趙 軍

（河北省地礦局第三地質(zhì)大隊）

石墨在我國各類礦產(chǎn)資源中占據(jù)著十分重要的地位，其具有高硬度、高導(dǎo)電性，且耐高壓高溫，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、化工、軍事、航天等領(lǐng)域。近年來隨著地質(zhì)探測技術(shù)不斷成熟以及勘探設(shè)備更加先進，處于地表及淺地層的礦產(chǎn)資源被大量開發(fā)，國家及各地區(qū)地質(zhì)勘查單位逐漸將目光轉(zhuǎn)向處于深地層區(qū)域內(nèi)的珍稀礦產(chǎn)。物探法可以對石墨高極化性以及低電阻性等特征進行準確識別和定位，從而提高深地層區(qū)域內(nèi)的石墨礦勘測精度。本研究將介紹2 種混合物探找礦法。

近年來，由于我國軍事、科技、民生等事業(yè)的高速發(fā)展，石墨礦產(chǎn)資源的使用率逐年遞增，而我國現(xiàn)有石墨資源儲備量也大幅度減少。相關(guān)調(diào)查顯示，我國目前石墨資源的儲備量僅夠未來14 a使用，一旦石墨礦產(chǎn)資源枯竭，將被迫從他國進口大量石墨資源，屆時我國也將在石墨資源的進出口貿(mào)易中由優(yōu)勢轉(zhuǎn)為劣勢。因此，現(xiàn)階段尋找質(zhì)量較好的石墨礦石，對于我國在各個領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展都將起到十分重要的作用。

通過過往調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，河北省赤城縣伙房—大嶺堡一帶及周邊地區(qū)是我國石墨礦產(chǎn)資源富集之地，河北省地質(zhì)勘探局曾在此處探測到具有中型規(guī)模以上的石墨礦床。但由于該地氣候特征及水文地質(zhì)情況復(fù)雜，絕大多數(shù)石墨礦床隱藏在深地層下，無法確定石墨礦層的數(shù)量和規(guī)模。物探法配合其他勘測方法可以準確、有效地找到石墨礦層的具體位置，在實際應(yīng)用中可以取得極佳的勘探效果。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

伙房—大嶺堡一帶及周邊石墨礦區(qū)屬太古界桑干群變質(zhì)巖，區(qū)域內(nèi)主要有小張家口超基性巖體，大南山輝石二長巖體和湯泉巖體等。

該區(qū)位于燕山臺褶帶崇禮凸起東北部，尚義—赤城深斷裂南部。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以近東西向為主。太古界桑干群變質(zhì)巖系總體片麻理產(chǎn)狀走向北東、北西—近東西向，傾向北西、北東或北，傾角一般為30°～45°，少數(shù)大于50°。此外，中生界侏羅系火山巖系也常常超復(fù)于太古界桑干群變質(zhì)巖系之上，走向多為近南北向。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，主要有大南溝背斜和艾家溝石墨礦區(qū)的一系列褶曲構(gòu)造［1］。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，北部主要以近東西向為主，南部主要以小型斷裂為主，呈北東及北西向展布。其中以北西向斷裂構(gòu)造為主，局部地段對石墨礦體有破壞作用。

2 區(qū)域成礦規(guī)律及特征簡述

根據(jù)目前已有資料分析，區(qū)域上石墨成礦規(guī)律為受太古界桑干群澗溝河組地層控制，其特征往往是帶狀分布，目前已知有3 個石墨成礦帶、由南到北分別為東水泉石墨成礦帶、艾家溝—伙房—大嶺堡石墨成礦帶、大南溝—雀溝—于家溝石墨成礦帶［2］。

東水泉石墨成礦帶呈近東西向展布，長約1 km。艾家溝—伙房—大嶺堡石墨成礦帶呈近東西向展布，長約7.5 km。大南溝—雀溝—于家溝石墨成礦帶呈北東向展布，長約8 km。

各成礦帶中石墨礦床均毫無例外地產(chǎn)于太古界桑干群澗溝河組變質(zhì)巖系中，即石墨礦的生成與變質(zhì)巖系有關(guān)，在眾多變質(zhì)巖中，含石墨透輝斜長片麻巖和含石墨斜長片麻巖與石墨礦體的產(chǎn)生有較為密切的關(guān)系。

