門三貴（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071051）

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赤城縣雀溝一帶石墨礦床地質(zhì)特征

門三貴
（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071051）

【摘 要】河北省赤城縣雀溝一帶石墨礦床分布于赤城縣城西南，隸屬于赤城縣炮梁鄉(xiāng)艾家溝及雀溝一帶。礦體賦存于太古界谷嘴子組(Arg)第三巖性段的石墨黑云斜長片麻巖、石墨斜長片麻巖中，具有明顯的找礦標(biāo)志。

【關(guān)鍵詞】石墨；地質(zhì)特征；找礦標(biāo)志

20世紀(jì)80年代后期，中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)在赤城縣龍關(guān)東水泉一帶找到一處優(yōu)質(zhì)石墨礦產(chǎn)地，之后通過理論分析結(jié)合物探方法又在雀溝、艾家溝相繼找到兩個(gè)石墨礦產(chǎn)地，為大型晶質(zhì)鱗片石墨礦，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)。

赤城縣雀溝一帶石墨礦地質(zhì)圖

1　礦區(qū)地質(zhì)

1.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的主要地層包括太古界谷嘴子組(Arg)、中生界中侏羅統(tǒng)白旗組(J2b)以及新生界第四系(見右圖)。

1.1.1 太古界谷嘴子組(Arg)

分布于礦區(qū)的大部分地區(qū)。根據(jù)巖性自下而上可分為5個(gè)巖性段。

第一段(str-mi)：主要為條帶狀混合巖，局部夾石榴斜長角閃巖透鏡體。該層位于含礦層底板以下，廣泛出露。該層厚度＞50m。

第二段(Ga-amp)：主要為石榴斜長角閃巖夾大理巖透鏡體。石榴斜長角閃巖呈灰黑色、暗紅色斑點(diǎn)，粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為普通角閃石20%～65%，斜長石15%～40%，鐵鋁榴石5%～28%，含有少量的透輝石、綠簾石、磷灰石、鋯石、石英和石墨等。厚度23.5～85m。

大理巖一般呈透鏡狀或似層狀沿含礦層斷續(xù)有規(guī)律的順層分布，為重要的找礦標(biāo)志。巖石為灰白色，中粗粒變晶結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

第三段(Gph-Bi-Gn)：為含礦層。本層主要巖性以片麻巖類為主夾變粒巖和角閃巖、大理巖，賦存兩層石墨礦體。厚52～170m。其詳細(xì)巖性特征敘述如下：

(1) 石墨黑云斜長片麻巖、含石墨黑云斜長片麻巖：灰白、灰褐色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要礦物成分：斜長石、黑云母、鉀長石、石墨，其次含少量透閃石、普通輝石、磷灰石、鋯石、綠簾石、矽線石、金紅石、榍石等。石墨呈鱗片狀集合體不均勻分布，含量2%～5%，高者可達(dá)10%，石墨片度按1.0～2.0mm、0.5～1.0mm、＜0.5mm，其比例近似于3∶5∶2。

(2) 石墨斜長片麻巖：主要分布于含礦層底部。為組成礦體的重要類型。巖石為灰白、灰褐色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要礦物成分：石英、斜長石、鉀長石、透閃石、透輝石、綠泥石、石墨，其次含少量磷灰石、鋯石、榍石等。石墨呈集合體狀分布，含量5%～8%，其片度按1.0～2.0mm、0.5～1.0mm、＜0.5mm，其比例近似于5∶4∶1。

(3) 含石墨變粒巖和石榴斜長角閃巖及大理巖，三者均夾于片麻巖中。含石墨變粒巖分布于含礦層上部。巖性為褐色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分為：石英、斜長石、鉀長石、透閃石、透輝石、方解石、石墨，磷灰石、榍石少量。石墨呈集合體狀分布，含量＜5%，其片度按1.0～2.0mm、0.5～1.0mm、＜0.5mm，其比例近似于5∶3∶2。石榴斜長角閃巖和大理巖分布無明顯規(guī)律。多以透鏡體狀出現(xiàn)，形成夾石。

