山东石墨资源潜力预测

倪振平， 马兆同， 刘福魁， 倪志霄

(1．山东省地质调查院, 山东济南250013； 2．山东省物化探勘查院，山东济南250013； 3．中国建筑材料地质勘查中心山东总队，山东济南250100)



山东石墨资源潜力预测

倪振平1， 马兆同2， 刘福魁1， 倪志霄3

(1．山东省地质调查院, 山东济南250013； 2．山东省物化探勘查院，山东济南250013； 3．中国建筑材料地质勘查中心山东总队，山东济南250100)

以“矿床成矿系列”理论为指导，利用 “矿床模型综合地质信息预测”方法分析提取石墨典型矿床预测要素，结合典型矿床及石墨成矿地质特征提取区域预测要素，建立了区域成矿模式及区域预测模型。在陆缘海相对稳定的沉积环境下沉积形成的古元古代荆山群陡崖组徐村段含碳碎屑岩-有机质黏土岩-镁质碳酸盐岩建造、古元古代晚期区内的高角闪岩-麻粒岩相的中—高级变质作用是区内晶质石墨矿床形成的必要条件。区域性褶皱构造的翼部、次级褶皱构造的核部及转折端附近，角闪石、透闪石、透辉石、石墨、黑云母矿物组合特征是石墨矿床成矿、赋矿的重要要素，陡崖组徐村段石墨黑云斜长片麻岩或石墨透辉变粒岩是石墨矿床的重要找矿标志。石墨赋矿层位的高极化率、低电阻率、低磁异常特征是石墨矿床存在的重要指示标志。按照赋矿变质建造分布范围，控矿构造展布方向及区内电性、重磁异常特征等综合因素圈定预测区平面及深部延伸边界。全区圈定预测区85个，其中A级14个，B级11个，C级60个，分区域、地段、深度、级别(类别)定量估算500 m以浅资源量，预测晶质石墨矿物量1亿多t。

石墨矿；矿床模型综合地质信息；预测要素；预测区；山东西北地区

0　引　言

山东省晶质石墨矿床仅分布于胶西北地区的南部，大地构造位置处于华北陆块胶辽陆块胶北隆起区内，前人经过勘查及研究认为古元古代荆山群陡崖组是晶质石墨矿床的主要赋存层位，荆山群陡崖组变质地层呈NEE向分布于胶西北地区南部的平度—莱西—栖霞—牟平一带，该带构成了石墨矿床密集分布区。尽管石墨很早就作为战略矿产资源受到各国的普遍关注，但由于受用途、用量及深度开发技术影响，石墨矿床的勘查开发自始至终未与其他大宗矿产及稀有、稀土等矿床享有同等的重视程度，因此，对于石墨矿床的研究工作较少。山东省石墨矿床的研究工作始于20世纪60年代，首先在区域地质调查过程中开展了基础研究工作，兰心俨(1981)、陶维屏(1988,1989)、张天祯等(1998)在非金属成矿系列、石墨矿床的赋存特征等方面开展过较为系统的研究工作。随着近几年石墨烯等新型材料的兴起，石墨受到了广泛关注和高度重视。颜玲亚等(2012)、李振来(2014)开展过石墨矿床地质特征方面的研究工作；苏旭亮(2013)对胶东西部地区石墨地质特征进行了研究并开展了资源潜力预测。受同期认识及区内勘查工作程度影响，区内石墨矿床研究及预测成果尚存不足：(1) 石墨矿床地质特征研究成果资料多数较陈旧；(2) 矿床地质研究内容较多，预测工作、尤其是对全区系统预测的研究工作开展得较少。

针对前人研究工作的特点，以陈毓川等(2007)提出的“矿床成矿系列”理论为指导，采用的“矿床模型综合地质信息预测”方法，主要围绕预测评价中的矿产预测要素信息提取、成矿模式、预测模型建立、预测区圈定与优选及资源量估算等方法展开预测研究，做到了全区定位、定深度、定量、定级别(类别)的预测。预测简要流程：预测方法类型及矿产预测类型确定—典型矿床与区域成矿要素研究—典型矿床与区域预测要素研究—建立典型矿床与区域成矿模式及预测模型—最小预测区的圈定与优选—资源量估算—资源潜力评价。

1　矿产预测方法类型及预测类型的确定

区内与石墨矿床形成、赋存密切相关的因素有古元古代荆山群变质地层，特别是古元古代荆山群陡崖组徐村段变质地层是晶质石墨矿床赋存的有利层位，晶质石墨形成的关键因素是区内的区域变质程度，因此，古元古代荆山群陡崖组较高级变质地层分布区是石墨矿资源潜力的有利部位。

早古元古代，胶北隆起区南部整体处于大陆边缘沉积环境，区内成矿地质背景基本相同，古元古代晚期，区内整体经历了高角闪岩相-麻粒岩相变质作用，因此石墨的成矿地质作用基本相同，其矿床式仅为“南墅式”沉积变质型石墨矿床的一个矿床式，矿产预测方法类型采用“变质”型。

