吉林省南部晶质石墨矿成矿规律简析

郭彦龙，焦兴来，曹 健

吉林省第四地质调查所，吉林 通化 134001

0 引言

吉林省石墨矿产资源丰富，但近年来找矿突破不大，本文通过对吉林省南部地区石墨矿床调查及研究，初步总结石墨矿床的成矿规律，以供找矿勘查工作借鉴。

1 吉林省石墨资源分布概况

吉林省除了拥有隐晶质石墨矿外，还有多个大中小型晶质石墨矿床，主要分布在吉林省南部集安市、通化县等地(图1)。本次通过总结集安市二道村大型晶质石墨矿床(西段)、集安市复兴村中型晶质石墨矿床地质特征，简析吉林省南部晶质石墨矿床成矿规律。

图1 吉林省南部晶质石墨分布图Fig.1 Distribution of crystalline graphite mineral resources in southern of Jilin Province1.全新统：腐殖土、亚砂土、砂砾石；2.下更新统亚砂土、黄土、砂砾石；3.侏罗系上统果松组灰紫色流纹岩、安山岩、凝灰岩；4.珍珠门组大理岩、白云质大理岩、方柱石大理岩；5.板房沟组黑云变粒岩、透变粒岩夹大理岩，条带状钙硅酸盐岩；6.新农村组浅粒岩、黑云变粒岩夹白云质大理岩，厚层长石石英岩；7.大东岔组混合质含榴矽线菫青片麻岩、变粒岩、片麻岩夹石英岩；8.荒岔沟组含墨黑云变粒岩、透辉变粒岩、浅粒岩、斜长角闪岩、大理岩，含墨大理岩夹斜长角闪岩，石墨变粒岩；9.蚂蚁河组均质混合岩夹变粒岩、浅粒岩、斜长角闪岩残留体，顶部蛇纹石化白云质大理岩；10.燕山期闪长岩；11.印支期斑状花岗岩；12.印支期石英闪长岩；13.海西期中细粒黑云母花岗岩；14.海西期似斑状黑云母花岗岩；15.上元古代巨斑状花岗岩；16.闪长岩；17.辉绿岩；18.实测地质界线；19.角度不整合界线；20.性质不明断层；21.推测性质不明断层；22.实测正断层；23.实测逆断层

2 区域地质概况

研究区大地构造位置位于柴达木—华北板块(Ⅲ-5)、华北陆块、龙岗(吉南)复合地块(Ⅲ-51)及辽吉(吉南)古元古代裂陷槽(Ⅲ-52)[1]。

2.1 地层

研究区地层主要为古元古界集安群，总体呈北东及近东西向条带状展布。其下部蚂蚁河岩组为一套“含硼岩系”，岩性主要为浅粒岩、变粒岩、斜长角闪岩及蛇纹石化大理岩、白云质大理岩等；中部荒岔沟岩组岩石主要为石墨变粒岩、含墨黑云变粒岩、透辉变粒岩、含墨浅粒岩及大理岩；上部大东岔岩组主要为一套片麻岩夹黑云变粒岩、浅粒岩。

2.2 构造

区域发育断裂及褶皱构造。断裂构造以北东向、北西向为主，近东西向构造次之。早期近东西向构造及北西向构造被后期北东向构造改造及错断。北东向、北西向构造为石墨主要的控矿构造，其次为近东西向构造。褶皱构造多以北西向开阔背斜为主。

2.3 岩浆岩

岩浆岩主要为古元古代巨斑状花岗岩、印支期闪长岩、石英闪长岩、斑状花岗岩、燕山期闪长岩。古元古代岩浆活动特点以顺层注入为主，部分被北东、北西向构造改造及破坏。另有晚期侵入的闪长岩、辉绿岩等小岩脉，多沿北东向及北西向断裂构造充填。重熔改造型花岗岩岩浆热力活动，是晶质石墨矿形成的必不可少的地质条件。

3 主要石墨矿床地质特征

3.1 二道村晶质石墨矿床(西段)(1)吉林省第四地质调查所.吉林省集安市二道村晶质石墨矿(西段)勘探报告[R].2017.

