅石、矽線石等。

石墨呈磷片狀，黑色。偏光鏡下不透明，反光鏡下反射色呈褐灰色，雙反射明顯。石墨沿礦物解理或裂隙分布，或嵌布在石英、長石和其他礦物顆粒間，少數穿插其他礦物。在片麻巖型礦石中，部分與黑云母連生或為其包裹體。石墨磷片不同程度受應力作用，局部有破碎、揉皺和泥化現象(圖3c，圖3d)。

a—磷片柱粒狀變晶結構(+)10×2；b—石墨及其共生礦物(-)10×10；c—晶質磷片石墨；d—石墨邊緣及磷片內部；Gr—石墨；Py—黃鐵礦；Bt—黑云母；Qtz—石英；Tr—透閃石；Kfs—鉀長石；Di—透輝石

石墨片徑一般0.2～1.0mm，個別為1.2mm，片厚0.03～0.05mm。河北省區域地質礦產調查研究所實驗室按>50目、50～80目、80～100目、<100目4個區間，利用光學顯微鏡統計，石墨大片(100目以上)率較高，顆粒分數為80.86%～94.45%(表1)、面積分數為93.76%。石墨片度與結構構造有關，結構粗則片度大。與SEM分析結果對比發現，固體為粉末時，存在明顯的團聚現象。

表1 閆村石墨礦光片粒度分析

據選礦廠實地調查，精礦中+100目磷片石墨產率為45%，+60目產率為9%。

石墨變粒巖中石墨粒徑小，99.8%分布在10μm以下，83.4%分布在1μm以下(圖4)。

圖4 石墨變粒巖中石墨粒徑分布統計圖

礦石固定碳含量2.74%～5.36%，平均3.34%。其他組分含量見表2。

表2 閆村石墨礦石墨樣品化學成分(wt%)

石墨變粒巖差熱分析(圖5)：起始測試溫度為15℃，能很好的控制樣品中水分和溶劑的揮發，終止溫度1500℃。TGA失重曲線(綠色虛線)顯示，樣品在700℃左右開始失重，在1050℃左右不再變化，失重比例約85%；DTA放熱曲線(紅實線)在800℃左右放熱速率最大，有機揮發物絕大部分都已開始燃燒。在900℃左右失重最快，絕大部分有機揮發物已經開始消耗殆盡。

圖5 石墨變粒巖TGA失重曲線與DTA放熱曲線變化趨勢圖

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

4.1.1 石墨礦的形成時代

石墨礦賦存于陡崖組徐村段，受層位控制，成礦時代為古元古代。

根據鋯石U-Pb測年數據[9]，變質原巖沉積時代年齡約為2230±20Ma，為古元古代早期。

4.1.2 原巖建造

原巖成分主要為碎屑巖、黏土巖、碳酸巖，有少量的中基性熔巖。由此可見，石墨含礦巖系原巖為一套(含碳質的)碎屑巖及鈣鎂硅酸巖，且經歷了火山噴發作用。

4.1.3 含礦變質建造

含礦變質建造為變粒巖-含矽線黑云母片麻巖-鎂質大理巖變質建造組合，石墨礦主要賦存在該建造中，巖性以石墨黑云斜長片麻巖為主，含石墨透輝變粒巖及少量石榴紫蘇斜長角閃巖、長石石英巖及蛇紋石大理巖。從變質建造看，荊山群是一套經歷了高角閃巖相--麻粒巖相變質的石榴矽線黑云片巖、石墨巖系、大理巖系。

4.1.4 區域變質作用

按閆村石墨礦巖石礦物共生組合，屬角閃巖相—麻粒巖相，是中深變質作用的產物。

4.1.5 控礦條件與成礦環境

閆村石墨礦形成于古元古代早期。華北板塊與揚子板塊碰撞后，在華北板塊南緣形成拗拉槽或被動大陸邊緣海盆，在半穩定構造條件下，形成含高碳、鋁為特征的陸源碎屑--富鎂碳酸鹽巖陸棚濱淺海沉積建造，局部層位夾基性火山巖和硅鐵質巖。經中高溫區域變質后，達到角閃麻粒巖-高角閃巖相，形成了古元古代荊山群含石墨變粒巖-片麻巖沉積建造中石墨礦。

古元古代長期剝蝕的膠北古陸邊緣，處于相對穩定的濱海-淺海環境，溫暖濕潤的氣候條件，使原始生物大量繁衍。據蘭心儼、王克勤、陳衍景[10]、李凱月[11]等人研究，古元古代荊山群形成年齡在2.1～1.9Ga之間[12-14]。通過對山東省石墨礦碳同位素δ13Cgrap分析，陡崖組石墨礦床經歷了變質作用和混合巖化作用的改造，表現出碳質的多來源特征，但以有機碳質來源為主[15]。海底基性火山噴發攜帶CO2亦產生部分碳質。后期盆地閉合作用受NNW—SSE向的強烈擠壓，形成具有格架性質的軸向NEE的多期褶皺構造，大多經歷了角閃巖相--角閃麻粒巖相的中高級變質作用，同步伴隨區域動熱變質作用，使巖石中的有機質產生一系列的分解反應，原巖中的碳質成為粒徑較大的磷片晶質石墨，逐漸富集而形成礦層。

綜上所述，閆村石墨礦床為區域變質型石墨礦。

4.2 找礦標志

閆村石墨礦屬于區域變質型礦床，具有明顯的找礦標志。

(1)層位標志。石墨礦呈層狀產于陡崖組徐村段，該段地層是尋找石墨礦的良好層位標志。

(2)構造標志。石墨礦體產于閆村向斜的翼部，該構造是尋找石墨礦的良好構造標志。褶皺兩翼與混合巖化強烈處是大磷片晶質石墨成礦有利部位。

(3)巖性標志。石墨礦礦物共生組合屬角閃巖相--麻粒巖相。礦石越靠近地表，其中黏土含量越高，礦物組成越復雜；受外力作用，石墨磷片局部有破碎、揉皺和泥化現象。石墨本身也是明顯的巖性標志。以上巖性特征是尋找石墨礦的良好巖性標志。

(4)巖石類型。石墨透輝變粒巖、石墨變粒巖、石墨黑云斜長片麻巖可作為石墨礦的直接找礦標志。

(5)地球物理標志。石墨礦具有明顯的低阻高極化地球物理特征，且極化率值一定程度反映石墨品位高低程度。視極化率ηS4%～15%，視電阻率ρS15～100Ω·m，自電異常在-200MV以下，與圍巖有著明顯的物性差異。這些差異是尋找石墨礦的良好地球物理標志。

5 結論

(1)閆村石墨礦形成于古元古代早期，石墨礦產于陡崖組徐村段，石墨礦礦物共生組合屬角閃巖相—麻粒巖相，是中深變質作用的產物。礦床成因類型為區域變質型石墨礦。

(2)利用光學顯微鏡統計，閆村石墨礦石墨大片(100目以上)率較高，顆粒分數為80.86%～94.45%。石墨片度與結構構造有關，結構粗則片度大。

致謝：平度市自然資源與規劃局郭岐松科長給予了指導，平度閆村石墨礦王連臣礦長提供了相關資料，在此一并表示感謝。