2　典型石墨矿床成矿要素及预测要素

以平度市刘戈庄石墨矿床为例。区内属于同一成因类型的石墨矿床，成矿物质来源、控矿因素以及形成石墨矿床的大地构造环境具有相似性和一致性。但具体成矿作用及成矿环境会有微细差异，均可造成成矿作用的不均匀性，由此造成预测的复杂性。为提高预测的准确性，则尽可能多地开展典型矿床研究、建立典型矿床预测模型，为分区精确预测奠定基础。因此，选定勘查、研究工作程度较高的平度刘戈庄石墨矿床为主、其他石墨矿床为辅，从成矿地质环境和矿床特征两大部分进行成矿规律研究和成矿模式的建立，根据重力、航磁及电法信息的提取和解释，结合区域矿产地质特征、石墨矿成矿规律建立矿床预测模型。

2.1控矿构造特征

刘戈庄石墨矿床位于平度—莱西成矿带的中西部，矿床受NEE向刘戈庄—田庄不对称向斜控制，其向斜核部由古元古代荆山群陡崖组水桃林片岩段组成，两翼分别为陡崖组徐村石墨岩系段和野头组大理岩组成。向斜南翼较发育，倾角较缓(50°～80°)，北翼倾角较陡(70°～80°)；向斜北翼的东部还发育南坦坡次级背斜，背斜由陡崖组徐村石墨岩系组成。区内发育NNE、NW向2组断裂。矿区石墨矿体的分布除受向斜和次级背斜控制外还遭受NNE、NW向2组后期断裂的切割和破坏(图1)。

图1　平度市刘戈庄石墨矿区地质简图1-古元古代荆山群陡崖组水桃林段；2-古元古代荆山群陡崖组徐村段；3-古元古代荆山群野头组定国寺段；4-古元古代荆山群野头组祥山段；5-石墨矿体；6-向斜；7-背斜；8-断层Fig.1　Simplified geological map of the Liugezhuang graphite mine in Pingdu City of Shandong

2.2矿体特征

矿区赋存3个含矿带、11个含矿层，赋存29个石墨矿体。其中，第Ⅱ含矿带规模最大，含矿岩石类型为石墨黑云片麻岩，出露于刘戈庄向斜南翼。其中Ⅱ-1矿层，含矿连续、规模巨大、是主矿层，该主矿层与含矿带分布范围相当，出露于向斜南翼F9和F11两断裂之间，中间被F10、F16、F17切割成4段；矿体呈层状，出露长度2 454 m，厚度15～72 m，平均厚度43 m，已控制最大斜深420 m；矿层总体走向55°，倾向NW，与地层产状一致，倾角35°～55°。除Ⅱ-1矿层以外，其余矿层多为透镜状、扁豆状，沿走向长几十米至300 m，延深30～180 m，厚4～40 m，倾角30°～65°。

矿层围岩为徐村段斜长角闪岩，矿层顶、底板往往含石墨黑云斜长片麻岩或石墨透闪透辉岩，围岩与矿层呈渐变过渡关系。

2.3矿石特征

2.3.1矿石矿物成分、结构构造特征(1) 透闪透辉岩型石墨矿石。约占矿区石墨总储量的80%，是主要矿石类型。矿石为鳞片粒状变晶结构，少数为鳞片纤维状变晶结构。鳞片浸染状、片麻状构造。矿物成分：透辉石10%～50%，透闪石10%～50%，局部被后期碳酸盐交代；斜长石5%～30%，多为中长石，常被绢云母交代；黑云母5%～10%；石墨7%～12%。石墨矿物多为单体，分散分布，少数呈集合体分布；石墨多呈细小鳞片分布于透辉石、透闪石的边缘，少数在透辉石中呈包体分布。石墨矿物鳞片片径多在0.5 mm以下。

(2) 混合质片麻岩型石墨矿石。主要发育在主矿层底部，深部变薄或尖灭。此类矿石约占矿区石墨总储量的15%～17%。石墨晶体平直，少数弯曲。

(3) 黑云斜长片麻岩型矿石。石墨多与黑云母连生或间叠，石墨鳞片直径0.5～1 mm。此类矿石约占矿区石墨总储量的5%。

2.3.2矿石化学成分特征石墨矿石中固定碳质量分数一般为2.5%～6.5%，最高7.93%。矿区平均品位3.34%。主矿层具有东富西贫、浅富深贫的特征，轻微混合岩化品位增高，混合岩化强烈品位降低。原生石墨矿石中含硫一般为2%～5%，最高6.85%，主矿层平均硫质量分数2.83%。含硫矿物中磁黄铁矿约占60%，黄铁矿占40%，多半沿片理呈不规则脉状或团块状，局部可见磁黄铁矿沿石墨的解理裂隙充填交代。矿石中TiO2质量分数一般为0.50%～0.70%，个别样品达1%以上。矿石中亲硫元素(Cu、Mo、Pb、Zn)总量与固定碳质量分数呈正相关关系。

2.4矿区地球物理特征

2.4.1电性特征(1) 物性参数。矿床及围岩由各种变质程度较高的变质岩石组成，含矿岩石物性特征最主要的特点表现在电性方面，具有极化率增加、电阻率降低的特征(表1)。

表1　刘戈庄典型矿床电性、磁性、密度统计

(2) 极化率。陡崖组徐村段石墨矿的极化率最高，常见值为45.00%，常见变化范围为15.00%～55.00%,引起石墨矿区高极化率异常峰值区。各类含石墨岩系极化率普遍较高，极化率常见值4..00%～5.50%，极小值在1.80%～3.00%之间，极大值在15.00%～50.00%之间。石墨矿体的围岩极化率常见值为2.50%～3.00%，变化范围较大，为0.55%～11.00%。石墨矿体底板围岩常见极化率值为2.00%,变化范围较大，为0.75%～11.86%。

