吉林集安—通化地區晶質石墨礦控礦因素及找礦方向

丁 瑞

(中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033)

晶質石墨作為我國戰略性非金屬礦產資源之一，在新興產業中主要用于新一代信息技術、新能源及高端制造領域等，對支撐戰略性新興產業發展及制造強國的實現具有重要的作用[1]。2018 年我國天然石墨出口量、產量居世界第一，進口量居世界第二，在全球有著不可替代的地位[2]，近些年，由于受到新冠疫情的影響，產量持續增長，但增速減緩，進出口量均有所下降。集安市—通化縣地區是吉林省晶質石墨礦唯一產地，已查明的晶質石墨礦床11 處，其中比較典型的有通化縣三半江晶質石墨礦和集安市雙興六隊晶質石墨礦。截止2021 年底，吉林省累計探明晶質石墨礦資源儲量(礦物量)825.15 萬噸，居全國第8 位(吉林省儲量通報2022 年)。吉林省晶質石墨品位不高(平均品位3%～5%)，但石墨結晶完整，以大鱗片石墨為主，石墨品質優良[3]，在市場上享有美譽。但以往晶質石墨的地質勘查工作均是小范圍的普查—勘探，工作程度較高，但過于分散，沒有對礦集區開展過調查研究及遠景分析。

1 成礦地質背景

1.1 大地構造位置及成礦區帶

吉林省晶質石墨礦成礦區域主要分布在集安市北部和通化縣西南部，成礦區域大部分所處的大地構造位置為太古宙—古元古代構造分區之柴達木—華北板塊(Ⅲ)—華北陸塊(Ⅲ-5)—遼吉(吉南)古元古代裂陷槽(Ⅲ-52)—寬甸—集安構造混雜巖帶(Ⅲ-52

d)的北部(圖1)。成礦區帶屬濱太平洋成礦域(Ⅰ-4)—華北(陸塊)成礦省(Ⅱ-14)—遼東(隆起)鐵-銅-鉛-鋅-金-鈾-硼-菱鎂礦-滑石-石墨-金剛石成礦帶(Ⅲ-56)—營口-長白(次級隆起、Pt1裂谷)鉛-鋅-鐵-金-銀-鈾-硼-菱鎂礦-滑石成礦亞帶(Ⅲ-56-②)—財源-集安金-鉛-鋅-鐵-銀-銅-鉬-硼-石墨-石棉-云母-蛇紋巖-脈石英礦帶(Ⅳ-22)。

圖1 太古宙—古元古代構造綱要圖

1.2 含礦地層

本區晶質石墨礦主要賦存在古元古界集安巖群中部荒岔溝巖組上部。荒岔溝巖組在區內大面積出露，在中部集安市財源鎮—清河鎮一帶較為集中，其次西部通化縣勝利—和平及江甸鎮一帶也有出露，荒岔溝巖組出露面積約占集安巖群的50%左右。荒岔溝巖組以含石墨為特征，由石墨變粒巖、石墨透輝變粒巖、含石墨透輝變粒巖、含石墨黑云片麻巖、含石墨大理巖、黑云變粒巖和斜長角閃巖等組成，變質程度較深，多為高角閃巖相[4]。

1.3 構造

區域大地構造位置位于太古宙—古元古代構造分區，主要表現為早期的伸展機制下的裂陷構造，有伸展盆地、裂谷火山活動等，并伴有大量的巖漿侵入活動，之后沉積了大量的碎屑巖；晚期盆地閉合，發生古元古代造山作用，使區域內古元古代火山—沉積巖系及早期花崗巖發生變質變形作用，同時伴隨造山作用有大量巖漿侵入。構造形跡特征為受近南北向擠壓而發生于中深層次塑性變形。區域上以褶皺構造為主，晶質石墨礦床在褶皺構造的核部礦體變厚、品位增高。

