馬方,程蓉蓉*,李明磊,張魯濤,李志強,梁太濤

(1.山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264004；2.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東省地質科學研究院，山東 濟南 250013)

0 引言

魯東地區(qū)是我國重要的晶質石墨礦產區(qū)，區(qū)內石墨礦床勘查工作始于20世紀60年代，先后發(fā)現(xiàn)有大中型晶質石墨礦床20余處，均分布于古元古代荊山群變質地層中(圖1)，蘭心儼[1]、孟輝[2]、顏玲亞[3]、焦麗香[4]、李凱月[5]、馮偉[6]等對南墅、劉戈莊、閆村、張舍、大梁子口等地開展過石墨礦床地質特征及巖石學、地球化學等方面的研究，倪振平[7]、王帥[8]、蘇旭亮[9]等亦對區(qū)域石墨礦地質特征進行了研究并開展了資源潛力評價，劉敬黨[10]、梁帥[11]、顏玲亞[12]等對華北地區(qū)晶質石墨礦床的成因及成礦系列的劃分等進行過細致研究。以往開展的研究工作多集中分布在平度—萊西一帶，對于萊陽、牟平等地的石墨礦床論述較少。西徐格莊礦床地處萊陽市南部荊山一帶，該區(qū)前期已發(fā)現(xiàn)大梁子口、山前夼、牛百口等小型礦床，隨著近年來晶質石墨礦在高精尖領域的應用，國家對石墨礦的勘查投入亦逐年提高，在西徐格莊地區(qū)實現(xiàn)了找礦新突破，本文以在該區(qū)開展的2個省級財政項目為依托，對該區(qū)石墨礦床地質特征進行了總結，探討了該區(qū)晶質石墨礦床的成礦過程及礦床成因，分析了石墨礦找礦遠景，為該區(qū)石墨礦勘查找礦提供借鑒。

1 區(qū)域地質背景

西徐格莊石墨礦大地構造位置屬于華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)膠萊盆地西部(Ⅲ)萊西-即墨斷陷(Ⅳ)荊山凸起(Ⅴ)[13]，荊山凸起主體由古元古代變質地層和中生代侵入巖組成，呈孤島狀分布于中生代沉積盆地中(圖1)。

1—第四系；2—白堊系；3—新元古代地層；4—古元古代粉子山群；5—古元古代荊山群；6—新太古代地層；7—早白堊世花崗巖；8—晚侏羅世花崗巖；9—晚三疊世花崗巖；10—斷層；11—石墨礦床；12—研究區(qū)范圍

區(qū)內地層由老至新為古元古代荊山群、中生代萊陽群、青山群、王氏群和新近系。荊山群在區(qū)內廣泛分布，為富鋁孔茲巖系[14]，主要巖性為石榴矽線黑云片巖、黑云片巖、白云石大理巖、透輝大理巖、黑云變粒巖、含石墨黑云變粒巖、含石墨黑云斜長片麻巖等，為一套淺海陸源含碳質成熟較低的碎屑巖—黏土巖(泥灰質巖)—碳酸鹽巖沉積建造[13]，陡崖組徐村石墨巖系段是晶質石墨礦的賦礦層位。萊陽群、青山群和王氏群分布于荊山群周邊，萊陽群主要巖性為砂巖、礫巖、砂礫巖、粉砂質頁巖等，青山群主要巖性為流紋巖、凝灰?guī)r、角礫巖、玄武巖等，王氏群主要巖性為礫巖、砂礫巖、砂巖等。第四系沿山前溝谷分布，主要為礫、粗砂、中細砂及粉砂質黏土等。