陡崖组水桃林段是石墨矿层的上层岩层，主要岩性为黑云变粒岩、长石石英岩，极化率较低，常见值2.77%～3.00%；野头组是石墨矿层的下层岩层，主要岩性为混合质石墨黑云斜长片麻岩、斜长角闪混合岩，蓝晶石榴黑云片岩、(矽线)石榴二云片岩、浅粒岩等岩石，极化率较低，常见值1.91%～2.80%。

(3) 电阻率。石墨矿的电阻率最低，一般变化范围59～95 Ω·m，平均值78 Ω·m。含石墨变质岩系由于含有层状石墨而电阻率相对较低。含石墨(黑云、斜长)片麻岩类电阻率较低，变化范围150～1 000 Ω·m，平均值405 Ω·m。含石墨变粒岩类，包括含黑云母、透闪石、透辉石质变粒岩，电阻率较低，变化范围93～2 000 Ω·m，平均值540～890 Ω·m。含石墨(透闪)透辉岩类电阻率也较低，变化范围281～2 606 Ω·m，平均值910 Ω·m。矿石围岩斜长角闪岩、透辉斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩等岩石电阻率中低等，变化范围905～950 Ω·m。蛇纹大理岩电阻率较高,变化范围1 179～31 010 Ω·m，平均值20 870 Ω·m。

石墨矿层上层岩层陡崖组水桃林段黑云变粒岩、长石石英岩电阻率较高，为1 457～2 515 Ω·m；石墨矿层下层岩层野头组斜长角闪混合岩，蓝晶石榴黑云片岩、(矽线)石榴二云片岩、浅粒岩等岩石等电阻率1 085～18 300 Ω·m。混合质石墨黑云斜长片麻岩由于含有石墨，电阻率为255 Ω·m。后期脉岩类电阻率中高，如闪长玢岩电阻率为1 365 Ω·m。

含石墨矿段的岩石极化率、电阻率的高低随含石墨量的变化而变化，含石墨高的岩石极化率高、电阻率低。石墨矿床围岩、上下岩层等极化率较低、电阻率较高，因此，利用电阻率电性参数物探方法是寻找石墨矿床的有利工具。

(4) 激电异常特征。典型矿床视极化率ηs等值线平面图表现为反“C”字半弧形高视极化率条带，该高极化率条带呈向西、向南弯曲的弧形条带，长约3.5 km，由曲线状串珠状、条带状，高极化率极ηs分别为16%、17%、18%、22%、24%、15%等局部极大值组成“C”。异常宽窄不一：北东部局部稍宽，为250～300 m；南西端稍窄约120 m。石墨矿体的分布与高极化率条带分布高度一致，反映了刘戈庄矿区晶质石墨矿及含石墨矿变质岩系的分布(图2)，高极化率异常多处有极化率异常错位,反映北西向后期断裂的分布。

典型矿床视电阻率ρs异常表现为不规则半环“地槽”形低阻异常带，该低阻带总长约3 km，宽窄不一，窄处宽度120～150 m，宽处可达300～350 m，低阻值420～440 Ω·m，与其视极化率高异常带相对应，同样反映了低阻高极化石墨矿及含石墨变质岩系的分布特征(图2)。

图2　视电阻率ρs(a)、视极化率ηs(b)与石墨矿体的关系Fig.2　Relationship of apparent resistivity (a) and polarizability (b) with graphite ore bodies

2.4.2地磁异常特征根据1∶1万和1∶2 000地磁测量编制的典型矿床地磁异常等值线图(图3)，地磁异常表现为“舌”形边缘条带状、串珠状磁力高，内部近EW向正、负局部磁异常条带，东西长1.8 km，南北0.6～1.2 km，与刘戈庄复式向式核部古元古荆山群陡崖组水桃林段变质岩系的分布相对应；向外，分布窄条带状正、负半环形磁异常带，长约4 km，宽300～400 m，与含石墨矿的陡崖组徐村段变质岩系相对应。

该岩段条带状正、负磁异常首尾相接、断续分布，不仅反映向斜构造中含石墨矿变质岩层的半环形分布合褶曲，而且该变质岩层中引起正、负磁异常带的交替变化。外围呈宽条带状正、负磁异常，与荆山群野关组变质岩层相对应。矿区西部分布有宽200～300 m近SN向降低磁异常带，与复式向斜构造轴向正交，反映后期石碎性断裂的分布。总之，矿区的多条带半环形正、负磁异常群落反映了以古元古界荆山群含石墨变质岩系及围岩变质岩层复式向斜构造分布与岩性变化。

2.4.3重力异常特征借用区域重力资料，典型矿床表现为西低东高的NNW向重力梯级带，梯度值1.3×10-5m/s2，反映了刘戈庄次级凸起的西南边部，而且还反映刘戈庄复式向斜荆山群变质岩层向NSS方向倾伏。东侧重力高，为刘戈庄复式向斜与南坦坡复式背斜的转折端，说明凸起程度相对较高；西侧重力低，反映向斜的倾伏端(图3)。

图3　地磁异常(ΔT)、剩余重力异常与石墨矿体关系Fig.3　Relationship of geomagnetic (ΔT) (a) and residual gravity anomalies (b) with graphite ore bodies

