吉林天桥岭石墨矿床地质特征及成因浅析

王继梅

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

1 地质概况

天桥岭石墨矿区位于天山—兴安地槽褶皱区、吉黑褶皱系，延边优地槽褶皱带，延边复向斜、春化—四道沟中间凸起汪清向斜内。

1.1 地层

地层分区位于滨太平洋地层大区，鸡西—延吉地层区，汪清—和龙地层小区。矿区出露地层有古生界中二叠统红太平组(P2h)，中生界上三叠统山谷旗组(T3s)、托盘沟组(T3t )、马鹿沟组(T3m)、天桥岭组(T3tq)，中生界下白垩统大拉子组(K1dl )，新生界新近系中新统老爷岭组(N1l )，第四系上更新统Ⅱ级阶地堆积(Qp3al)，第四系全新统河漫滩及Ⅰ级阶地堆积(Qhal)。矿区地质简图见右图。

石墨矿体赋存于上三叠统马鹿沟组(T3m)碳质板岩中，该组分布于矿区的中部，出露长4 000m，宽度300～950m，厚度172～545m，面积2.35km2。总体呈层状北东—南西向分布，岩层产状：倾向285～330°、倾角20～45°。根据岩性组合及沉积特征，凝灰质砂岩为标志层，自下而上分为三层。

(1) 第一层(T3m1)：出露长1 000m，宽100～150m，厚67m，下部为凝灰质板岩，中部为凝灰质板岩、碳质板岩夹凝灰质砾岩，上部为凝灰质砂岩。产状：倾向290～320°、倾角20～40°，Ⅰ、Ⅱ矿组赋存于该层，与上覆第二层(T3m2)呈整合接触。

(2) 第二层(T3m2)：出露长1 100m，宽70～160m，厚108m，下部为凝灰质砾岩，中部凝灰质砾岩、凝灰质板岩及碳质板岩组成，上部为凝灰质砂岩。产状：倾向285～330°、倾角25～45°，Ⅲ矿组赋存于该层，与上覆第三层(T3m3)呈整合接触。

(3) 第三层(T3m3)：出露长1 000m，宽100～150m，厚95m，主要由凝灰质砾岩、凝灰质砂岩组成，局部夹凝灰质板岩及少量碳质板岩。产状：倾向285～330°、倾角30～45°。

汪清县天桥岭鹿圈子石墨矿区地质简图

1.2 构造

矿区位于东阳村—庙岭复式背斜的北部，总体构造形态为单斜，由山谷沟组(T3s )、托盘沟组(T3t )、马鹿沟组(T3m)及天桥岭组(T3tq)组成，岩层倾向285～300°、倾角20～45°。

区内无断裂构造，但见有层间滑动现象，在滑动面上可见有擦痕。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩为浅成侵入岩及火山岩。

浅成侵入岩地表未见出露，仅在ZK0206钻孔下部见有中生代早白垩世花岗斑岩(K1γπ)，结合物探成果，花岗斑岩走向呈近南北向，长290m，宽140m，面积0.30km2。该侵入岩与石墨矿体有关。

火山岩为流纹岩，分布于区内中西部，走向呈近南北向，长2 200m，宽1 400m，面积2.81km2。

2 矿床地质特征

2.1 矿体(层)特征

矿体呈层状赋存于上三叠统马鹿沟组第一层(T3m1)及第二层(T3m2)中。自下而上划分出3个矿组，Ⅰ、Ⅱ矿组赋存于第一层(T3m1)，其中Ⅰ矿组由1条石墨矿体构成，Ⅱ矿组由13条矿体构成；Ⅲ矿组赋存于第二层(T3m2)，由7条矿体构成。全区共圈出矿体21条，其中Ⅱ4、Ⅱ10矿体及Ⅲ2、Ⅲ3矿体为主要矿体，分布于01～26线之间，控制主矿体长500～700m，真厚度0.60～21.46m，赋存标高10～363m。产状：倾向285～330°、倾角25～45°，与地层产状基本一致。除Ⅲ2、Ⅲ3矿体在TC01探槽位置有出露外，其余矿体地表均未出露。Ⅰ矿组与Ⅱ矿组间距50～65m；Ⅱ矿组与Ⅲ矿组间距4～61m。各矿体特征见表1。