3 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦床出露地層簡單，以太古界桑干群溪溝組為主，其次為中元古長城、第四系等。太古界桑干群溪溝河組出露于全礦區(qū)，主要巖性為角閃斜長變粒巖和石墨變粒巖、夾榴子斜長角閃變粒巖、角閃榴子透輝斜長變粒巖、混合巖化角閃斜長變粒巖。在石墨礦層底板附近常見有一層中厚層狀不純大理巖。中古長城系位于礦區(qū)東南部，其中常州溝組為串嶺溝組，只有少數(shù)幾個，新生界第四系分布于全區(qū)地勢較低部位，由上新統(tǒng)和全新統(tǒng)組成［3］。

礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的侵入巖體，僅有少量巖脈產(chǎn)于太古界變質(zhì)巖中，主要為閃長玢巖巖脈，呈北西向產(chǎn)出，長度幾十至百余米不等，寬幾米至十幾米，對石墨礦體破壞不大。

區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造較為簡單，地層片麻理產(chǎn)狀為（320°～350°）∠（30°～69°），為單斜構(gòu)造。在此背景基礎(chǔ)上，小規(guī)模褶曲構(gòu)造很發(fā)育，且多為緊密型褶皺，局部地段地層發(fā)生由陡變緩的現(xiàn)象。地表探槽礦體產(chǎn)狀統(tǒng)計表明石墨礦體傾向北西，傾角大部分在43°～55°，個別地段可達70°以上，但是也有傾角較緩地段，例如C5采樣剖面及其附近，礦體傾角僅為25°。

另外，從鉆孔揭露礦層所做勘探線剖面圖情況來看，深部礦體傾向變化不大，而傾角變化較大，其特點是深部普遍變緩，在今后工作中要引起重視［4］。

該礦目前已發(fā)現(xiàn)3 條大型斷裂構(gòu)造，其中1 條是北東向，2條是北西向。

F1 斷層位于礦區(qū)北部外圍，斷層長度為850 m，向北延出圖幅。產(chǎn)狀為60°∠（60°～80°），為高角度正斷層。

F2 斷層由北西向南東延入礦區(qū)，圖幅內(nèi)出露總長度為1 550 m，礦區(qū)內(nèi)出露500 m，走向為300°，為性質(zhì)不明斷層。

F3 斷層發(fā)育于礦區(qū)南部，斷層長度為500 m，產(chǎn)狀為110°∠80°，為1 條平推正斷層，對石墨礦層有破壞作用。

總之，工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對簡單，僅局部地段較為復(fù)雜，如C1號采樣剖面由于局部小斷裂錯動，使得石墨礦層中小柔皺非常發(fā)育，傾角也變陡到81°。

4 礦體地質(zhì)特征

礦體產(chǎn)于太古界桑干群澗溝河組石墨變粒巖中，石墨礦層地表出露長度為3 200 m，礦體沿走向有膨大或縮小現(xiàn)象，總體看礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，含礦帶由5 條采樣剖面、8 個探槽和3 個深部鉆孔控制，控制長度為2 825 m，斜深為120 m。

礦石自然類型為石墨斜長變粒巖、石墨透輝斜長變粒巖和混合巖化石墨透輝斜長變粒巖3種。

4.1 石墨斜長變粒巖

礦石呈褐灰色，地表風(fēng)化后為黃褐灰色、棕褐色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、似片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，石墨片度以0.3～1.5 mm 為主，部分可達1.5～2.0 mm，少量為0.1～0.3 mm。石墨礦物集合體呈似條痕狀定向排列。脈石礦物為斜長石（30%～70%）、角閃石（10%～40%）、石英（3%～15%），個別地段脈石礦物中有透輝石、黑云母和鉀長石等。礦石中常有黃銅礦、黃鐵礦和褐鐵礦等不透明礦物呈星散狀分布，黃鐵礦常呈黃鐵礦假象產(chǎn)出［5］。