典型矿床提取的必要、重要、次要预测要素特征见表2。

根据典型矿床预测要素分析，建立刘戈庄“南墅”式沉积变质型典型矿床预测模型(图4)。

3　区域成矿要素研究

3.1大地构造环境

矿床集中分布于胶西北地区南部平度—莱西—莱阳—牟平地区，大地构造位置为华北陆块、胶辽陆块(山东部分)中南部。矿床分布受古元古代荆山群陡崖组徐村段石墨变粒岩建造组合的控制(图5)。

古元古代时期，该区由太古宙的岩浆侵入作用及隆起剥蚀转变为海相沉积。最突出的特点是古弧盆系特征发育，出现了线型盆地，形成了大面积的海相沉积。古元古代早期，由于地幔上隆作用，在地表形成近东西向的沉积盆地，伴随着中酸性火山活动和海相碎屑沉积，还发育大量与火山活动有关的铁英岩建造(硅铁建造)。

古元古代沉积地层总体呈NEE向带状展布。荆山群主要分布于莱阳荆山、旌旗山、莱西南墅、平度祝沟、明村及昌邑岞山和安丘赵戈庄等南部地区。同样含有石墨的同时异相沉积粉子山群主要分布于莱州粉子山、平度灰埠、蓬莱金果山、福山张格庄等北部地区，粉子山群沉积于弧后盆地，荆山群沉积于弧前盆地(宋明春等，2001)，两者直接覆盖于太古宙岩系之上，沿接触面两者多发育顺层的韧性剪切带。

表2　刘戈庄典型矿床预测要素特征

图4　刘戈庄典型矿床预测模型1-第四系洪坡积物；2-陡崖组水桃林片岩段；3-陡崖组徐村石墨岩系段；4-野头组定国寺段；5-野头组祥山段；6-地质界线；7-钻孔位置及编号；8-视极化率曲线；9-视电阻率曲线；10-地磁曲线；11-剩余重力曲线；12-石墨矿体及编号Fig.4　Prediction model of the typical graphite ore deposits in Liugezhuang area

图5　区域含矿层位与重磁异常关系1-第四系；2-新近纪牛山群玄武岩；3-晚白垩世王氏群砂岩、粉砂岩；4-早白垩世大盛群砂岩、粉砂岩夹火山碎屑岩；5-早白垩世青山群火山岩；6-早白垩世莱阳群砂岩、粉砂岩；7-中—晚奥陶世马家沟群碳酸盐岩；8-震旦纪蓬莱群轻微变质砂岩、碳酸盐岩；9-古元古代粉子山群斜长角闪岩、蛇纹石化大理岩，含石墨片岩；10-古元古代荆山群角闪变粒岩、石墨片岩、透辉大理岩；11-早白垩世伟德山二长花岗岩；12-早白垩世郭家岭花岗闪长岩；13-晚侏罗世玲珑二长花岗岩；14-新太古代栖霞英云闪长岩、奥长花岗片麻岩；15-地质界线；16-断层、推测断层；17-航磁等值线；18-A类最小预测区；19-B类最小预测区；20-C类最小预测区；21-石墨矿床Fig.5　Relationship of ore-bearing strata with gravity and magnetic anomalies

荆山群的原岩建造主要为一套正常浅海相的泥质岩、碎屑岩、碳酸盐岩及钙镁硅酸盐岩。3个组大致代表3个不同的沉积旋回。其中，从禄格庄组岩性组合看，基本没有火山喷发事件，反映了一种稳定的正常浅海相沉积环境。野头组的原岩除正常沉积的碎屑岩、钙镁硅酸盐岩和碳酸盐岩外，尚有大量的表征基性火山喷发的斜长角闪岩类，尤其是在祥山段，其横向和纵向上的岩相频繁快速相变反映了当时处于一种地壳不稳定的水下沉积环境。陡崖组的岩性组合及其稳定延伸昭示着该组沉积时地壳处于一种稳定状态，其中石墨的出现表征着该地区第一次大规模出现有机质成分。其原岩主要为一套含炭质的碎屑岩及黏土岩，反映了一种浅海相的沉积环境。

从粉子山群分布于各地的岩石组合可以看出，其原岩可以分为3个部分：下部是碎屑沉积岩，中部是碳酸盐岩夹钙镁硅酸盐岩，上部是含石墨的泥质岩。其中在莱州地区下部的碎屑岩中发育较多的基性火山岩夹层，且碎屑岩的成熟度也比较低，主要为长石砂岩类。而在福山、蓬莱地区的粉子山群下部则主要为成熟度比较高的长石石英砂岩、石英砂岩，底部为泥质岩，表明从整体看，粉子山群是形成于滨海相至浅海相的大陆边缘构造环景，但各地具体的沉积环境则具有明显的差别，一种是稳定的陆缘环境，一种是活动的陆缘环境。

