山东平度闫村石墨矿岩石学特征及找矿标志

焦丽香，郭加朋，高树学，颜玲亚，欧阳友和

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100；2.山东省自然资源资料档案馆，山东 济南 250101)

0 引言

山东省石墨矿床的研究工作始于20世纪60年代，首先在区域地质调查过程中开展了基础研究工作，1981—1998年，兰心俨[1]、陶维屏[2]、王克勤[3]、张天祯[4]等在非金属成矿系列、石墨矿床的赋存特征等方面开展过较为系统的研究工作。近几年随着石墨烯等新型材料的兴起，石墨受到了广泛关注和高度重视。2012—2014年，颜玲亚[5]、李振来[6]等人，开展过石墨矿床地质特征方面的研究工作；2013年苏旭亮[7]对胶东西部地区石墨地质特征进行了研究，并开展了胶东地区资源潜力预测。2016年倪振平[8]等对山东石墨资源潜力进行了预测研究。综观区内石墨矿床较多，矿床地质特征研究成果资料多数较陈旧，石墨岩石学特征研究较少。

2019年中国地质调查局下达“东部地区脉石英叶蜡石等特种非金属矿调查评价”委托项目——东部地区脉石英石墨叶蜡石矿产资源调查，笔者选择平度市闫村石墨矿作为典型矿床，采取样品进行岩石学研究，确定了石墨矿岩石学特征、成矿要素，探讨了矿床成因和找矿标志，对成矿预测和找矿具有一定的指导意义。

1 矿区地质概况

矿区位于平度市西北25km，行政区划隶属马戈庄镇。大地构造位置属华北板块(Ⅰ)胶辽隆起区(Ⅱ)胶北隆起(Ⅲ)南部、胶莱盆地的西北部,地处2个三级构造单元的衔接处。矿区地层简单，褶皱、断裂构造不发育，岩浆活动相对较弱。矿区除第四系广泛分布外，出露地层主要为古元古代荆山群野头组和陡崖组。石墨矿赋存于陡崖组徐村(石墨岩系)段。陡崖组上部是斜长角闪岩石，夹1～6层石墨矿，中部为石墨透闪透辉石岩、石墨黑云透辉斜长片麻岩、混合质石墨黑云斜长片麻岩，下部以斜长角闪岩为主。矿区为习礼埠-豖西倒转向斜的一部分，其核部为徐村段石墨石榴透辉斜长片麻岩和石墨黑云透辉斜长片麻岩，两翼依次为野头组蛇纹石大理岩、长石石英岩。区内无断层分布。岩浆岩不发育，仅出露古元古代莱州序列西水夼单元细粒变辉长岩(斜长角闪岩)，分布在陡崖组与下伏地层的接触部位，顺层面侵入，对石墨矿体的破坏作用不明显。

2 矿体特征

矿床赋存1个矿体，呈层状产于闫村向斜翼部的徐村段(图1,图2)(1)青岛地质工程勘察院，山东省平度市闫村矿区石墨矿资源储量核实报告，2008年、2014年。，赋存标高-10.8m～-30m。矿体总体走向320°～340°，倾向SW，倾角10°～25°。控制长240m，斜深40～60m，厚度18.50～27.70m，平均23.10m，厚度变化系数28.14%，厚度稳定。但从上向下厚度呈变窄趋势，每延深1m约减少0.09m。矿体固定碳1.94%～5.35%，平均3.02%，品位变化系数29.30%，固定碳分布均匀。

1─第四系；2─陡崖组徐村段第一层石墨石榴透辉斜长片麻岩；3─陡崖组徐村段第二层含石墨黑云透辉斜长片麻岩；4─西水夼单元变基性岩(斜长角闪岩)；5─地质界线；6─压扭性断层、产状及编号；7─石墨矿体及编号；8─片麻理产状；9─取样剖面位置及编号

1─黑土湖组含砂砾质黏土；2─陡崖组徐村段；3─西水夼单元细粒变辉长岩(斜长角闪岩)；4─含石墨黑云透辉斜长片麻岩；5─矿体及编号；6─地质界线；7─矿体延伸线；8─产状(倾向/倾角)

矿体围岩主要是斜长片麻岩，局部为蛇纹石化透闪大理岩。近矿围岩含少量石墨，固定碳含量0.2%～2.48%。围岩产状与矿体相同。

矿体内夹石主要为含石墨透辉斜长片麻岩，呈透镜状，长40～120m，宽2～6m。

3 岩石学特征

本次在典型剖面上采集光薄片鉴定、X射线荧光光谱分析、扫描电镜测试分析、差热分析样品6件，结合野外露头、手标本综合观察，对石墨矿石的岩石学特征进行系统的研究。光薄片鉴定由河北省区域地质矿产调查研究所实验室进行。X射线荧光光谱分析和扫描电镜测试分析(SEM)由西南科技大学非金属矿研究所进行。X射线荧光光谱分析采用帕纳科Axios型X射线荧光光谱仪，检测依据为《JY/T 016--1996波长色散型X射线荧光光谱方法通则》；扫描电镜测试分析采用美国飞纳台式扫描电镜(phenom pure型号)。

矿石自然类型以石墨黑云透辉斜长片麻岩型为主，石墨透闪透辉岩型、石墨黑云斜长片麻岩型、石墨大理岩型很少，且多呈小透镜体，与主要矿石类型呈过渡关系，不能单独圈出。

依据风化程度，矿石分为风化矿石和原生矿石2类。风化矿与原生矿的界线平均深度20.0m。

矿石工业类型为晶质(磷片状)石墨矿。

矿石为磷片柱粒状变晶结构(图3a)，片麻状构造。矿石矿物为石墨，平均含量3.02%。脉石矿物：斜长石30%，石英20%～30%，钾长石20%，透辉石、透闪石、黑云母10%～15%，金云母、黝帘石、石榴子石3%～6%。金属矿物较少，主要是黄铁矿(图3b)，副矿物有磁铁矿、锆石、榍石、磷灰石、金红石、矽线石等。