4.2 石墨透輝斜長變粒巖

礦石呈淺褐灰色，地表風(fēng)化后為棕褐色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、似片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，石墨片度以0.3～1.5 mm 為主，部分可達2 mm 以上，少量為0.1～0.3 mm。石墨礦物集合體呈似條痕狀定向排列。脈石礦物為斜長石（30%～70%）、透輝石（20%～45%）、石英（1%～5%）。礦石中常有黃鐵礦和褐鐵礦等不透明礦物呈星散狀分布，黃鐵礦常呈黃鐵礦假象產(chǎn)出。

4.3 混合巖化石墨透輝斜長變粒巖

礦石呈褐灰色，地表風(fēng)化后為棕褐色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，塊狀和似片麻狀構(gòu)造。礦石礦物為石墨，石墨片度以0.3～1.0 mm為主，部分可達1～2 mm或以上，少量為0.1～0.3 mm。石墨礦物集合體呈似條痕狀定向排列。脈石礦物為斜長石（30%～50%）、鉀長石（45%）、透輝石（20%）和石英（5%～10%）。礦石中常有黃鐵礦和褐鐵礦等不透明礦物呈星散狀分布，黃鐵礦常呈黃鐵礦假象產(chǎn)出［6］。

以上3 種類型的石墨礦石中均含有副礦物磷灰石、磁鐵礦、鋯石等。蝕變礦物為絹云母、綠泥石等。

5 地球物理特征

5.1 勘查方法

石墨礦床及周邊炭質(zhì)結(jié)構(gòu)地礦層與其他類型的礦石巖體相比，具有高極化性和低電阻性，會在礦床周圍產(chǎn)生一定的自然電場和正負電荷，而其他非炭質(zhì)結(jié)構(gòu)礦巖則與其相反，帶有更高的電阻性和較弱的極化性，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部無法產(chǎn)生一定的電磁場感應(yīng)。因此，地質(zhì)勘探工作者通常會選擇搭配使用不同種類的物理探測方法來尋找石墨礦產(chǎn)資源。本研究介紹的物理探測法為激電中梯法搭配自然電場電位法混合測量。

5.2 電物性特征

地質(zhì)勘探人員在礦區(qū)內(nèi)根據(jù)石墨礦的特性，針對性地搜集了大理巖、斜長角閃片巖、石英巖等約400 件巖石標本，并對其進行同電場自然電位測量。在巖石標本中，含石墨礦及炭質(zhì)屬性的巖石與其他巖石相比，具有極高的極化率，勘察人員通過面團法對含有石墨礦的花崗巖進行極化值測量，平均極化率為35.5%，而不含石墨或炭質(zhì)屬性的巖石極化率平均為0.82%。本區(qū)域含石墨礦巖體與非炭質(zhì)巖體之間的帶電量及電性具有較明顯差異，借助含石墨礦巖石低電阻這一特性，通過自然電場法測量區(qū)域內(nèi)礦體的電位差，即可找到含有石墨礦的晶體巖［7］。

5.3 自電異常特征

由于長嶺縣伙房—大嶺堡一帶常見大面積砂土覆蓋層，且該地區(qū)地質(zhì)巖石情況較為復(fù)雜，為了確保勘探工作的準確性，縮小石墨礦產(chǎn)資源的尋找區(qū)域，在礦區(qū)內(nèi)設(shè)置1∶1 萬自然電場20 km2，用以對該區(qū)域的電位進行有效測量。圖1 所示為伙房—大嶺堡石墨礦區(qū)自然電位等值線平面圖。

地質(zhì)勘探人員在大面積負異常自然電位區(qū)域內(nèi)選定2處具有一定電場規(guī)律的負異常電場Z1和Z2。

Z1 異常位于礦區(qū)東部，呈不規(guī)則狀NWW 向展布，走向上長度約為1 700 m，寬度約為1 300 m，最大異常值為-520.5 mV。異常帶出露金水口巖群片巖段及大理巖段，經(jīng)工程揭露控制，已發(fā)現(xiàn)石墨礦體5 條（M2、M4、M7、M8、M9）。異常的展布形態(tài)與圈定的石墨礦化帶走向一致，且異常北部負值凸顯，變化梯度較為平緩，由此推斷礦體產(chǎn)狀與區(qū)域地層總體產(chǎn)狀基本吻合，傾向偏北。