圖2 集安—通化一帶區域地質簡圖

1.4 巖漿巖

區域內巖漿活動頻繁，最早可以追溯到太古宇、元古宇，由于受區域變質變形作用的影響，多以形成灰色片麻巖。后期巖漿活動普遍受環太平洋構造和造山運動的影響，以巖株、巖基式侵入巖體為主。與石墨礦成礦有關的主要為錢桌溝巖體(Pt1Q)，呈巖基狀分布于集安巖群的周邊，主要巖性為二長花崗巖、正長花崗巖，面積較大，該巖體為集安巖群的基底。其余巖漿巖還有山城子巖體(Pt1Sh)、雙岔巖體(Pt1S)、復興屯巖體(T3F)、榆樹林子巖體(K1Ysγπ)、閻王鼻子巖體(K1Yξγ)等。

1.5 變質作用

古元古界集安巖群和中元古界老嶺群因受多期變質作用影響，變質程度較高且深淺不一，巖石類型復雜。含石墨層位荒岔溝巖組歷經多期變質作用，形成了一套復雜的變質巖系，巖石類型有斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、大理巖、片麻巖、片巖、石英巖。變質程度主要為高角閃巖相。在區域變質過程中及變質期后，普遍發生不同程度的混合巖化作用。石墨礦為區域變質和混合巖化作用的產物。

2 控礦因素

2.1 地層控礦

集安巖群為一套優地槽沉積的火山巖—碎屑巖—大理巖建造，具復理石建造的特點[5]，石墨主要賦存于具有復理石建造特點的火山—沉積建造中，形成于遼吉裂谷發展時期。經多期的地殼變遷、巖漿活動，在太古宙克拉通演化階段，阜平構造旋回使荒岔溝巖組含泥質砂質的沉積巖發生中高程度變質，表現為麻粒巖相和高角閃巖相，形成含石墨的各種變粒巖及片麻巖。通化地區晶質石墨礦體均賦存于古元古代集安巖群荒岔溝巖組中，呈層狀、似層狀及透鏡狀產出，圍巖基本為含石墨的巖石，礦體與圍巖呈漸變過渡關系[6]，產狀一致，礦體的形成、分布及形態嚴格受地層層位控制。

2.2 構造控礦

有專家認為該區的多期變質作用，是構造變形和地質熱流共同作用的結果，變質的高潮均發生在變形高峰以后，即石墨礦形成于褶皺構造之后，其碳元素的重結晶在褶皺構造內發生，褶皺變形、分布及形態對石墨礦床有著至關重要的作用，且在褶皺的核部較富集。區內褶皺構造極為發育，有復雜的多個向形和背形組成的褶皺，也有簡單的背形或向形構造，規模大小不一，大者軸向達十余公里，小者幾十公分。已探明的大部分石墨礦床均賦存在褶皺構造內，如：通化縣三半江晶質石墨礦床賦存于王家街—珠山褶皺帶的南端，三半江向形構造內，主礦體賦存于三半江向形的南翼，其余礦體在北翼和轉折端均有出露；集安市清河鎮二道村石墨礦位于腰營子—大荒溝復式褶皺構造以東、橫路西岔—四道陽岔背形以北，礦體形態為軸向近南北、略向北西傾伏的開闊背形，礦體在背形核部厚度較大且資源儲量集中。

圖3 三半江晶質石墨礦地層及構造控礦地質簡圖

2.3 變質作用控礦

遼吉裂谷構造帶古元古代變質事件的峰期為1 800 ～1 900Ma，形成以海城—岫巖—寬甸—集安一線為熱軸的大型熱背形和相應的帶狀變質格局[7]。變質作用是晶質石墨礦床最為主要的成礦作用，古元古代集安巖群由于經歷了多期變質作用，形成了一套復雜的變質巖系。與荒岔溝巖組晶質石墨礦床形成有關的主要是早元古代的三期變質作用，經變質作用后，變質程度達高角閃巖相，使集安巖群一套沉積成因的中基性和酸性火山巖、碎屑巖及碳酸鹽巖等巖石形成一套較深的變質巖系[8]。代表巖石有斜長角閃巖、變粒巖、片麻巖及大理巖，晶質石墨礦床主要礦石類型為石墨變粒巖、石墨片麻巖及少量石墨大理巖等[9]，變質程度越高，成礦越好。

