付 全,張銀定,薛 濤
(甘肅省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質礦產(chǎn)勘查院,甘肅 酒泉 735000)
石墨是重要的工業(yè)礦物原料,主要用于耐火材料、鋼鐵工業(yè)等領域,根據(jù)結晶形態(tài)不同分為晶質石墨和隱晶質石墨。晶質石墨是戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)資源,目前廣泛應用于新興材料、機械、能源、國防、航天工業(yè)等領域,是我國繼稀土外的又一優(yōu)勢礦產(chǎn)。隨著現(xiàn)代工業(yè)與高新科技的突飛猛進,世界各國尤其是發(fā)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(qū)劃隸屬甘肅省肅北縣黨城灣鎮(zhèn)管轄,交通便利。該區(qū)333+(334)?類晶質石墨資源量207.54萬t,礦床規(guī)模達大型。
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(qū)域深變質作用和后期的構造運動為金屬及非金屬礦產(chǎn)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(qū)域成為礦化集中區(qū)[2]。區(qū)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(qū)域上斷裂、褶皺構造極為發(fā)育,構造變形產(chǎn)生的高溫高壓作用,使敦煌巖群發(fā)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)。
礦區(qū)內出露地層較為簡單,敦煌巖群(ArPtD)幾乎覆蓋整個勘查區(qū)(圖2)。該套地層時代老,經(jīng)過漫長的區(qū)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。
礦區(qū)內巖漿巖不發(fā)育,僅發(fā)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(fā)育為晶質石墨片徑進一步生長變大提供熱源。
圖1 區(qū)域地質簡圖
圖2 白臺溝東晶質石墨礦地質簡圖
受阿爾金斷裂影響,礦區(qū)內構造較為發(fā)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(qū)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(xiàn)錯位,錯失的現(xiàn)象。
(1)區(qū)域變質作用。
礦區(qū)內主要變質作用為區(qū)域變質作用,構成勘查區(qū)內變質巖系的主體,出現(xiàn)的巖石有片巖、斜長角閃巖、大理巖等。區(qū)內沉積固結成巖后,巖石普遍遭受不同程度的區(qū)域性動力熱流變質作用。隨著溫度、壓力的產(chǎn)生及變化,導致先成巖石、礦物所處物理、化學條件發(fā)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(chǎn)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(qū)域變質巖。
(2)動力變質作用。
由于構造發(fā)育,動力變質作用亦對礦區(qū)地層產(chǎn)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(chuàng)造了良好的通道和空間停積場所。礦區(qū)內構造產(chǎn)生的高溫高壓,使敦煌巖群發(fā)生混合巖化,
也為晶質石墨片徑生長變大提供熱源。
礦區(qū)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(qū)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(qū)內直接的找礦標志。
礦區(qū)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(shù)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(shù)17.12%(圖3、圖4)。
表1 白臺溝東晶質石墨礦礦體特征
(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(tǒng)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(shù)片徑集中在0.04~0.2mm;光片統(tǒng)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(fā)分為 SO3、SO2、H2O+、H2O-(表 2)。
(4)礦石類型:礦區(qū)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(yè)類型屬晶質石墨(鱗片狀石墨),對比鄰區(qū)選礦實驗樣,本區(qū)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。
(1)控礦因素。
勘查區(qū)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(tài)多為層狀、似層狀、透鏡狀,礦體的頂?shù)装鍑鷰r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?shù)装迮c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(tǒng)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(jù)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(qū)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(qū)域變質成礦期:沉積成巖后,在區(qū)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(jīng)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(huán)境??辈閰^(qū)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(qū)中深程度的區(qū)域變質作用使碳質結晶為鱗片狀,混合巖化的廣泛發(fā)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(yè)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。
(1)地層標志。
勘查區(qū)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(qū)及相鄰多個礦區(qū)調查顯示,本區(qū)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??辈閰^(qū)內晶質石墨礦表現(xiàn)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(jīng)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(qū)域地表最直接的找礦標志。
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(yè)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。