Z2 異常位于礦區(qū)西部，呈不規(guī)則狀NW 向展布，走向上長為1 250 m，寬為800 m，最大異常值為-214 mV。帶內(nèi)出露金水口巖群片巖段及大理巖段，因第四系風(fēng)成砂土覆蓋，該處異常的幅值較小，但其規(guī)律性相比Z1異常較好。根據(jù)地質(zhì)、物探異常特征，推測Z1、Z2 這2 處自電異常應(yīng)處在同一條異常帶上，呈NW 向展布延伸。結(jié)合槽探工程揭露查證，發(fā)現(xiàn)2 條石墨礦體（M8、M12），異常的展布形態(tài)與圈定的石墨礦（化）體走向基本一致［8］。

6 找礦前景

礦產(chǎn)是在一定地質(zhì)歷史時期和地質(zhì)構(gòu)造條件下，各種地質(zhì)、地球化學(xué)作用的綜合產(chǎn)物。因此，劃分成礦區(qū)（帶）最基本的依據(jù)是區(qū)域礦床應(yīng)具有相似的控礦因素、時空分布規(guī)律、成礦環(huán)境、礦質(zhì)來源和成礦機制。

從目前的工作程度看，礦床潛在的價值沒有得到充分證實，礦床遠景沒有足夠重視。艾家溝石墨礦、雀溝石墨礦、于家溝石墨礦、東水泉石墨礦以及伙房—大嶺堡石墨礦等都屬于同一類型礦床，其深部以及沿走向外圍還有進一步擴大礦床遠景的可能。通過進一步工作，礦床可望成為一處大型石墨礦產(chǎn)地。

7 找礦改進措施

（1）加大勘查力度，明確主攻方向，首先圍繞區(qū)域內(nèi)2個主要成礦遠景區(qū)內(nèi)4個A級預(yù)測區(qū)開展進一步勘查工作。在冀西北的石墨礦產(chǎn)預(yù)測區(qū)找礦前景較好，除石墨外還有銀、金、鉛、鋅、銅可綜合利用，后者甚至更占主導(dǎo)位置。要根據(jù)礦床特點，利用地質(zhì)、物化、遙感綜合找礦方法開展勘查工作。

（2）隨著勘查程度的提高和礦床開發(fā)利用的需要，要相應(yīng)提高石墨礦產(chǎn)選礦試驗的級別和規(guī)模，進一步完善石墨礦石選冶加工、產(chǎn)品制備的工藝，提高選礦回收率和綜合利用率，為礦床的開發(fā)利用提供更可靠的選冶技術(shù)保證。

8 石墨礦產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用前景

石墨最大的消費市場是鋼鐵工業(yè)，鋼鐵工業(yè)發(fā)展前景和耐火材料技術(shù)進步主導(dǎo)著石墨的消費水平。隨著耐火材料工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步，其使用壽命增長，石墨或耐火材料的消費必將趨于穩(wěn)定或略有減少。而在新開拓的石墨應(yīng)用領(lǐng)域或正在開發(fā)的高新技術(shù)領(lǐng)域，如燃料電池用石墨聚合物和膨脹石墨，高純石墨的消費量會快速增加。另外，我國每年鎂碳磚生產(chǎn)需要石墨21萬t，鉛筆、石墨坩堝、石墨乳、粉末冶金碳素等也有較大需求，國內(nèi)總需求量約為28 萬t 左右。2005年我國出口石墨達15.66萬t之多，從2021 年1—9 月晶質(zhì)石墨出口總量為9.44 萬t 來看，2021 年出口總量約為14萬t。

總體來看，目前世界石墨初級產(chǎn)品供需基本平衡。單純擴大石墨初級產(chǎn)品生產(chǎn)能力是不可取的，關(guān)鍵在于研究石墨新用途，開發(fā)新產(chǎn)品和開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。

9 結(jié) 論

本研究通過對2種物探法混合使用，對具有高電極性和低電阻性的石墨礦產(chǎn)資源及炭質(zhì)礦石進行探勘，取得良好效果。同時，本研究也對未來找礦前景和石墨礦產(chǎn)品的應(yīng)用前景進行分析。石墨礦產(chǎn)資源的勘探和利用不僅能夠有效維持我國軍事、工業(yè)、民生等工程的資源消耗，也能通過出口石墨礦產(chǎn)資源及礦產(chǎn)品提高經(jīng)濟收益。