甘肃肃北白石头沟矿区地质特征及找矿标志浅析

王党琦，辛 龙，宋小宏，何艳芝，谢喜红，罗天凤

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

石墨具有化学性质稳定、可塑、耐高温、导电、润滑等特性，广泛应用于冶金、机械、化学、电器、军工等领域，是重要的战略资源。区域上已发现敖包山、大敖包沟、白台沟东、红柳峡北、独山子南、大案盆沟、梧桐井等石墨矿产地多处，与白石头沟石墨矿成矿地质条件、成矿机理相同，并与小敖包沟西铅锌（铁、石墨）矿、掉石沟铅锌（石墨）矿、土达坂铅矿属同一成矿带，找矿前景极好，有望建成西部大型的石墨勘查开发基地[1]。

1 区域地质特征

勘查区位于祁连造山带与敦煌地块的交接部位，阿尔金大断裂近东西向在其南侧穿过，构造发育，侵入岩呈带状沿断裂展布[2]。区域上地层以阿尔金大断裂为界，北属塔里木地层区塔南地层分区，南属祁连-北秦岭地层分区北祁连地层小区，区内出露主要地层有太古宙-古元古代敦煌岩群（ArPtD）、新近纪苦泉组（Nk）（图1），其中敦煌岩群（ArPtD）属塔南地层分区，为一套碎屑岩夹碳酸盐岩建造组合，属结晶基底岩系，分布于阿尔金大断裂以北的红柳沟-白石头沟一带，区域上仅出露A、B两个岩组，呈近东西向带状展布,层内褶皱、断裂构造发育，岩性组合为片麻岩、片岩、斜长角闪岩、大理岩、石英岩等，其中B岩组是红柳峡—白石头沟一带石墨矿的主要赋矿层位。

区域构造明显受阿尔金大断裂控制，主要有褶皱、断裂、片理、片麻理等，其中东西向和北西西向褶皱、断裂最为发育。敦煌岩群总体上构成红柳峡复式向斜，轴向近东西向，南翼倾角60°～70°，北翼倾角50°～60°，两翼均有不同规模的次级褶皱，区域上规模较大的次级褶皱有金场沟向斜、梧桐沟背斜、梧桐沟向斜、土达坂向斜，部分石墨矿体空间展布、形态受褶皱构造控制；断裂构造有近东西向、北西西向、北东东向3组，北东东向断裂主要是阿尔金大断裂的一部分，为地壳深部的岩浆气液及岩浆侵入提供了良好通道；北西西向断裂是阿尔金断裂带的次级构造，是区内铅锌、铁矿的主要控矿构造。

区域上岩浆活动较强，侵入岩主要分布在区域北侧，整体呈近东西向展布，与区域地层、构造的展布方向基本一致，主要侵入体有石包城北英云闪长岩体、金场沟二长花岗岩体；脉岩不太发育，主要有辉绿玢岩脉、闪长玢岩脉、伟晶岩脉。

2 矿区地质特征

勘查区地处阿尔金大断裂北侧一隅、梧桐沟背斜北翼，敦煌基底杂岩隆起带，出露地层简单，褶皱较为发育，侵入岩不甚发育，仅有零星脉岩侵入。

2.1 地层

区内出露地层主要为太古宙—古元古代敦煌岩群B岩组和第四纪全新统（图2）。其中敦煌岩群B岩组（ArPtD2）几乎分布于整个勘查区内，总体呈北东东向带状展布，与区域构造线方向基本一致，是石墨矿主要赋矿层位，总体南倾，倾角50°～75°；层间次级褶皱发育，致使地层局部倾向南西、北西，地层在转折端具明显“加厚”现象。岩石普遍遭受中—深程度的变质作用，其岩石组合为大理岩、含石墨大理岩、黑云石英片岩、含石墨黑云石英片岩、黑云斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、含石榴斜长角闪岩，矿体主要赋存于含石墨大理岩和含石墨黑云石英片岩中。

图1 白石头沟一带区域地质矿产简图

图2 白石头沟石墨矿区地质简图

2.2 构造

勘查区位于梧桐沟背斜北翼，受阿尔金大断裂影响和多期次的构造变形，层间褶皱、挠曲、片理及片麻理较为常见。褶皱构造以倒转同斜背斜和倒转同斜向斜为主，轴向北西—南东向，大理岩型石墨矿体空间展布、形态受褶皱构造控制，使部分矿体、地层呈“S”型（图2），并具拉伸变薄、转折端增厚特征；断裂构造不发育、规模小，对矿体影响较小。

2.3 侵入岩

勘查区内侵入岩不发育，仅有少量斜长伟晶岩脉、石英脉分布，规模较小，脉体走向一般为70°～100°，脉宽0.5m～20m，长20m～200m不等，部分脉体截穿矿体，对矿体有一定破坏作用。

2.4 变质作用

勘查区变质岩分布广泛，主要为敦煌岩群片岩、片麻岩、大理岩和斜长角闪岩。通过红柳峡石榴石斜长角闪岩的变质特征、锆石U-Pb年龄研究[3]，石榴子石斜长角闪岩的原岩为岛弧拉斑玄武岩，温度达550°～780℃,压力0.3GPa～0.9GPa,典型矿物组合为石榴石-角闪石-透辉石-斜长石，表明敦煌岩群变质程度达角闪岩相，以区域动力热流变质作用为主，变质程度高。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

通过地质勘查工作，勘查区内共圈出石墨矿体33条，其中石英片岩型矿体18条，大理岩型矿体15条，相较而言，大理岩型石墨矿石品质高而鳞片小，矿体形态复杂；石英片岩型矿石品位低鳞片大，形态简单[4]。