3.2控矿地质体特征

与石墨矿成矿密切相关的地质体为陡崖组徐村段石墨变粒岩-透辉大理岩组合，严格受地层层位控制，岩性由大理岩、片麻岩、变粒岩、透辉岩、透闪岩和斜长角闪岩等组成。根据对鲁东地区石墨矿床的矿石资料统计，含晶质石墨的变质岩石主要为变粒岩(约占矿石总量的70%～80%)，其次为透闪透辉岩(约占矿石总量的10%～20%)，少数为大理岩。这些变质岩与石墨矿体之间往往为渐变过渡关系，其原岩为浅海陆源含炭质成熟较低的碎屑岩-黏土岩(泥灰质岩)-碳酸盐岩的沉积建造。据兰心俨(1981)对莱西南墅石墨矿碳稳定同位素的研究，南墅石墨中碳的轻、重同位素比例与矿体围岩大理岩中碳酸盐矿物碳的轻、重同位素比例完全不同，两者非属同源，这就否定了石墨碳来自碳酸盐的可能。与国内外资料对比, 南墅石墨的碳相当于有机质碳，围岩大理岩中碳酸盐矿物的碳则相当于沉积碳酸盐的成分。南墅石墨矿矿石中的碳来自于有机质，当原岩中含有足够数量的有机质时，石墨矿的成矿才成为可能。主要石墨矿床都集中于胶北古陆南缘莱西、平度等地的徐村段含石墨变质岩系中，乳山午极、威海马格村等地同一层位原岩中没有足够的有机质，未能形成石墨矿床。

此外，胶东地区石墨矿体的产出与大理岩密切相关，大理岩多作为矿体的顶、底板或夹层出现，如莱西南墅各矿区，牟平徐村、威海大西庄、平度境内的石墨矿床等，说明含炭质的沉积岩环境接近碳酸盐岩的沉积环境，或是统一环境下沉积的产物。

3.3变质作用对石墨成矿的控制

3.3.1 区域变质作用对石墨矿成矿的控制作用从变质作用及元古宙非金属含矿变质沉积建造分布特点看，胶辽陆块石墨、滑石、菱镁矿等主要非金属矿床的展布具有明显的规律性：(1) 一些大、中型石墨矿床几乎全部赋存于麻粒岩相条件下形成的含矿变质沉积建造中，主要分布于平度明村、莱西南墅、莱阳旌旗山和栖霞大庄头等地，含矿层归属于古元古代荆山群；(2) 滑石、菱镁矿、蓝晶石、透辉岩、石英岩、大理岩等非金属矿床，主要产在麻粒岩相带两侧呈大体对称展布的角闪岩相条件下形成的含矿变质沉积建造中，主要分布于莱州粉子山群、蓬莱金果山、福山张格庄、莱阳荆山、五莲坤山等地，含矿层主要归属于粉子山群。由此可见，不同的非金属矿床明显受控于不同的原岩建造类型、不同的变质相及不同的大地构造环境。

中—高级区域变质作用是区内石墨矿床成矿的必要条件。含有相当数量的有机物质的泥砂质沉积岩，只有在变质作用过程中，岩石内的有机物遭受一系列的分解反应，才能导致晶质石墨的产生(都城秋穗，1979)。变质作用下有机碳转变为石墨的过程，实际上是碳的构造有序化。在沸石相中，有机碳仍然是非晶质或仅仅显示一种发育不完全的石墨化构造，当到了角闪岩相时，才完成有序化的石墨构造，生成结晶完好的石墨，可见石墨矿床的形成必须有炭质集中和适宜的热力学条件。几乎所有的工业矿床都出自变质作用或内生作用，但以前者的工业价值最大(谭冠民等，1994)。古元古代荆山群地层经历了3期5个阶段的变质作用，峰值温压条件T=700～750 ℃，P=0.5～0.6 GPa，达到了角闪麻粒岩相(董永胜等，1998)。对南墅石墨矿田的变质相进行多组矿物温、压估测认为，主期变质温度为760～875 ℃，压力在0.5 GPa左右，地热梯度为41～46 ℃/km，属低压相系麻粒岩相(孔庆友等，2006)，从而使得原岩中的炭质在更有利的环境中结晶成晶片大的晶质石墨矿床。

在同一地层单位的非麻粒岩相发育区，如牟平徐家、海阳郭城、莱阳荆山群等地的角闪岩相变质级发育区，其含矿性相差很大。变质程度越高，变质岩石中石墨晶片越大，含矿性越好，反映了变质作用与石墨矿形成的密切相关性。而发育在胶北隆起区北部福山巨屯和东厅、蓬莱疃顶、莱州粉子山等地，与荆山群同时异相沉积的粉子山群巨屯组为一套含石墨变质岩系，为石墨(黑云)片岩、黑云片岩、石墨大理岩为主夹(石墨)黑云变粒岩、石墨透闪岩的岩石组合，原岩为炭质黏土岩、粉砂岩及碳酸盐岩，经历了低角闪岩相变质作用。尽管这套含石墨变质岩系中固定碳质量分数达5%～8%(高者达10%)，普遍高于荆山群陡崖组徐村段高角闪岩-麻粒岩相含石墨变质岩系中的固定碳质量分数(一般3%～5%)，但因变质程度低，其石墨结晶程度差，石墨晶片细小，片径仅0.03～0.1 mm，不能形成工业矿床。粉子山群巨屯组具有良好的成矿物质基础，但缺乏合适的区域成矿条件，变质程度仅有低角闪岩相，远不能满足优质鳞片石墨矿结晶的温度条件(王沛成等，1996)。3.3.2混合岩化作用对石墨矿成矿的控制作用山东较大的晶质石墨矿区中，变质岩石中混合岩化作用较普遍，有些地段混合岩化作用较强(如莱西南墅石墨矿区岳石矿段)。混合岩化作用对区域变质作用阶段形成的晶质石墨矿石进行了一定的改造，主要表现为： (1) 混合岩化的重结晶作用，使含片麻理矿石中石墨鳞片片径加大(粗大)，利于选矿(南墅院后矿段)；(2) 混合岩化的重熔作用，使部分炭质迁移，形成石墨脉(脉内石墨鳞片片径较大，固定碳含量较高)；重熔作用产生的长英质脉体注入石墨片麻岩之片麻理中，引起近脉壁两旁石墨鳞片粗化。