區(qū)內構造主要為褶皺和脆性斷裂。褶皺構造是荊山群變質地層的主要表現(xiàn)形式，褶皺構造多期疊加，控制著荊山群地層的展布。祿格莊復式背斜為該區(qū)主要褶皺構造，由早期NW向同斜緊閉褶皺疊加NE向背斜形成，核部為荊山群祿格莊組光山大理巖段，翼部依次為野頭組、陡崖組，軸面產狀近直立，兩翼地層具良好的對稱性，該褶皺控制西徐格莊地區(qū)變質地層的分布，褶皺構造的壓縮、彎曲、折疊，使得該區(qū)礦層厚度變化較大。脆性斷裂構造主要形成于中生代，縱橫交錯切割不同時代地質體，是區(qū)域主要構造類型，脆性斷裂具多期活動特征，可劃分為NE向、NNE向、SN向、NW向、EW向5組，以NE向為主，規(guī)模大，常作為區(qū)內主要地質體的邊界，與石墨礦產關系密切。一般認為，EW向斷裂形成時代較早，NE向次之，NW向斷裂形成時代較晚，常限制其他斷裂，斷裂性質以張性和扭性為主。

區(qū)內侵入巖不發(fā)育，多呈巖株、巖墻狀產出。古元古代西水夼單元細粒變輝長巖侵入荊山群，且多順層侵入；中生代侵入巖以玲瓏序列筆架山單元不等粒偉晶花崗巖最為發(fā)育，侵入荊山群并改造石墨礦體，花崗巖侵入體邊緣的石墨礦體中常見石墨片徑加大或礦體不連續(xù)現(xiàn)象。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

區(qū)內共圈定5條石墨含礦帶，編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，均產出于荊山群陡崖組徐村段中，礦體產狀與地層產狀基本一致(圖2)，含礦巖石主要為含石墨黑云變粒巖。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號含礦帶內共圈定礦層20個，以Ⅱ-1、Ⅳ-1號規(guī)模較大，其他礦層規(guī)模較小(表1)。

表1 西徐格莊礦區(qū)礦層特征

1—第四紀沂河組；2—第四紀臨沂組；3—王氏群金崗口組；4—紅土崖組三段；5—萊陽群水南組；6—萊陽群止鳳莊組；7—荊山群陡崖組水桃林片巖段；8—荊山群陡崖組徐村石墨巖系段；9—荊山群野頭組定國寺大理巖段；10—荊山群野頭組祥山變粒巖段；11—不等粒偉晶花崗巖；12—變輝長巖；13—大理巖；14—石墨含礦帶；15—石墨礦層；16—整合界線；17—不整合界線；18—斷裂；19—背斜；20—向斜；21—層理產狀；22—片理產狀；23—鉆孔；24—124剖面位置

Ⅱ-1號礦層：賦存于Ⅱ號含礦帶內，分布在107～132線間，由7條探槽和5個鉆孔控制，長約1600m。礦層呈層狀—似層狀(圖3)，賦存標高+74m～-251m，控制斜深64～353m；礦層走向120°～170°，傾向NE—SE，傾角46°～65°；厚度5.79～50.27m，平均厚度16.14m，厚度變化系數(shù)106.17%，為厚度不穩(wěn)定礦體；固定碳含量2.30%～3.17%，平均含量2.86%，品位變化系數(shù)11.14%，屬有用組分分布均勻礦體。

1—大理巖；2—黑云變粒巖；3—黑云片巖；4—不等粒偉晶花崗巖；5—產狀；6—探槽；7—鉆孔及編號；8—石墨含礦帶；9—石墨礦層

Ⅳ-1號礦層：賦存于Ⅳ號含礦帶內，分布在307～336線間，由5條探槽和5個鉆孔控制，長約2100m，控制斜深122～176m；礦層呈層狀—似層狀，賦存標高+78m～-114m；礦層走向39°～75°，傾向SE，局部反傾，傾角79°～82°；礦層厚度2.03～44.25m，平均厚度13.58m，厚度變化系數(shù)91.81%，為厚度不穩(wěn)定礦體；固定碳含量2.03%～3.79%，平均含量3.21%，品位變化系數(shù)20.77%，屬于有用組分分布均勻礦體。

石墨含礦帶圍巖為徐村石墨巖系段黑云變粒巖、定國寺大理巖段大理巖以及水桃林片巖段黑云片巖；石墨礦層的直接頂?shù)装宥酁楹谠谱兞r、石墨透閃透輝巖以及斜長含石墨黑云片巖等，多與礦層呈漸變過渡，厚度幾米到幾十米不等。