第四段(Ga-amp)：巖性為石榴斜長角閃巖夾大理巖。構(gòu)成含礦層頂板。厚度18～46m。

第五段(str-mi)：巖性為條帶狀混合巖夾石榴斜長角閃巖、大理巖透鏡體。其巖性特征與第一層基本相同，出露厚度＞34m。

1.1.2 中生界中侏羅統(tǒng)白旗組(J2b)

上部為紫灰、黃綠色安山巖夾安山質(zhì)熔巖角礫巖、角礫狀安山巖，強(qiáng)蝕變，局部為粗安巖。中部紫灰、灰綠色流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖、流紋質(zhì)凝灰角礫巖。下部磚紅色凝灰質(zhì)粉砂巖、灰綠色凝灰角礫巖。厚度＞839m。

1.1.3 新生界第四系(Q)

第四系腐植土、坡積物、殘坡積物及黃土。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)地層總體呈單斜產(chǎn)出，傾向290～30°，傾角8～60°。局部產(chǎn)狀變化較大。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有3條斷層，艾家溝北山發(fā)育有波狀褶曲。

(1) 斷層。

F1斷層：分布于礦區(qū)西北部。斷層兩側(cè)巖層明顯不對應(yīng)，巖層產(chǎn)狀相差較大。斷層呈北北西—南東東向展布，礦區(qū)內(nèi)出露長3.8km。斷層傾向80～85°，傾角多為50～60°，斷層性質(zhì)不明。

F2斷層：分布于礦區(qū)西北部小雀溝一帶。斷層破碎帶寬4～5m，兩側(cè)巖層明顯不對應(yīng)，巖層產(chǎn)狀相差較大。斷層呈北東—南西向延伸，傾向310～325°，傾角55～65°，局部較陡變?yōu)?0°。礦區(qū)內(nèi)出露長3.4km，斷距＞50m。斷層性質(zhì)為北西盤下降，南東盤上升的正斷層。

F3斷層：分布于礦區(qū)中部的雀溝、艾家溝一帶。斷層標(biāo)志：破碎帶寬3～7m，其內(nèi)為角礫巖和碎裂巖；斷層面具擦痕；兩盤地層不對應(yīng)且地層產(chǎn)狀相差較大。斷層呈北東—南西向延伸，傾向300～315°，傾角50～65°，局部較陡變?yōu)?0°。礦區(qū)內(nèi)出露長5.3km，斷距＞55m。斷層性質(zhì)為北西盤下降，南東盤上升的正斷層。該斷層對礦體的連續(xù)性有一定影響，斷層附近泥化現(xiàn)象明顯，對石墨礦起到破壞作用。

(2) 褶曲。

礦區(qū)內(nèi)艾家溝南山礦段地層總體呈單斜產(chǎn)出，褶曲不發(fā)育；艾家溝村北山褶曲較為發(fā)育，對礦體的形態(tài)有一定的影響；F3斷層以西褶皺分布于艾家溝村西北F2與F3之間，由一個(gè)向斜和兩個(gè)背斜組成，軸向?yàn)槟蠔|東—北西西，褶曲的兩翼不對稱，軸面北傾；除上述褶曲外，礦區(qū)內(nèi)小揉皺比較發(fā)育。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育，主要以巖脈形式沿北東及北西兩組方向產(chǎn)出。脈巖種類主要有石英脈、花崗細(xì)晶巖脈及閃長巖脈。石英脈分布較廣泛，寬一般＜0.5m，長幾米至幾十米。閃長巖脈僅在艾家溝南山礦段有所出露，寬5～10m，長約105m。區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的為花崗細(xì)晶巖脈，分布在艾家溝南山礦段南，出露寬14～16m，長約900m。

2　礦體特征

2.1 礦體的總體特征

石墨礦體賦存于太古界谷嘴子組的第三巖性段中，共由5個(gè)礦體構(gòu)成。由西向東由北向南依次編號為K1、K2、K3、K4、K5。其中，K1、K2、K5分布于含礦層上部，K3、K4礦體分布于含礦層下部。各礦體特征分述如下：