因此，山东石墨矿床的形成，是古元古代炭硅质泥岩系(孔兹岩系)，经角闪岩相-角闪麻粒岩相的中高级变质作用，使原岩中的炭质成为鳞片粒径较大的晶质石墨之后，再经历了混合岩化作用，使得区域变质阶段形成的石墨鳞片加大和矿石富化。

3.4区域成矿模式

石墨矿床主要赋存于荆山群陡崖组徐村段石墨黑云斜长片麻岩或石墨透辉变粒岩内，其成矿环境属于相对稳定的滨海—浅海环境，加之温暖湿润的气候条件，在该环境下原始生物大量繁衍，为原岩碳沉积提供了来源；海底基性火山喷发携带的CO2亦产生部分炭质。在半稳定构造条件下，形成了含高碳、高铝为特征的陆源碎屑-富镁碳酸盐岩陆棚滨浅海沉积建造。经中高温区域变质后，形成变粒岩、石墨片麻岩、石墨透辉岩以及石墨大理岩，含矿建造为变粒岩-含矽线黑云母片麻岩-镁质大理岩变质建造，变质程度达到了高角闪岩相-角闪麻粒岩相。变质程度的高低对于晶质石墨矿床的形成起到了决定性作用。

与荆山群沉积北部相邻区域—粉子山群沉积区，沉积的巨屯组层位内碳含量与荆山群陡崖组徐村段不相上下，但后期的区域变质仅达到了低角闪岩相，相应地仅形成了隐晶质石墨而无法形成石墨矿床(图6)。

图6　石墨(菱镁矿、滑石)矿床区域成矿模式1-含碳砂岩；2-长石石英砂岩；3-泥岩；4-灰岩；5-白云岩；6-太古宙表壳岩；7-含隐晶质石墨黑云片岩；8-含晶质石墨黑云变粒岩；9-白云大理岩；10-磁铁石英岩；11-基性火山岩；12-花岗岩；13-致矿流体运移方向；14-赤铁矿层；15-磁铁矿体；16-滑石矿体；17-菱镁矿矿体；18-石墨矿体Fig.6　Regional metallogenic pattern of graphite (magnesite and talc) deposits

3.5石墨矿成矿时代

刘戈庄石墨矿沉积建造的形成时代为古元古代(2 381～2 478 Ma)，沉积建造变质年龄(Rb-Sr等时线法)为1 800～2 050 Ma。变质年龄为石墨矿床的形成时代，石墨矿床形成时代为古元古代晚期(张增奇等，1996)。

4　区域预测要素与模型建立

4.1区域航磁异常特征

区域上，1∶50万磁异常整体呈现NE向正、负相间的串珠状磁异常条带，荆山群变质建造整体呈现弱磁异常特征，其内的含石墨矿床部位多处于弱正磁异常或正、负磁异常相间的部位。

(1) 昌邑预测工作区荆山群变质岩系磁异常带(-50～-150 nT)反映了变粒岩、片麻岩等弱磁性组分的分布特征。

(2) 平度马戈庄预测工作区表现为块状、NE向条带状磁异常，分布低值磁异常背景区(-50～100 nT),反映含石墨变质岩系的弱磁性，而块状、条带状磁异常(250～350 nT)反映中生代岩浆岩及及荆山群角闪质变质岩组分的分布。

(3) 莱西南墅预测工作区分布在低磁背景区(-50～-250 nT)，反映了荆山群变质岩系中弱磁性变粒岩、片麻岩，无磁性大理岩等等变质岩组分的分布。石墨矿床周边星点状、短条带状磁异常(50～100 nT)反映了角闪质变质岩组分的分布。

(4) 莱阳吕戈庄预测工作区位于胶莱盆地的东北部，石墨矿床分布在近EW向负磁异常(0～-50 nT)的端部，反映了弱磁性的荆山群变质岩系的分布，而EW向、NEE向高磁异常(300～350 nT)反映胶莱拗陷基底较强磁性变基性岩体的分布。

(5) 海阳郭城预测工作区，2个石墨矿床分布于NE向、NW向条带状磁异常的端部和鞍部的负磁场(-50 nT)区，同样为弱磁性的荆山群变质岩系的反映，NE向、NW向条带状磁异常(100 nT)为荆山群中斜长角闪岩的反映。

以上分析表明，赋存于古元古代荆山群石墨成矿带，其石墨矿床分布位置被不同规模磁异常的边部、鞍部、端部附近的降低背景磁异常所表征，反映含石墨变质岩系的弱磁性特征(图5)。

4.2区域重力异常特征

山东胶东石墨矿产呈NE向分布于平度马戈庄、莱西南墅、海阳吕格庄—郭城、牟平高陵一线，被NE向的重力高值带所表征，反映以高密度的古元古界荆岩群含石墨变质岩系的分布。