矿体严格受古元古界集安群荒岔沟组的含墨变粒岩控制，所发现的矿体均赋存于该组含矿层内部。区内共发现3个矿组，其主要矿体均出露于地表，3个矿组矿体的总数目共15条，各矿组特征如下：

Ⅰ矿组：发现8条矿体(1～8)，分布在矿区的东南部；矿体赋存标高在399～730 m之间，形态为似层状，倾向330°，倾角12°。矿体长278～1 095 m，倾斜延深90～900 m，平均真厚度为9.14 m，平均品位3.24%。

Ⅱ矿组：位于Ⅰ矿组北西350°方向，相距800 m，发现5条矿体(9～13)；矿体赋存标高在659～910 m之间，形态为似层状，倾向315°，倾角12°，矿体长400～1 600 m，倾斜延深90～460 m。平均真厚度为11.75 m，平均品位3.18%。

Ⅲ矿组：位于Ⅱ矿组西280°方向600 m处，发现2条矿体(14～15)。矿体赋存标高在622～835 m之间，形态为似层状，倾向325°，倾角33°～55°，矿体长400 m，倾斜延深30～290 m。平均真厚度为6.31 m，平均品位4.14%。

出露地表矿体强氧化带垂深一般为0～10 m，弱氧化带深度一般为10～40 m，总体显示矿石硬度低风化裂隙发育易碎。垂深40 m以下则均为原生矿石，显示矿石硬度为中等。

矿石结构类型主要为片状粒状变晶结构，构造主要为块状构造、片麻状构造。晶质石墨+100目(+0.147 mm)以上占73.07%，石墨粒度以大鳞片粒度为主，晶质石墨结晶颗粒相对较粗大，大片率较高(见图2，取自二道村石墨矿(西段)钻孔岩心)。

图2 石墨变粒岩Fig.2 Graphitic granulite

矿石主要有益组分为C，伴生有益组分含量甚微，无综合利用价值。有害组分SiO2、 Al2O3、 Fe2O3、 CaO、 MgO、 S等含量较低。自然类型为含墨变粒岩,工业类型为晶质(鳞片状)石墨。

石墨矿层(体)顶、底板围岩为含石墨黑云变粒岩、浅粒岩，局部为斜长角闪岩。矿体与直接围岩浅粒岩有明显界线外，其他呈渐变过渡型的含石墨变粒岩。

3.2 复兴村晶质石墨矿床(2)吉林省第四地质调查所.吉林省集安市复兴村晶质石墨矿勘探报告[R].2017.

矿体赋存于集安群荒岔沟组第三段第二层石墨角闪黑云变粒岩和石墨透辉变粒岩中，发现6条矿体。矿体呈10°～30°展布，倾向SEE，倾角25°～40°，矿体长200～1 250 m，倾斜延深20～450 m。平均真厚度为4.54 m，平均品位2.96%。

地表强氧化带深度一般为5 m,弱氧化带深度一般为5～15 m，以原生矿石为主。矿石结构为鳞片状粒状、柱粒状变晶结构，构造主要为块状，片麻状构造。石墨片度以大鳞片为主，+100目(+0.147 mm)以上占63.75%，-100目(-0.147 mm)以下占36.25%，晶质石墨结晶颗粒相对较粗大，大片率较高。

矿石中有益组分为C，伴生有益组分含量甚微，无综合利用价值。有害组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、S等含量较低。自然类型为变粒岩类型。工业类型为晶质(鳞片状)石墨矿类型。

矿体顶、底板围岩及矿体中夹石多为含墨角闪黑云变粒岩、含墨透辉透闪变粒岩。一般呈渐变过渡接触，个别地段夹石与围岩为浅粒岩，界限清楚。矿体内夹石规模较小，连续性不好。

3.3 成矿时代

石墨矿床多是由富有机质的沉积地层发生变质作用形成的，吉林省南部晶质石墨矿床属区域变质型石墨矿床。赋存于古元古界集安群荒岔沟组含墨变质岩系中，该岩系是金、多金属矿和晶质石墨矿的矿源层。

