吉林省集安市马蹄沟晶质石墨矿地质特征及找矿标志

李先先，沈济篷，赵久悦

吉林省第四地质调查所，吉林 通化 134000

0 引言

晶质石墨是《全国矿产资源规划(2016—2020年)》中确定的国家24种战略性矿产之一。石墨由于特殊的结构而具有耐高温性、抗热震性、导电性、润滑性、化学稳定性以及可塑性等众多特性，广泛的应用在冶金、机械、化学、电气等众多工业领域中[1]。为加快推进吉林省内战略性矿产资源勘查，2017年吉林省地矿局安排了局重点项目“吉林省集安市财源乡马蹄沟一带铜钴镍矿普查”，由吉林省第四地质调查所承担。工作中在马蹄沟地区发现了晶质石墨矿，圈定了矿体并对矿床成因进行了初步研究。

1 区域地质背景

研究区地理位置位于集安市302°方向50 km，行政区属吉林省集安市财源乡。大地构造位置处于塔里木—中朝准地台区(Ⅰ级)、中朝准地台(亚Ⅰ级)、辽东台隆(Ⅱ级)、太子河—浑江陷褶断束(Ⅲ级)、清河台穹(Ⅳ级)西南端。

区域出露地层有古元古界集安群、中生界侏罗系及新生界第四系。

区域上古元古界集安群变质岩系包含北北西向、北西西向和北东向的三期叠加变形。由于本次区域范围小，只能见到二、三期变形所形成的褶皱构造,有虾蠓沟—泉眼沟叠加褶皱、王家街—三半江向斜构造和靳家炉沟向斜构造。区内断裂构造十分发育，主要有北东向、近东西向及北西向三组，其中以北东向断裂构造最为发育(1)王显武，韩 雪，王福润，等.1/5万区域地质调查报告(地质矿产部分)(大泉源、头道崴子、霸王朝、清河、二棚甸子、花甸子等幅)[R].1988.。

区域岩浆岩较发育。侵入岩主要有古—中元古代侵入体、印支—燕山期侵入体，另有燕山—喜山期形成的各类脉岩。古—中元古代侵入岩以山城子岩体和双岔岩体为代表，主要为斜长花岗岩及巨斑状花岗岩。印支—燕山期侵入岩为复兴屯黑云母闪长岩体、南岔斑状花岗岩体及燕山期角闪钾长花岗岩体。区内脉岩种类繁多，从基性到酸性匀有出露。各类脉岩与断裂构造关系密切，多呈北东、北北东向延伸，长度及宽度不等。由于年代资料少，时代归属不易确定，主要有金伯利岩、辉绿岩、闪长岩、闪长玢岩、钠长斑岩、斑状花岗岩等。

2 矿区地质特征

2.1 地层

研究区位于吉林省集安市财源乡霸王朝村马蹄沟两侧，地层简单，主要出露集安群蚂蚁河组、荒岔沟组、大东岔组。

蚂蚁河组(Pt1jm)：分布于普查区西北角及中部，出露面积约1 km2，占全区面积10.6%。总体上呈北东向展布。该组岩性主要为变粒岩、浅粒岩、斜长角闪岩及蛇纹石化大理岩。与上覆荒岔沟组呈整合接触。

荒岔沟组(Pt1jh)：分布于普查区中东部及南部，出露面积2.5 km2，占全区面积26.5%。总体上呈北东向展布。该组岩性主要为含墨变粒岩、含墨浅粒岩及斜长角闪岩、含墨大理岩。含墨变粒岩、含墨浅粒岩中石墨含量高时富集形成晶质石墨矿。与上覆大东岔组呈整合接触。

大东岔组(Pt1jd)：分布于普查区马蹄村一带，出露面积约0.13 km2,占全区面积1.4%。主要岩性为黑云斜长片麻岩(图1)。

图1 吉林省集安市马蹄沟一带区域地质简图Fig.1 Regional geological map of Matigou area, Ji’an City, Jilin Province