平度马戈庄预测工作区区表现为NNE向重力高值带中NW向(20～30)×10-5m/s2局部重力高，反映了区内1个局部凸起——张舍凸起。该凸起主要分布着荆山群含石墨变质岩系，目前已探明的13个石墨矿床都分布在重力高值区，并且重力越高的区域，矿床分布越密集。说明重力高值区的含石墨荆山群变质岩系厚度大、褶皱紧密，该异常区是寻找石墨矿床的有利区域。与马戈庄预测工作区重力特类似征的矿区还有莱阳吕戈庄预测工作区。昌邑预测工作区为局部重力高，反映了含石墨变质岩系的分布特征。莱西南墅石墨预测工作区分布10个石墨矿床，有7个石墨矿床分布在NNE向西低东高的重力梯级带上，3个石墨矿床分布梯级带附近重力高值一侧。西侧重力低(-24×10-5m/s2)，为中生代印支期玲珑单元郭家岭岩体的反映；东侧重力高(36×10-5m/s2)，是莱西大望山凸起的反映，大望山凸起主要分布荆山群变质岩系。该重力梯级带3×10-5m/(s2·km)反映了二长质花岗岩与荆山群含石墨变质岩系的接触部位，说明中生代岩浆岩侵位时的热作用，有助于莱西晶质石墨矿的形成。

与南墅石墨矿区重力特征类似的矿区还有牟平高陵预测工作区，徐村段石墨矿床被重力梯级带的转折部位表征，反映院格庄岩体与莱山凸起荆山群含石变质岩系的接触部位，同样院格庄岩体侵位时的热作用，有助于徐村段晶质石墨的增大和聚集。

由以上分析认为:区内赋存石墨矿床部位无论分布在重力高、重力低背景区还是高低间的过渡区，都表现为局部重力高的特征，重力高异常反映了荆山群含石黑变质岩系的分布特征。

4.3区域预测要素

根据区域成矿地质背景、石墨成矿地质作用、成矿地质特征以及区域航磁、重力异常确定区域预测要素特征(表3)。

4.4区域预测模型

根据区域预测要素分析，建立石墨矿区域预测模型(图7)，预测模型剖面位于马戈庄预测区的西南部，长23.6 km。区域预测模型图内表现为波动的磁异常曲线,反映荆山群含石墨变质岩系紧密褶皱构造的分布特征，而赋存石墨矿床的变质建造处于低磁异常区。模型剖面剩余重力曲线由西南低逐渐向东北方向抬高，反映了含石墨变质岩紧密褶皱层由西南到东北方向高密度变质岩层垂向重叠厚度增加，使得含石墨矿变质岩系的叠置厚度加大，有利于石墨矿层的保存。因此，区内重力异常高、磁力异常低的地段是寻找石墨矿床的有利区段。

表3　“南墅”式沉积变质型石墨矿区域预测要素特征

图7　“南墅”式石墨矿床区域预测模型1-第四系；2-古元古代粉子山群张格庄组三段；3-古元古代粉子山群祝家夼组；4-古元古代粉子山群未分；5-古元古代荆山群陡崖组水桃林段；6-古元古代荆山群陡崖组徐村段；7-古元古代荆山群野头组定国寺段；8-古元古代荆山群野头组祥山段；9-断层、推测断层；10-地质界线；11-航磁曲线；12-剩余重力曲线；13-石墨矿体；14-大理岩；15-石墨黑云变粒岩；16-破碎带Fig.7　Regional prediction model of the ″Nanshu″ type graphite ore deposits

5　预测区圈定、优选及资源量估算

5.1预测区圈定及优选

按照区域预测要素特征及预测模型进行最小预测区的圈定工作，即提取相关图层信息，使用不同的重要条件要素组合，通过模型区找矿标志总结及对比，经验选择相关的预测要素，圈定最小预测区。最小预测区圈定过程中，多种预测要素联合使用时，遵循以地质要素为基础，最有效方法提供的信息为先导，结合重磁、矿区内的电性特征综合圈定最小预测区。

5.1.1定位条件已知矿床、矿点、矿化点的集中分布区，与成矿有关的陡崖组徐村段地质体分布特征，背斜、向斜构造核部及两翼部位，有利的地球物理场特征，上述任何因素的出现均可认为是石墨矿床存在的地质条件和信息显示，即成矿有利地区。

5.1.2边界条件石墨矿床严格受控于荆山群陡崖组徐村段含石榴石墨斜长片麻岩、石墨透辉变粒岩等。含矿层位地表分布特征是重要的边界条件，深部含矿层位的分布特征需要重力、有利磁场及电性特征和褶皱、断裂构造等具体情况判定。考虑到石墨矿床现有的矿床开采技术条件、石墨矿资源需要程度等因素，确定预测最大深度为地表500 m以浅。

5.1.3预测资源量分级、分类(1) 预测资源量分级。

依据预测区区域地质背景、成矿地质条件、矿床埋深情况、资源潜力及自然经济状况等，最小预测区分为A、B、C 3级。

A级：最小预测区范围内存在已知矿床或已知矿床深部及外围已有矿床，同时具有中型及中型远景以上规模预测资源量，成矿有利度高的最小预测区。

B级：具备直接找矿标志和间接找矿标志，具有中型及中型远景以上规模预测资源量，成矿有利度较好的最小预测区。

C级：根据成矿条件，有可能发现资源，或现有矿区外围和深部有预测依据，据目前资料认为资源潜力较小的预测区。

(2) 预测资源量分类。

334-1：已知典型矿床深部及外围预测资源量(必须是已提交334以上类别的资源量，且资料精度大于1∶5万比例尺)，估算深度主要参考已有勘查工程控制的矿体深度，一般推测的估算深度大约为已知工程控制矿体深度的1∶1。