在區域變質作用發展的同時，伴有混合巖化作用，混合巖化作用是超變質作用早期階段的作用，主要表現為石墨鱗片的重結晶和再生長[10]，大鱗片比例增加，大鱗片正目(+100 目、＞0.147mm)石墨可達85%以上，同時，脈體礦物也相對增多，造成晶質石墨分散和貧化。

3 礦床成因

我國已知的具有工業價值的石墨礦床按成因可分為區域變質型、接觸變質型及巖漿熱液型石墨礦床3 種類型[11]。其中,晶質石墨礦床以區域變質型為主，成礦過程受到大地構造格局、富有機質沉積體系、變質作用深度及期次、后期混合巖化過程等諸多因素疊加影響[12]。本區的石墨礦床即為區域變質型礦床。

太古克拉通時期受阜平運動及地幔巖漿膨脹上涌，地殼開始下陷海水入侵，海域擴張，形成淺水裂槽[13]。后期裂槽收縮，地殼隆起，中酸性火山巖發生變質、重熔和鈉質交代，有益組分發生活化，遷移、富集，并產生角閃石、石英等礦物定向生長。經歷一度沉積間斷后，進入荒岔溝發展時期，該期火山活動明顯減弱，氣候變暖，有利于低等植物生存和繁衍，形成還原環境[14]，有利于陸源有機質搬運沉積，碳元素由此富集。后期發生多期構造運動，地層發生了復雜的褶皺變形。在較高的溫度及壓力作用下，荒岔溝時期富集的碳元素經區域變質作用，發生重結晶，最終形成晶質石墨礦床。

4 找礦方向淺析

根據區內已開展的晶質石墨礦的調查和勘查成果，已知的石墨礦床(點)的分布，在充分研究區內地質及物探資料的基礎上，結合成礦地質條件優越程度，在吉林集安—通化地區圈定3 個成礦遠景區，分別是通化縣大泉源成礦遠景區、集安市財源鎮成礦遠景區和集安市清河鎮成礦遠景區(圖4)。

圖4 吉林省集安—通化地區晶質石墨礦成礦遠景區分布圖

(1)通化縣大泉源成礦遠景區：遠景區位于通化縣境內，區內有已知大型晶質石墨礦床1 處，小型礦床1 處，已探明資源儲量(礦物量)106.22 萬t。通過調查工作，空白區內新發現2 處石墨礦點，圈定自電異常區2 處，異常特征明顯，通過少量槽探查證工作，已揭露晶質石墨礦體和礦化體十余條，含礦層位在區內廣泛出露，通過以往調查工作，發現多處礦點，說明該區找礦前景較好，資源潛力巨大。

(2)集安市財源鎮成礦遠景區：遠景區位于集安市財源鎮，區內有已知大型礦床1 處，中型礦床4 處，小型礦1 處，已探明資源儲量( 礦物量)309.92 萬t。通過調查工作，區內新發現晶質石墨礦點2 處、礦化點1 處，圈定自電異常區7 處，通過少量槽探查證工作，已揭露晶質石墨礦體和礦化體十余條，區內有多處已查明石墨礦床，通過調查工作，在已知礦床的外圍新發現多個礦點或礦化點，該區成礦條件優越，有望找到1 ～2 處晶質石墨礦產地。

(3)集安市清河鎮成礦遠景區：遠景區位于集安市清河鎮，區內有已知大型晶質石墨礦床2 處，已探明資源儲量(礦物量)403.59 萬t。通過調查工作，空白區內新發現礦點2 處，圈定激電異常區25 處，自電異常區8 處，已驗證多處激電異常區和自電異常區，發現十余條晶質石墨礦體，而且具有成礦地層、構造、巖漿巖及地球物理特征等條件，成礦條件優越，找礦前景較好，資源潛力較大。