集安群自沉积成岩后，经历多次构造运动影响。不同尺度调查结果表明，集安群各地层单元，一起卷入三幕变形。第一变形幕，是以水平层系地层为变形面，受近东西向侧向挤压，形成一组轴向近南北，轴面向东缓倾斜的同斜复式顶厚褶皱、平卧褶皱及歪斜褶皱。第二变形幕，是以第一幕产生的轴面为变形面，受近南北向侧应力挤压形成一组轴向近东西，轴面向南陡倾斜的同斜褶皱和中常褶皱。第三变形幕，是以前第一、第二变形面为基础，受北西和南东向挤压，形成一组开阔圆顶对称褶皱。古元古界集安群，由于原岩物质成分和变质程度的不同，形成了一套复杂的变质岩系。根据变质作用程度、退变质矿物差别、变形与变质的时间关系、混合岩分带、岩浆活动等信息综合分析，区内变质作用古元古代有三期。

据野外宏观调查和室内综合分析，集安群蚂蚁河组和荒岔沟组，属前构造变质，大东岔组则为同构变质。蚂蚁河组钾长均质混合岩穿切该组斜长角闪岩片理，而不穿切上覆荒岔沟组，表明在荒岔沟组未沉积之前，钾质混合岩化作用已完成。荒岔沟组斜长花岗岩穿切片理，而不侵入上覆大东岔组。由于先后变质程度相近，在微观上除退变质矿物有所不同外，不同变质期变质矿物共生组合较难区分。

经多期变质作用，使集安群中基性和酸性火山岩、碎屑岩及碳酸盐岩等岩石形成一套较深的变质岩系。代表性的岩石有斜长角闪岩、片麻岩、变粒岩及大理岩。

据取自大东岔村大东岔组黑云变粒岩，做全岩Rb-Sr获得年龄(1 916±83)Ma (表1),推测荒岔沟组沉积成岩时限为2 000～2 050 Ma①。

表1 大东岔组变粒岩Rb-Sr等时线年龄原始数据表

4 矿床成因及找矿标志

荒岔沟组原岩建造为一套海相碎屑岩—火山岩—碳酸盐沉积建造。沉积变质成因的晶质石墨，其碳质来源，主要是陆区繁盛的低等植被，死亡后经搬运沉积，分解变质产生。反映荒岔沟期古气候必定是温暖、湿润的亚热带气候。古环境闭塞，在还原条件下，大量有机质沉积使沉积物中的碳质含量明显增高，形成初始矿源层，为晶质石墨矿床的形

① 吉林省地矿局第四地质调查所.《大泉源幅(部分)、头道崴子幅(部分)、霸王朝幅(整幅)、清河幅(整幅)、二硼甸子幅(部分)、花甸子幅(整幅)》1∶5万区域地质调查报告[R].1989.

成奠定了物质基础。在区域变质的持续作用，使得温度、压力、应力不断增大，变质作用也由浅变质进入中—深变质阶段，碳质也由土状过渡为结晶鳞片状。变质后期发生混合岩化作用，混合岩化作用强烈，石墨发生重结晶，并形成大鳞片，但脉体物质相对增多，也造成晶质石墨分散、贫化[2]。矿床成因类型为区域沉积变质型石墨矿床。

找矿标志：集安群荒岔沟组含墨变粒岩是寻找晶质石墨矿的直接找矿标志；地表风化的砂土中富含晶质石墨的鳞片现象也是直接找矿标志；低阻高极化率激电异常可作为找矿间接标志。

5 结语

通过对吉林省南部晶质石墨矿床分析，石墨矿床严格受古元古界集安群荒岔沟组变质岩控制，即含墨变粒岩层控制矿体分布，且该控矿因素具有区域性。几乎区域所有石墨矿床均与古元古界集安群荒岔沟组变质岩有关。石墨矿具有较好的找矿标志，其分布具有一定规律性。混合岩化的广泛发育，但又不强烈，使石墨重结晶形成大鳞片。总之，区域变质作用和重熔改造型的混合花岗岩类岩浆热液活动是形成晶质石墨矿床的重要因素。