黑龙江云山石墨矿床资源潜力预测

李思远， 孙　莉， 孟凡磊， 张寄丹， 李云国

(1.中国地质大学(北京)，北京100083； 2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037； 3.黑龙江省第六地质勘察院，黑龙江佳木斯154000)



黑龙江云山石墨矿床资源潜力预测

李思远1， 孙莉2， 孟凡磊3， 张寄丹3， 李云国3

(1.中国地质大学(北京)，北京100083； 2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037； 3.黑龙江省第六地质勘察院，黑龙江佳木斯154000)

摘要：黑龙江省石墨的矿床类型主要为区域变质型，且多为晶质鳞片状石墨矿。通过对萝北云山石墨矿床的系统研究，总结出矿床成矿模式图、预测要素图。确定了矿床的预测要素，采用地质参数体积法估算出该矿床的石墨总矿物量为7 069万t，是一超大型石墨矿床。

关键词：石墨；资源特征；地质参数体积法；潜力预测；云山石墨矿；黑龙江

0引言

石墨素有“黑金子”的美称，从石墨薄片中剥离出的石墨烯是黄金价格的15～20倍，具有最坚硬、透光性好(只吸收2.3%的光)、电子运移速度快、电阻率小和结构稳定等特性，未来的市场前景非常广阔(高天明等，2015)。石墨也是我国继稀土之后的又一优势矿产,我国已将石墨确定为战略性非金属矿产(张福良等，2013)。因此，石墨在未来国家高新技术发展领域具有不可替代的位置。

1黑龙江石墨矿床概况

黑龙江省已知的石墨矿床皆属于变质成因，分为区域变质型和接触变质型(表1)。区域变质型石墨矿多为晶质鳞片状石墨(片径>1μm)，分布广，储量大，质量佳，品位高，工业意义大。接触变质型石墨矿数量甚少，为隐晶质石墨(片径<1μm)，工业意义不大。石墨矿床主要是区域变质型晶质(鳞片状)石墨矿，鳞片较大且开采条件和矿石可选性好，是目前主要开采利用的对象。

表1　黑龙江石墨矿床的主要类型

按照上述石墨矿床类型的划分，对黑龙江省不同含矿地层以及不同类型的石墨矿床进行统计，共发现54处矿床或矿化点，其中超大型矿床3处、大型矿床7处、中型矿床16处、小型矿床13处、矿化点15处。这些石墨矿主要分布在黑龙江东部，萝北—鸡西一带形成1条南北长350km、东西宽100km的石墨成矿带(孙向东，1994)(图1)。该矿带多产出于前寒武系的中—深变质岩中，受区域大的褶皱系所控制。云山石墨矿床位于黑龙江省的中北部，已探明的石墨矿物量达4 000多万t，为亚洲第一大石墨矿。

图1　黑龙江云山石墨矿位置简图Fig.1　Simplified map showing location of the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province

2区域地质特征

2.1区域成矿地质环境

研究区大地构造单元属天山—兴蒙造山系，佳木斯地块。元古代构造线总体呈南北向。新太古代地核构成近东西向的古隆起构造；早元古代兴东岩群围绕古陆核边缘增生，形成古地块；中元古代在地块边缘或内部形成近东西向的裂谷环境，形成黑龙江岩群绿岩型裂谷盆地沉积，兴东期花岗岩类侵入岩由内向外逐步增生，使早期建造固结成稳定的地块。寒武纪之后发育盖层建造。地块具有双层结构特点，自形成之后总体构造特征以升降运动为主。

2.2构造对成矿的控制作用

矿床位于佳木斯地块北缘(图2)，赋矿地层为下元古界兴东岩群大盘道组，为地块的基底，构造表现形式为北西向的复式褶皱(李寒滨等，2014；王东暄，2014)。石墨矿产地沿南北向呈带状分布，出露于云山复式向斜次级背斜的核部、翼部等，总之褶皱构造控制了石墨矿带的分布。褶皱过程中导致矿体形态的改变，在应力较小之处矿体变宽、变厚有利于成矿，同时导致矿体的尖灭及形态复杂化。

2.3沉积相与建造对成矿的控制作用

古元古代的沉积相及建造对矿床的形成起着至关重要的作用(李超等，2015)。浅海陆棚环境为生物的繁殖提供了理想的环境，提供了充足的有机质，有机质在成岩过程中转变为炭质，富碳沉积建造是沉积变质型石墨矿形成的必要条件。沉积作用形成的炭质具有一定的层位，变质的石墨矿体基本上受沉积因素控制，多阶段性的沉积旋回形成了多层的复矿层。新太古代后该区大部分长期处于隆起状态，中生代发育上置盆地沉积了陆相碎屑岩及陆相火山碎屑岩。后续的沉积作用及建造对成矿没有控制作用，可能覆盖了部分石墨矿体。

2.4侵入岩对成矿的控制作用

该区含矿建造为变质建造，侵入岩对成矿没有控制作用，但对矿体完整性具有不同程度的破坏作用。

2.5变质作用对成矿的控制作用

沉积作用只形成了矿源层，为石墨矿的形成提供了碳源，是区域变质作用导致含碳有机质的分解和炭质的结晶形成石墨，经富集最终形成石墨矿体。矿石质量与变质作用密切相关，变质程度越深，矿石品位越高，石墨有序化程度就高，同时鳞片也增大。

2.6混合岩化作用对成矿的影响

云山石墨矿床的演化经历了沉积作用阶段、变质作用阶段、混合岩化作用阶段的演化历程(陶维屏等，1994)。混合岩化作用阶段总体上是对矿体的改造和破坏，于成矿不利。对品位的影响较复杂，即在某些部位导致石墨重结晶使石墨磷片粗化进一步富集，在另外一些部位重熔导致部分炭质迁移，导致矿体贫化。