大理岩型石墨矿体主要赋存于敦煌岩群B岩组含石墨大理岩中，矿体长100m～780m不等，单工程平均厚度为1.45m～28.74m，矿体平均厚度2.26m～28.74m，单工程（固定碳）平均品位为3.21%～15.15%，矿体（固定碳）平均品位达3.21%～10.83%，品位变化系数为41.77%～46.17%，较为稳定。受褶皱影响变形强烈（图2），局部呈“S”形，矿体产状与围岩产状一致，向深部产状有变缓趋势（图3），并具有“上厚下薄、上富下贫”的特征。矿体总体倾向南西，倾角56°～78°，顶板为含石墨大理岩，底板为斜长角闪岩、黑云石英片岩，夹石较少，围岩蚀变主要有高岭土化、褐铁矿化等[5]。

石英片岩型石墨矿体主要赋存于敦煌岩群B岩组含石墨石英片岩中，矿体呈层状、似层状，北东—南西向展布，总体倾向南东，倾角61°～76°，矿体长50m～730m不等，单工程平均厚度为2.57m～24.04m，矿体平均厚度2.07m～22.43m，厚度变化较大，厚度变化系数为16.48%～130.46%，总体上“西厚东薄”；单工程（固定碳）平均品位为3.25%～5.84%，矿体（固定碳）平均品位达3.19%～5.84%，品位变化系数为22.13%～35.64%，矿石品位稳定；顶底板围岩均为含石墨石英片岩，无明显界线，围岩蚀变主要为高岭土化、黄钾铁矾化[6]。

图3 白石头沟石墨矿10勘探线剖面简图

3.2 矿石质量

矿石自然类型有大理岩型、石英片岩型两类。石英片岩型石墨矿具鳞片粒状变晶结构、片状构造，矿石矿物主要为石墨，含量约3%～8%，呈细小鳞片状，片径约0.08×0.1～0.3×1.1mm±，大于0.147mm±（100目）的石墨占总含量的55%以上，几乎无小于1μm的石墨，工业类型属晶质石墨矿石，脉石矿物主要以石英、长石、云母为主，含少量泥质、碳酸盐集合体及赤褐铁矿；大理岩型石墨矿石具粒状变晶结构、块状构造，矿石矿物主要为石墨，含量约3%～25.31%，平均含量10.90%，片径约0.05×0.08～0.25×0.7mm±，多呈0.1mm～0.3mm的单体半定向排列，大于0.147mm±的石墨占总量的60%±，几乎无小于1μm的石墨，工业类型也属晶质石墨矿石，脉石矿物主要以方解石、白云石为主，含少量泥质、云母及石英。

矿石化学成分简单，除有用化学组分C（固定碳）外，未发现任何伴生有益元素，有害组分SiO2、Al2O3、Fe2O3含量偏高，其中SiO2含量40.64%～75.16%，平均56.80%，Al2O3含 量7.35%～10.34%， 平 均7.54%，Fe2O3含 量1.76%～8.23%，平均4.63%，但根据选矿试验报告，有害组分对选矿和精矿的提纯、深加工影响不大。

4 矿床成因及找矿标志浅析

4.1 矿床成因

在认真分析前人科研和地勘资料的基础上，结合本次勘查成果，认为白石头沟石墨矿属沉积变质型。主要特征为。

（1）石墨矿主要赋存于敦煌岩群B岩组中，是一套典型的变质沉积岩含矿建造，含矿岩石为含石墨大理岩、含石墨石英片岩，矿体呈层状、似层状，产状与围岩一致，矿层严格受层位控制。

（2）石墨呈显微鳞片-鳞片状较均匀分布于脉石矿物间，部分石墨集合体沿层理、片理呈条带状产出，局部原生矿石中见原生层状构造；且矿石中SiO2、Al2O3、Fe2O3含量较高,而Na2O、K2O、MgO含量低，围岩蚀变弱，沉积特征明显。

（3）含矿岩石经区域变质，温度、压力不断增大，变质程度由浅入深，岩石中碳质重结晶，碳质相对富集成石墨；后期区域岩浆侵入，围岩温度进一步升高，致使石墨再次重结晶、富集，石墨鳞片增大，从而形成规模较大的石墨矿床。

4.2 找矿标志

（1）矿体赋存于敦煌岩群B岩组含石墨大理岩、含石墨石英片岩中，严格受层位控制，故含石墨大理岩、含石墨石英片岩是最直接的找矿标志。

（2）大理岩型石墨矿顶板一般为含石墨大理岩，耐风化能力弱，底板为斜长角闪岩或黑云石英片岩，耐风化能力强，因顶底板围岩耐风化能力差，矿体出露位置易形成负地形，故含石墨大理岩底部负地形处是找矿有利部位。

（3）褐铁矿化、高岭土化强烈地段，含石墨石英片岩中固定碳含量高，在地表形成较明显的“黄带”，是寻找石英片岩型石墨矿的直接找矿标志。

（4）石墨具有良好的导电性，具备“低电阻高极化”的电性特征，使用电法等物探手段有较好的找矿效果。

5 结语

白石头沟石墨矿属沉积变质型矿床，含矿地层为敦煌岩群B岩组，含矿岩性为含石墨大理岩、含石墨石英片岩，矿石自然类型有石英片岩型和大理岩型两类。通过初步勘查工作，矿床储量规模已达中型，但含石墨矿化带沿走向仍未完全揭露控制，石英片岩型石墨矿体深部未能验证。通过进一步勘查工作，区内石墨矿物量有望突破100万吨，达到大型规模，且区域上石墨矿化带（敦煌岩群B岩组）长约40km，目前已发现石墨矿产地多处，具有良好的成矿条件和找矿前景。