2.2 构造

区内断裂构造主要有北东向、近南北向两组。北东向断裂构造在区内具有一定规模的有F101、F102断层。F101断层位于普查区中部，南西端被第四系覆盖，北东端延伸至区外，是区内规模最大的断裂构造，切割了荒岔沟组和大东岔组。断层走向北东，倾向南东，倾角、断距不清。断层性质为逆掩断层；F102断层位于区中南部，北东端被第四系覆盖，南西端延伸至区外，切割了荒岔沟组和大东岔组。断层走向北东，倾向、倾角不详。断层性质不明。近南北向断裂构造在区内有F201断层，分布在普查区中北部，断层走向近南北，倾向、倾角不详。断层性质不明。

2.3 岩浆岩

区内偶有岩浆岩出露，主要为花岗岩。花岗岩出露面积0.05 km2，呈灰白色，中粗粒结构，块状构造。主要由石英、长石及少量磁铁矿组成。石英：无色透明，他形粒状，不规则状，粒度2～5 mm，质量分数45%～50%；长石:灰白色，半自形板状，粒度2～7 mm，质量分数45%～50%；磁铁矿：黑色，呈粒状，粒度0.5～1.5 mm，质量分数2%～3%。角闪石岩呈脉状产出，长70 m，宽1 m，沿裂隙充填。由于无年代资料，时代归属不易确定。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

本区共发现5条晶质石墨矿体，矿体赋存于集安群荒岔沟组含墨黑云变粒岩和含墨浅粒岩中。矿体形态简单，呈似层状产出，产状稳定。有用组分分布均匀—较均匀，厚度稳定程度为较稳定—不稳定。矿体及其附近构造简单。矿体以地表出露型为主，个别为隐伏型。

主要矿体特征：2号矿体地表沿走向控制工程间距为86～390 m，深部沿走向控制工程间距为128～217 m，沿倾向控制工程间距为180～355 m。矿体走向最大长1 240 m，倾向最大断续延深505 m，赋存标高479～116 m，埋藏深度0～344 m。矿体形态较简单，呈似层状，间有夹石，膨大缩小可见，总体呈一轴向北东开阔的向斜。北西翼(2勘查线以东)走向10°～76°，倾向南东东—南南东，倾角20°～61°。核部仰起端为矿体的膨大部位。南西翼(1勘查线以南)矿体呈北北西至南南东走向，矿体倾向北北东—南东东，倾角25°～50°。矿体最大厚度48.84 m，最小厚度0.94 m，平均厚度7.27 m。固定碳品位 4.46%～2.12%，平均品位3.20% 。

3.2 矿石质量特征

(1)矿石结构构造：矿石中的主要结构类型为粒状变晶结构，单质矿物石墨在矿石中多呈此结构分布。局部见包含结构，少量石墨晶体中有金属矿物及非金属矿物。浸染状—稀疏浸染状构造是矿石中的主要构造类型，单质矿物石墨或集合体多呈稀疏星散状均匀分布。条带状构造：单质矿物石墨或集合体在矿石中沿层理呈条带状分布；条纹状构造：单质矿物石墨或集合体在矿石中集合体常组成条纹状或团状分布(图2、图3)。

(2)矿石类型：矿石自然类型为含石墨变粒岩型矿石。

图2 石墨黑云变粒岩镜下粒状变晶结构Fig.2 Granular texture of graphite biotite granalite under microscope

图3 片状石墨Fig.3 Flake graphite

4 矿床成因

赋存于古元古界集安群荒岔沟组的晶质石墨与硼铁建造、含磷透辉石建造、铀-稀土建造等，其中相应矿床均属于海底火山喷发沉积变质、岩浆热液作用的层控矿床。

晶质石墨矿床的碳质应主要来源于沉积岩中的有机物，但也可能在特殊条件下(如海底火山活动中的二氧化碳及钙质热液活动)由碳酸盐分解出CO2的可能性(1)张承泽，金 键，等.吉林通化县三半江晶质石墨矿床3、4号矿体勘探地质报告[R].1989.。

区域变质作用和重熔改造型的岩浆热液活动是晶质石墨矿的重要形成因素。

因此该矿床的成因类型属沉积变质型晶质石墨矿床。

5 找矿标志

矿体主要赋存在集安群荒岔沟组，含墨黑云变粒岩、含墨变粒岩、含墨透辉变粒岩是寻找晶质石墨矿的直接找矿标志(2)李铸泰，王立安，等. 吉林省集安市双兴晶质石墨矿Ⅰ-1、Ⅱ号矿体深部及外围祥查报[R].2015.。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。该区中低阻高极化率地质体是间接找矿标志。