2.7成矿系列及区域成矿模式

2.7.1成矿系列黑龙江省划分的石墨Ⅲ级成矿带3个、Ⅳ级成矿带6个、Ⅴ级成矿带(矿化集中区)9个(王家昌等，2013)，其中云山石墨矿属佳木斯—兴凯地块与阜平、吕梁沉积变质-混合岩化作用有关的Fe、Au、W、石墨、矽线石、磷矿床成矿系列，佳木斯—兴凯地块与吕梁期兴东岩群沉积变质-混合岩化作用有关的Fe、Au、W、石墨、矽线石矿床成矿亚系列。

2.7.2区域成矿模式云山石墨矿床是典型的区域变质型石墨矿床，主要控矿构造是云山复式向斜，赋矿地层主要是兴东群大盘道组，赋矿岩石为石英石墨岩、石英石墨片岩、石墨石英片岩、矽线石墨石英片岩、石墨变粒岩、石墨透辉岩、石墨片麻岩、石墨混合花岗岩等，在此基础上总结出云山石墨矿成矿模式图(图3)。

图3　云山石墨矿床区域成矿模式图1-大盘道组；2-石英片岩；3-斜长片麻岩；4-大理岩；5-混合花岗岩；6-石墨矿体Fig.3　Regional metallogenic model of the Yunshan graphite deposit

3储量预测

3.1预测要素

通过对云山石墨矿的系统研究，总结出萝北云山石墨矿成矿要素预测表(表3)，其中主要预测要素包括赋矿地层和控矿构造。矿床表现出层控矿床的特征(赵然然等，2013)，原始沉积的富含有机质的岩层是后来石墨成矿的矿源层，因此兴东群大盘道组为云山区域变质型石墨矿预测的必要因素，无此类地层处即可认为不存在石墨矿体。

3.2资源量及估算参数

3.2.1估算采用地质参数体积法(肖克炎等，2010)

Z预=S预H预KαKS

(1)

式(1)中，Z预为预测资源量，S预为最小预测区面积，H预为最小预测区延深，K为模型区含矿系数，α为相似系数，KS为含矿地质体面积比。

延深(H预)的确定：云山石墨矿床剖面中(图5)，2条主要断层延长交汇，16、17号矿体在剖面上合并为一个矿体，将其沿产状延深至断层处，矿体的底界与断层交汇点的深度为545.0m，可认为剖面上矿体出露的底界即矿体的延深。

3.2.2储量估算通过云山石墨矿床已经查明的资源量以及深度可以得出查明资源量的计算参数(刘力男等，2014)，因为含矿地质体即为矿体，故含矿地质体的面积比为1，云山石墨矿作为云山式石墨矿的模型区，所以相似系数也为1。然后根据钻孔控制深度及断层交汇部位，计算出云山石墨矿床500m以浅的石墨资源量(表4)。

表3　萝北云山区域变质型石墨矿预测要素

图4　云山石墨矿床A-B剖面图1-大理岩；2-混合岩化花岗岩；3-石英片岩；4-斜长片岩；5-石墨矿体；6-大盘道组地层Fig.4　Geological profile A-B in the Yunshan graphite deposit

4结论

(1) 黑龙江省云山石墨矿是区域变质型的超大型矿床，位于佳木斯地块的北部四方山复式背斜东南翼，成矿时代为古元古代，赋矿地层为兴东群大盘道组。

(2) 通过对云山矿床的系统研究，建立了云山式矿床成矿模式图和预测要素表，并最终估算出萝北云山石墨矿床的石墨矿物总资源量达7 096万t(332+333+334)。

(3) 通过本次的预测工作，确定了萝北云山石墨矿仍然是亚洲第一大石墨矿，可为我国新兴矿产勘查和石墨产业的发展作出贡献。

表4　云山石墨矿资源储量表

致谢：

感谢朱裕生老师在论文撰写过程中的悉心指导；对黑龙江省第六地质勘察院所有参加预测的工作人员表示衷心的感谢！

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Resource potential prediction of the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province

LI Siyuan1, SUN Li2, MENG Fanlei3, ZHANG Jidan3, LI Yunguo3

(1.ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China； 2.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China; 3.SixthGeologicalExplorationInstituteofHeilongjiangProvince,Jiamusi154000,Heilongjiang,China)

Abstract：Graphite, one of the crystalline minerals of the element carbon, is a kind of strategic resources reputed as "black gold". It has unique metal and nonmetal double process characteristics, which determines the importance and irreplacebility of graphite products, and is China′s another dominant mineral followed by rare earth minerals. The graphite ore deposits in Heilongjiang Province are mainly regional metamorphic type, dominantly crystalline flake graphite ores. This work systematically analyzed the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province, summarized the metallogenic model, completed prediction factors map, and then determined the deposit prediction factors. The geologic parameter volume method was utilized to estimate the amount of total graphite mineral to be 70.96 million tons, ranked as a large graphite ore deposit.

Keywords：graphite; resource characteristics; geological parameter volume method; potential prediction; Yunshan graphite deposit; Heilongjiang Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.288

收稿日期：2015-12-09；修回日期：2016-02-02；编辑：陆李萍

基金项目：中国地质调查局地质矿产调查评价专项“全国重要矿种成矿区划部署研究”(12120114051501)

作者简介：李思远(1991—)，男，硕士研究生，地质工程专业，E-mail: lebronsy@sina.com

中图分类号：P612; P619.25+2

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0288-05