334-2：一般情况下为334-1类别(深度)以下部分，或同时具备直接(包括含矿矿点、矿化点、重要找矿线索)和间接找矿标志的最小预测区单元内的预测资源量。资料精度大于或等于1∶5万比例尺。

5.2资源量估算

资源量估算采用体积法，首先对典型矿床深部及外围分类别进行资源量估算，然后扩大到典型矿床所在的预测区，建立典型矿床所在预测区为资源量估算典型模型区。利用典型模型区成矿条件、含矿信息与相临预测区进行比较，求其相似性，确定相似系数，估算其资源量。

为提高预测准确性，典型模型区仅适用于成矿条件极为相似的预测区之间的比较，如刘戈庄典型矿床模型区适用于典型矿床周围的平度马戈庄、昌邑的预测工作区圈定的预测区，东部的莱西、莱阳、海阳、牟平预测工作区圈定的预测区使用其较近的南墅石墨典型矿床作为典型模型区进行资源量估算。典型模型区与预测区相似性比较采用经验值。 根据上述定位、定边、分级、分类条件，对区内成矿有利地段逐一对比圈定。对圈定的预测区按目前发现的矿床、重磁(电性)异常信息特征、控制程度、深度，逐一估算石墨资源量，评价其资源潜力。

全区共圈定预测区85个，其中：A级14个，B级11个，C级60个；按类别预测资源量统计：(334-1)类别17个，(334-2)类别8个，(334-3)类别60个。500 m以浅预测晶质石墨矿物量1亿多t，估算的石墨资源主要集中于平度马戈庄、莱西南墅预测工作区内(表4)。

表4　山东省晶质石墨矿预测资源结果

6　结　论

(1) 利用“矿床模型综合地质信息预测”方法，对典型矿床及区域成矿要素进行了系统而详细的分析，提取了与石墨成矿相关的区域预测要素特征，建立了区域成矿模式及区域预测模型。其中，古元古代早期(2 381～2 478 Ma)沉积的荆山群陡崖组徐村段含碳碎屑岩-有机质黏土岩-镁质碳酸盐岩原岩建造、古元古代晚期(1 800～2 050 Ma)发生的高角闪岩-麻粒岩相的中—高级变质作用是区内晶质石墨矿床形成的必要条件。区域性褶皱构造的翼部、次级褶皱构造的核部及转折端附近和赋矿建造是石墨矿床赋矿的重要要素。陡崖组徐村段石墨黑云斜长片麻岩或石墨透辉变粒岩是石墨矿床的重要找矿标志。石墨赋矿层位的高极化率、低电阻率，低磁异常特征是石墨矿床存在的重要指示标志。

(2) 对山东主要的晶质石墨含矿层位500 m以浅石墨资源进行了定量、定位、定深度、定级别(类别)的预测，共圈定预测区85个，预测石墨矿物资源量1亿多t。

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Resource potential prediction of graphite deposits in Shandong Province

NI Zhenping1, MA Zhaotong2, LIU Fukui1, NI Zhixiao3

(1. Institute of Geological Survey, Shandong Province, Ji′nan 250013, Shandong, China; 2. Shandong Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Ji′nan 250013, Shandong, China; 3. Shandong Brigade of Geological Surveying Center, China National Materials Industry, Ji′nan 250100, Shandong, China)

This work used the ″metallogenic series of ore deposits″ theory to extract the prediction factors of typical graphite deposits in Shandong Province with the method of ″deposit model based on comprehensive geological information″. With typical ore deposits and the geological characteristics of graphite deposits, we extracted the regional prediction factors and established regional metallogenic pattern and model. Those carbonaceous clastic rocks-organic clay rocks-magnesian carbonate formations of the Xucun Member, Douya Formation in the Paleoproterozoic Jingshan Group deposited in relatively stable epicontinental sea environment, and the middle-high metamorphism of the late Paleoproterozoic high amphibolites facies-granulite facies are necessary for the formation of the crystalline graphite deposits in this region. Near the wing of regional fold structures, the core and turning points of secondary folds, and the mineral assemblage of amphibole, tremolite, diopside, graphite and biotite are important factors for the mineralization and ore hosting of these graphite deposits. The graphite biotite plagiogneiss or graphite diopside granulitite in the Xucun Member of Douya Formation is an important prospecting indicator of the graphite ore deposits. The high polarizability, low resistivity and low magnetic anomalies are important indicators for the existence of graphite deposits. We delineated the planar distribution and deep-extending boundary based on the distribution of ore-hosting metamorphic formation, the extending range of ore-controlling structures and electrical, gravity and magnetic anomalies. A total of 85 prediction areas, including 14 A-class, 11 B-class, 60 C-class areas, were determined. We quantitatively estimated the resource amount shallower than 500 m based on region, section, depth and grade (category), which amounts to more than 100 million tons in total.

graphite ore deposit; deposit model based on comprehensive geological information; prediction factors; prediction areas; northwestern Shandong Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.410

2016-07-28；

2016-08-17；编辑：蒋艳

国家地质勘查专项“全国矿产资源潜力动态评价——新兴矿种资源评价示范”(121201103000150003)，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)

倪振平(1960—)，男，研究员，主要从事矿产资源勘查与研究工作，E-mail： nzpmnt@163.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0410-14