河北省赤城艾家沟南山石墨矿床地质特征及原岩恢复浅析

王立考

(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051)

1 矿区地质概况

河北省赤城艾家沟南山石墨矿位于华北地台北缘西段石墨成矿带的东部，燕山台褶带宣龙复式向斜龙关穹褶束内[1-2]。区内出露地层主要为太古界及新生界第四系。区内变质作用为区域变质作用，区内构造以断裂为主，褶皱构造主要表现为波状褶曲，总体属单斜构造。岩浆岩不发育，主要以岩脉形式分布。矿区地质图见图1。

图1 艾家沟石墨矿地质简图

1.1 地层及岩石特征

区内出露地层主要为太古界崇礼岩群艾家沟组(Ara)及新生界第四系(Q4)。地层产状较缓，自下而上划分出4个岩性层。各岩性层特征如下。

第1岩性层：为条带状混合岩夹少量斜长角闪岩。岩性稳定，厚度＞25m，分布于该组下部，主要出露于矿段南部。与上部的石榴斜长角闪岩界线分明。

第2岩性层：为石榴斜长角闪岩，与上部的第3岩性层界线分明，厚度5～25m。

第3岩性层：为石墨(黑云)斜长变粒岩、含石墨石榴矽线钾长变粒岩夹石榴斜长角闪岩。矿体赋存于本层。岩性分布不稳定，在区域上呈透镜状，在矿段内厚度变化也较大，最厚43m，最薄3.5m，一般厚度15～35m。

第4岩性层：为石榴斜长角闪岩夹不纯大理岩。分布于矿段地层的最上部。不纯大理岩呈透镜体状分布于石榴斜长角闪岩中。

1.2 构造

区内构造较简单。岩层总体呈单斜产出，倾向290～10°，倾角6～55°，且向深部变缓[3]。矿区西部发育1条规模较大的正断层，出露长度1 076m，破碎带宽3～5m，断层面见明显擦痕，两侧地层明显错开。东南盘上升，西北盘下降。断层走向北东，倾向300～315°，倾角50～65°。该断层对区内石墨矿体无影响。

1.3 岩浆岩

本区岩浆岩不发育，仅在矿段较远的西南部见两条脉岩，宽约数米，长约数十米，呈北西方向展布，斜切地层，由于离矿体较远，对矿体没有破坏作用。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

石墨矿体赋存于太古界艾家沟组，有2个石墨矿体。K1为主要矿体，K2分布于K1之上，为次要矿体。

K1矿体：矿体赋存于太古界艾家沟组的下部，矿体呈似层状。因冲沟剥蚀矿体在矿区北部被切割断开，大致呈北东—南西向展布，延伸长约440m，南北平均宽224m。矿体倾向一般为295～37°，倾角8～22°。矿体最厚为4.80m，最薄为2.00m，平均厚度为3.00m，矿体厚度沿走向及倾向变化不大。矿体平均品位为3.64%，变化系数为10%。预测矿石资源量(333)79.84万t，矿物资源量(333)2.74万t，占矿段总矿物量的85.6%。

K2矿体：分布于矿区中部，矿体赋存于太古界艾家沟组上部。矿体受风化剥蚀仅在山顶处断续出露。矿体呈似层状产出，东西长约120m，南北宽100m。矿体倾向324～358°，倾角7～30°。矿体厚度为2.08～2.93m，矿体厚度沿走向及倾向变化不大，厚度变化系数为5%。矿体平均品位为3.38%，变化系数为2%。预测矿石资源量(333)13.71万t，矿物资源量(333)0.46万t，占矿段总矿物量的14.4%。

2.2 矿石特征

矿石类型为晶质鳞片石墨。自然类型为变粒岩型。由石墨黑云斜长变粒岩、石墨斜长变粒岩组成。矿石多呈褐黄色，鳞片粒状变晶结构、平行粒状构造。矿石为风化矿石，结构较松散，沿片麻理方向易剥离。很少见磁铁矿颗粒，斜长石多已高岭土化、绢云母化。石墨片径0.18～1.5mm。根据采场测量统计风化深度20m以上。

2.3 矿体围岩及夹石

K1矿体的顶板为含石墨黑云斜长变粒岩，底板为石榴斜长角闪岩。K2矿体顶底板均为含石墨黑云斜长变粒岩，矿体内不含夹石。

3 原岩恢复

该组岩石为深成变质岩，原岩的结构、构造多已分辨不清，现综合野外地质特征、岩石学及岩石地球化学特征进行原岩恢复[4]。

(1)该组岩石成层性好，发育粒序层理，产状稳定；岩石粒度较均匀，呈较稳定的细粒状，由此显示原岩为沉积岩的特点。且出现多层较稳定的石墨黑云斜长变粒岩及大理岩，并夹有石墨石榴矽线钾长变粒岩，这类岩石的原岩为既含碳质又富铝的泥质粉砂岩及碳酸盐岩。

(2)该组岩石镜下观察仍可见有变余砂状结构、变余层理构造，显示原岩具沉积岩特征，其中石英岩类变余粒序层理清晰可见，表明其由长石石英砂岩变质而成。且有黑云母、矽线石、红柱石等特征矿物，反映为砂泥质原岩变质而成。

(3)石墨黑云斜长变粒岩分析结果(表1)显示SiO2含量60.98% ～72.18%，MgO含量 1.61% ～2.82%，Al2O3含 量 15.61% ～ 20.72%，FeO 含 量3.15% ～ 7.15%，K2O 含量 2.59% ～ 5.00%，CaO含量 0.32% ～ 2.04%。稀土总量达 310.38×10-6～375.36×10-6，δEu=0.41 ～ 0.52。稀土分配型式曲线具右倾斜(图2)[5]，轻稀土分馏明显，重稀土分馏不明显。微量元素Rb、Ba含量较高。

在 (al+fm)—(c-alk)—si图解中 (图 3)[5]，样品均落入沉积岩区，在(Al2O3+TiO2)—(SiO2+K2O)—Σ三角图解中(图4)[5]，样品主要投入Ⅵ、Ⅶ区，反映为化学上弱分异的沉积物区及化学上中等分异的粘土，寒带和温带气候的海相和陆相粘土。

综上所述，太古界艾家沟组则为一套以浅海相的粘土岩、粉砂岩、碳酸盐岩为主，间有基性火山喷发的原岩建造所组成，形成大地构造环境为浅海陆棚相。

表1 石墨变粒岩岩石化学成分 (单位：%)

图2 变粒岩类岩石稀土球粒陨石标准化分配型式图

图3 (al+fm)—(c-alk)—si图解(据西蒙南，1953)

4 找矿标志

研究区矿体严格受含矿岩系的控制，石墨矿体与太古界艾家沟组(Ara) 变粒岩产状基本一致，所以可将太古界艾家沟组地层视为区域找矿标志。

图4 (Al2O3+TiO2)—(SiO2+K2O)—Σ三角图解(据涅洛夫,1974)

矿体在条带状混合岩附近且与大理岩透镜体半生，由此可把大理岩透镜体视为该类石墨矿找矿标志；另外地表高岭土化、绢云母化强烈地段多为晶质石墨富集地段亦是本研究区的主要找矿标志。