表1 矿体特征

2.2 矿石质量

2.2.1 矿石类型和结构、构造

通过对该石墨矿石进行粒径分析(电镜法SEM及差热法DTA)，证实石墨矿由细鳞片晶质石墨、结晶度较低石墨(过渡型)、隐晶质石墨三部分组成，而隐晶质石墨含量较高。石墨矿石结晶颗粒直径＜1μm的石墨占96%～99%，结晶颗粒直径＞1μm的石墨占1%～4%。

经实验室阶段矿石加工技术性能试验，该石墨矿中晶质石墨(1%～4%)无法从隐晶质石墨矿石中选出，只能与隐晶质石墨一起选矿。

综上所述，该区石墨矿自然类型为碳质板岩型石墨矿，工业类型为隐晶质石墨。

矿石结构、构造主要为隐晶质结构，少量显晶质结构，板状构造、局部见揉皱构造。

2.2.2 矿石矿物成分及化学成分

矿石矿物以隐晶质石墨为主，尚有少量晶质石墨，石墨含量5%～70%，脉石矿物有石英、长石及微量金属矿物(黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿)等，石英含量10%～30%，长石含量5%～10%。矿物呈方向性排列，硅质成分与碳质成分呈丝线状相间分布。

隐晶质石墨：占石墨含量96%～99%，呈细纤维状，极少部分重结晶形成晶质石墨。偶见微量微细粒金属矿物黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿等在石墨晶体中呈包裹状态分布。

晶质石墨：占石墨含量1%～4%，呈他形晶，少量呈自形—半自形晶，单晶较细小，晶粒一般0.01～0.05mm，部分晶体有平行位移和弯曲，呈揉皱状及波状。集合体中晶粒一般0.1～0.5mm，＞1mm粒径较少，集合体呈板条状、叶片状、放射状及鳞片状；少量石墨晶体表面见轻微铁染，部分晶质石墨中有尚未发育好的隐晶质石墨。晶质石墨呈斑点状弥散分布，主要为长条状，部分为片状。石墨晶体中也见有石英等非金属矿物星点状分布或呈微细脉。

石墨呈侵染状、条带状赋存于碳质板岩中，其中有用组分为固定碳，固定碳含量5.01%～69.05%。对石墨矿石进行了多元素分析(10件)及组合分析(20件)，结果见表2、表3。

表2 矿石多元素分析结果(%)

表3 矿石组合分析结果(%)

(1) 从多元素分析结果可看出：矿石中氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3含量较高，影响了石墨矿石品位。

(2) 从组合分析结果可知：矿石灰分含量较高。矿石中伴生有害组分有SiO2、Al2O3、Fe2O3及灰分，矿石中未发现伴生有益组分。

2.3 矿体围岩及夹层

矿体顶底板岩性主要为凝灰质板岩及碳质板岩，少部分为凝灰质砾岩。凝灰质板岩及碳质板岩，固定碳含量0.17%～5.00%，与矿体为渐变过渡关系，肉眼不易区分。凝灰质砾岩，固定碳含量为0.09%～0.80%，与矿体界线清楚。

矿体中有少量夹层，分布于Ⅲ2、Ⅲ3矿体中，岩性主要为凝灰质板岩，介于边界品位与工业品位之间且大于夹石剔除厚度的碳质板岩。Ⅲ2矿体中夹层为J1、J4、J5、J6，呈透镜状，产状与矿体一致，推测走向延长50m，倾向延伸45～109m，真厚度0.60～1.32m，固定碳含量0.78%～6.96%；Ⅲ3矿体中夹层为J2、J3，呈透镜状，产状与矿体一致，推测走向延长50m，倾向延伸45～60m，真厚度0.61m，固定碳含量6.01%～7.05%。夹层对矿体完整性的影响较小。夹层特征见表4。

表4 夹层特征

3 成因浅析

3.1 矿床成因

该区中生代晚三叠世沉积了一套陆相碎屑岩，如：砾岩、粒砂岩、粉砂岩、泥质页岩、碳质页岩，早白垩世由于岩浆侵入活动，在热力烘烤作用下引起岩层变质，碳质页岩变质成为碳质板岩，岩石中的碳质成分发生改变，石墨矿物富集地段形成石墨矿体。

3.2 成矿控制因素

矿床形成由于中生代早白垩世花岗斑岩侵入，受温度和压力的作用，地层发生接触热变质作用，岩石中的碳质变质成隐晶质石墨，属接触变质矿床。

3.3 找矿标志

上三叠统马鹿沟组碳质板岩是直接找矿标志，低阻及高极化率地质体是间接找矿标志。