2.2 礦石質量

礦石類型主要為含石墨黑云變粒巖型，其次為含石墨黑云斜長片麻巖型、含石墨透輝變粒巖型、含石墨構造碎裂巖型等(圖4)，其中含石墨黑云變粒巖型和石墨透輝變粒巖型固定碳含量較高，但石墨鱗片相對偏低，含石墨黑云斜長片麻巖型石墨鱗片較大但固定碳含量較低，含石墨構造碎裂巖型石墨礦不具工業(yè)價值。

a—黑云變粒巖型石墨礦；b—石墨黑云斜長片麻巖型石墨礦；c—石墨透輝變粒巖型石墨礦；d—含石墨構造碎裂巖型石墨礦

含石墨黑云變粒巖型礦石主要礦物為鉀長石、斜長石、黑云母、石英、透輝石、輝石、石墨等；含石墨黑云斜長片麻巖型礦石主要礦物為斜長石、石英、黑云母、石墨等；石墨透輝變粒巖型主要礦物為斜長石、透輝石、透閃石、黑云母、白云母、石英、石墨等。幾種礦石中副礦物一般為磁鐵礦、鋯石、磷灰石，次生礦物為絹云母、方解石、高嶺土等。

礦石中固定碳呈晶質石墨形態(tài)存在，多呈鱗片狀，大致星散狀定向分布(圖5a)，局部可見解理彎曲(圖5b)。石墨片徑一般0.2～0.3mm，個別0.5mm以上，正目石墨含量47.12%。礦石結構主要為鱗片粒狀變晶結構(圖5c)和鱗片狀變晶結構(圖5d)，柱狀變晶結構少量，鱗片粒狀變晶結構和柱狀變晶結構多見于含石墨黑云變粒巖礦石，鱗片狀變晶結構多見于含石墨黑云斜長片麻巖礦石。礦石構造主要為塊狀構造和弱片麻狀構造，少量變余層理構造。

a—石墨鱗片定向分布；b—石墨鱗片局部彎曲；c—鱗片粒狀變晶結構；d—鱗片狀變晶結構；Bt—黑云母；Ptz—石英；Gph—石墨礦

礦石有用組分固定碳含量一般為2.02%～3.79%，最高可達8.70%，主礦層固定碳平均含量2.81%；有益組分金紅石(TiO2)含量少，詳見表2。

表2 礦石化學成分統(tǒng)計表 單位：%

3 礦床成因

3.1 成礦時代

荊山群的形成時代在2100～1900Ma之間[15-18]，據野外地質調查，古元古代西水夼單元變輝長巖多順層侵入荊山群變質地層，變輝長巖中未發(fā)現(xiàn)晶質石墨的混入表明石墨礦的形成時代至少早于變輝長巖的形成時代，荊山群地層與變輝長巖共同接受褶皺構造的變形改造也是石墨礦形成于古元古代的證據之一。

3.2 原巖建造

礦床中礦石及圍巖主體巖性為變粒巖類、片巖類和大理巖類，具孔茲巖系巖性組合特點。據馮偉[6]對該區(qū)石墨黑云變粒巖進行的原巖恢復，其原巖為一套以雜砂巖、黏土巖和碳酸鹽巖為主的含碳碎屑巖組合，亦表明其適宜生物大量繁衍的溫暖沉積環(huán)境。

3.3 成礦物質來源

據野外調查可知，該區(qū)石墨礦體多呈層狀、似層狀產出，與圍巖產狀一致，且界線多為漸變過渡或互層過渡關系，具有明顯的原生沉積特征；礦體產出具有一定的層位規(guī)律，巖性特征均與石墨黑云變粒巖、石墨斜長片麻巖有關，說明其原巖沉積具有一定適宜于生物大量繁殖的古地理環(huán)境；鱗片狀石墨在礦石中分布均勻，品位相對穩(wěn)定，反映出成礦物質沒有發(fā)生過大規(guī)模的遷移運動，只是在前進的變質作用過程中，在有限的空間范圍內重新組合、重新結晶形成石墨，說明石墨礦碳質成分來源于原巖本身的原始沉積。據梁帥[12]、季海章[19]、馬旭東[20]等對魯東晶質石墨碳穩(wěn)定同位素的研究，魯東地區(qū)眾多石墨礦床碳δ13C范圍在(-6.72～-28.93)×10-3，與世界有機質平均值(-26±7)×10-3最為接近，表明碳質來源主要為有機物。