(1) K1礦體：分布于礦區(qū)北部小雀溝村附近，賦存于太古界谷嘴子組第三巖性層上部。礦體呈似層狀產(chǎn)出。礦體產(chǎn)狀：南部傾向50～70°∠28～30°。東西長177m，南北寬約94m。北部產(chǎn)狀150～160°∠3～8°。東西長440m，南北寬約109m。礦體厚度3.20～5.90m，平均4.46m。礦體平均品位為5.74%。

(2) K2礦體：分布于礦區(qū)北部雀溝礦段北部，賦存于太古界谷嘴子組的第三巖性層上部。礦體呈似層狀產(chǎn)出。礦體產(chǎn)狀：5～35°∠28～40°。東西長1 020m，南北寬約72m。礦體厚度為4.70～25.01m，平均14.71m。礦體平均品位為4.20%。

(3) K3礦體：分布于礦區(qū)北部雀溝礦段南部，賦存于太古界谷嘴子組的第三巖性層下部。礦體呈似層狀產(chǎn)出。礦體的形態(tài)受巖層和褶曲構(gòu)造控制。礦體僅在褶曲核部有所出露。礦體產(chǎn)狀：北部35～45°∠28～35°，南部220～250°∠8～60°。礦體東西長約480m，南北寬約140m。礦體厚度為16.46～17.35m，平均16.91m。礦體平均品位為5.76%。

(4) K4礦體：分布于礦區(qū)中南部艾家溝南山礦段，賦存于太古界谷嘴子組的第三巖性層下部。礦體呈似層狀產(chǎn)出。因剝蝕礦體被切割成西、中、東三塊。大致呈北東—南西向展布，東西延伸累計(jì)長約500m，南北平均寬224m。礦體產(chǎn)狀：295～37°∠8～22°。礦體厚度為2.00～17.95m，平均5.17m。從13線向西礦體尖滅，沿傾向礦體厚度變化不大。礦體平均品位為3.64%。

(5) K5礦體：分布于礦區(qū)中南部艾家溝南山礦段中部，賦存于太古界谷嘴子組的第三巖性層上部。因剝蝕礦體僅在1 274.5高地處孤零出露。礦體呈似層狀產(chǎn)出。礦體南北長約180m，東西平均寬103m。礦體產(chǎn)狀：295～350°∠8～30°。礦體厚度為3.25m。礦體平均品位為3.38%。

2.2 礦石類型及質(zhì)量特征

2.2.1 礦石類型

該礦區(qū)礦石類型為晶質(zhì)鱗片石墨。礦石自然類型為片麻巖型。由石墨云母斜長片麻巖、石墨斜長片麻巖組成。礦石為灰白、灰褐、黃褐色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。主要礦物成分：石英、斜長石、鉀長石、黑云母、石墨，部分含透輝石、透閃石，其次有少量榍石、磷灰石、金紅石、鐵礦物等。礦石普遍存在蝕變現(xiàn)象和混合巖化作用。石墨含量5%～10%，片徑一般為0.18～1.5mm。

2.2.2 礦石質(zhì)量特征

(1) 礦石品位。

通過對全礦區(qū)112件樣品(不包括頂?shù)装鍢悠?的固定碳含量統(tǒng)計(jì)，全礦5個(gè)礦體總平均品位為4.53%，單樣品位最高達(dá)7.45%，最低為2.52%。固定碳含量＞3%的樣品為106件，占樣品總數(shù)的95%。

(2) 礦石組分。

礦石組合分析結(jié)果平均值(%)為：SiO253.72、Al2O313.61、Fe2O37.12、FeO 0.65、TiO20.59、CaO 4.64、MgO 3.12、K2O 3.33、Na2O 1.92、SO30.52、P2O50.067、C 4.68、V2O50.030。