3.4 變質作用

晶質石墨礦的形成與區(qū)域變質作用密切相關[21]，在區(qū)域變質作用中不同溫度、壓力條件下經歷的變質程度不同，有機物的石墨化程度亦是不同[22]。變質程度高形成大鱗片的晶質石墨[7]，如萊西南墅、平度劉戈莊等地，主期變質溫度750℃左右，壓力0.5GPa左右[23-24]，為低壓麻粒巖相，形成石墨片徑0.5～1.0mm；變質程度低則形成較細鱗片的隱晶質石墨，如棲霞等地分子山群，為低角閃巖相，形成石墨片徑僅0.03～0.1mm。山東省地質調查院在區(qū)調工作中對萊陽南部荊山群地層變質溫壓條件開展過研究，認為該套地層變質溫度在440～750℃之間，壓力0.4～0.6GPa，以低壓麻粒巖相—高角閃巖相—低角閃巖相帶狀分布為特征，西徐格莊礦區(qū)位于該套地層東北部，礦區(qū)內荊山群變質程度該區(qū)變質程度以麻粒巖相—高角閃巖相為主，該區(qū)石墨片徑相對萊西、平度等地亦較小。

4 找礦標志及前景分析

4.1 找礦標志

(1)地層標志：古元古代荊山群陡崖組徐村石墨巖系段是賦存石墨的重要層位，含石墨黑云變粒巖、含石墨透輝變粒巖和含石墨黑云斜長片麻巖的巖石組合可作為石墨礦的直接找礦標志。

(2)構造標志：在荊山群變質地層褶皺構造的翼部、轉折端以及向斜構造的核部等部位，石墨礦易富集成礦，且較易形成厚大礦體。褶皺構造同時發(fā)育的層間擠壓帶、走滑斷裂帶，是礦層中富礦的界面，為石墨礦的間接找礦標志。

4.2 找礦前景分析

西徐格莊地區(qū)的5條石墨含礦帶，為褶皺和斷裂構造改造后的同一層位(圖6)，該區(qū)發(fā)現(xiàn)的石墨礦層分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號等3條含礦帶中，Ⅲ、Ⅴ號含礦帶未經工程控制，含礦帶與激電中梯異常套合較好，有待進一步工作進行查明。已發(fā)現(xiàn)主礦體沿走向和傾向均未封閉，Ⅳ-1礦體SW方向厚大部位延伸2.5km至南姜格莊村民采礦點均未進行控制，有較大的找礦潛力。

1—荊山群陡崖組水桃林片巖段；2—荊山群陡崖組徐村石墨巖系段；3—荊山群野頭組定國寺大理巖段；4—荊山群野頭組祥山變粒巖段；5—荊山群祿格莊組光山大理巖段；6—玲瓏序列筆架山單元；7—石墨含礦帶；8—石墨礦層；9—預測石墨礦層位置

5 結論

(1)西徐格莊石墨礦共圈定石墨含礦帶5條，礦層20個，礦層一般呈層狀—似層狀，主礦體具膨脹或收縮現(xiàn)象，礦體長200～2100m，平均厚度2.78～33.55m，品位2.09%～3.39%，礦石類型主要為含石墨黑云變粒巖型。

(2)西徐格莊石墨礦為“區(qū)域變質型”石墨礦床，賦存于古元古代荊山群陡崖組徐村石墨巖系段變質地層中，具成礦專屬性，層控特征明顯，并嚴格受褶皺構造控制，在褶皺轉彎部位易形成厚大礦體，賦礦層位具低阻高極化異常，可采用激電中梯測量工作進行定位。

(3)西徐格莊石墨礦體沿走向和傾向均未封閉，其深部以及未控制含礦帶仍有較大找礦空間，Ⅳ-1礦體SW向延伸部位是以后工作的重點；向斜構造的深部轉折部位是形成厚大石墨礦體的有利部位，進一步厘清該區(qū)褶皺構造的空間分布特征對今后的石墨找礦有重要意義。