由以上分析結(jié)果來看，TiO2、V2O5、SO3等成分含量低不能綜合回收。

(3) 石墨片度。

根據(jù)對礦區(qū)30件光片鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)，石墨原始片度各級比例為：＞0.5mm占石墨鱗片的50%～70%，0.5～0.3mm占20%～33%，0.3～0.18mm占10%～16%，＜0.18mm極少。

根據(jù)對精礦產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各目所占平均比例為：40～50目占6.1%，50～80目占18.7%，80～100目占23.4%，＞100目占51.8%。

2.3 礦石加工技術(shù)性能

經(jīng)選礦試驗(yàn)，礦石可選性好，石墨浮選速度快，藥劑耗量少，中礦量小，選礦指標(biāo)較高，浮選流程簡單。為易選型石墨礦石。

經(jīng)選礦后精礦品位92.62%，回收率達(dá)90.86%，尾礦品位0.29%。閉路流程最終精礦篩析結(jié)果，以片計(jì)40～50目占14.02%，50～100目占25.91%，＞100目占60.07%。

3　礦床成因及找礦標(biāo)志

綜合國內(nèi)一些區(qū)域變質(zhì)鱗片狀石墨礦床的分布特征和成礦規(guī)律，分析本區(qū)礦床成因如下：

(1) 礦體呈層狀、似層狀順片麻理方向產(chǎn)出，且具有一定的層位，產(chǎn)狀與圍巖一致，礦石呈斑雜狀或浸染狀構(gòu)造，石墨沿片理面有集中趨勢。據(jù)此認(rèn)為石墨是區(qū)域變質(zhì)而成的，成礦物質(zhì)來源于本層位原巖中的有機(jī)質(zhì)。

(2) 隨著后期在混合巖化作用的過程中，由于流動物質(zhì)的影響，從原巖中分解出的石墨經(jīng)過交代重結(jié)晶，經(jīng)過重溶和再富集，其石墨鱗片片徑增大，且呈較大的鱗片狀集合體定向分布于巖石中，而不具混合巖化的層位或地段，其石墨多呈小晶單鱗片狀零散分布。故本礦床屬區(qū)域變質(zhì)—混合巖化成因礦床。

(3) 石墨礦體與石榴斜長角閃巖相接觸，而與大理巖相鄰產(chǎn)出，且在角閃巖及大理巖中均見石墨鱗片，因此，就石墨鱗片的含量而言，石墨礦體與圍巖似有漸變過渡關(guān)系。據(jù)此認(rèn)為石墨礦體的形成不能排除含碳酸巖鹽類巖石遭受區(qū)域變質(zhì)而成的可能性。

綜上所述，富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)或粘土質(zhì)沉積巖，在區(qū)域變質(zhì)作用的高溫高壓環(huán)境下，形成鱗片狀石墨晶體，而其周圍的含鈣泥質(zhì)沉積巖及碳酸鹽，在區(qū)域變質(zhì)過程中，形成角閃巖及大理巖，同時(shí)釋放出大量CO2，其CO2在復(fù)雜的物理化學(xué)條件下分解成一定數(shù)量的游離碳，在后期混合巖化作用不斷增強(qiáng)下，其游離碳及原來的石墨晶體發(fā)生交代和重結(jié)晶作用，致使石墨鱗片富集和增大。由此可以說明，本礦區(qū)石墨礦床經(jīng)歷了二次成礦作用：即第一次是在區(qū)域變質(zhì)作用下形成單晶鱗片石墨；第二次是在混合巖化作用下，使其發(fā)生交代重結(jié)晶作用，形成現(xiàn)在的石墨礦體。

綜合本區(qū)石墨礦床的賦存特征，石墨礦體均在條帶狀混合巖附近且與石榴斜長角閃巖、大理巖透鏡體伴生。由此可見，石榴斜長角閃巖和大理巖是該地區(qū)太古界谷嘴子組地層中的重要找礦標(biāo)志。

【礦產(chǎn)資源】

【收稿日期】2015-03-31

【文章編號】1007-9386(2015)03-0035-03

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【中圖分類號】P619.252