石墨呈磷片状，黑色。偏光镜下不透明，反光镜下反射色呈褐灰色，双反射明显。石墨沿矿物解理或裂隙分布，或嵌布在石英、长石和其他矿物颗粒间，少数穿插其他矿物。在片麻岩型矿石中，部分与黑云母连生或为其包裹体。石墨磷片不同程度受应力作用，局部有破碎、揉皱和泥化现象(图3c，图3d)。

a—磷片柱粒状变晶结构(+)10×2；b—石墨及其共生矿物(-)10×10；c—晶质磷片石墨；d—石墨边缘及磷片内部；Gr—石墨；Py—黄铁矿；Bt—黑云母；Qtz—石英；Tr—透闪石；Kfs—钾长石；Di—透辉石

石墨片径一般0.2～1.0mm，个别为1.2mm，片厚0.03～0.05mm。河北省区域地质矿产调查研究所实验室按>50目、50～80目、80～100目、<100目4个区间，利用光学显微镜统计，石墨大片(100目以上)率较高，颗粒分数为80.86%～94.45%(表1)、面积分数为93.76%。石墨片度与结构构造有关，结构粗则片度大。与SEM分析结果对比发现，固体为粉末时，存在明显的团聚现象。

表1 闫村石墨矿光片粒度分析

据选矿厂实地调查，精矿中+100目磷片石墨产率为45%，+60目产率为9%。

石墨变粒岩中石墨粒径小，99.8%分布在10μm以下，83.4%分布在1μm以下(图4)。

图4 石墨变粒岩中石墨粒径分布统计图

矿石固定碳含量2.74%～5.36%，平均3.34%。其他组分含量见表2。

表2 闫村石墨矿石墨样品化学成分(wt%)

石墨变粒岩差热分析(图5)：起始测试温度为15℃，能很好的控制样品中水分和溶剂的挥发，终止温度1500℃。TGA失重曲线(绿色虚线)显示，样品在700℃左右开始失重，在1050℃左右不再变化，失重比例约85%；DTA放热曲线(红实线)在800℃左右放热速率最大，有机挥发物绝大部分都已开始燃烧。在900℃左右失重最快，绝大部分有机挥发物已经开始消耗殆尽。

图5 石墨变粒岩TGA失重曲线与DTA放热曲线变化趋势图

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

4.1.1 石墨矿的形成时代

石墨矿赋存于陡崖组徐村段，受层位控制，成矿时代为古元古代。

根据锆石U-Pb测年数据[9]，变质原岩沉积时代年龄约为2230±20Ma，为古元古代早期。

4.1.2 原岩建造

原岩成分主要为碎屑岩、黏土岩、碳酸岩，有少量的中基性熔岩。由此可见，石墨含矿岩系原岩为一套(含碳质的)碎屑岩及钙镁硅酸岩，且经历了火山喷发作用。

4.1.3 含矿变质建造

含矿变质建造为变粒岩-含矽线黑云母片麻岩-镁质大理岩变质建造组合，石墨矿主要赋存在该建造中，岩性以石墨黑云斜长片麻岩为主，含石墨透辉变粒岩及少量石榴紫苏斜长角闪岩、长石石英岩及蛇纹石大理岩。从变质建造看，荆山群是一套经历了高角闪岩相--麻粒岩相变质的石榴矽线黑云片岩、石墨岩系、大理岩系。

4.1.4 区域变质作用

按闫村石墨矿岩石矿物共生组合，属角闪岩相—麻粒岩相，是中深变质作用的产物。

4.1.5 控矿条件与成矿环境

闫村石墨矿形成于古元古代早期。华北板块与扬子板块碰撞后，在华北板块南缘形成拗拉槽或被动大陆边缘海盆，在半稳定构造条件下，形成含高碳、铝为特征的陆源碎屑--富镁碳酸盐岩陆棚滨浅海沉积建造，局部层位夹基性火山岩和硅铁质岩。经中高温区域变质后，达到角闪麻粒岩-高角闪岩相，形成了古元古代荆山群含石墨变粒岩-片麻岩沉积建造中石墨矿。

古元古代长期剥蚀的胶北古陆边缘，处于相对稳定的滨海-浅海环境，温暖湿润的气候条件，使原始生物大量繁衍。据兰心俨、王克勤、陈衍景[10]、李凯月[11]等人研究，古元古代荆山群形成年龄在2.1～1.9Ga之间[12-14]。通过对山东省石墨矿碳同位素δ13Cgrap分析，陡崖组石墨矿床经历了变质作用和混合岩化作用的改造，表现出碳质的多来源特征，但以有机碳质来源为主[15]。海底基性火山喷发携带CO2亦产生部分碳质。后期盆地闭合作用受NNW—SSE向的强烈挤压，形成具有格架性质的轴向NEE的多期褶皱构造，大多经历了角闪岩相--角闪麻粒岩相的中高级变质作用，同步伴随区域动热变质作用，使岩石中的有机质产生一系列的分解反应，原岩中的碳质成为粒径较大的磷片晶质石墨，逐渐富集而形成矿层。

综上所述，闫村石墨矿床为区域变质型石墨矿。

4.2 找矿标志

闫村石墨矿属于区域变质型矿床，具有明显的找矿标志。

(1)层位标志。石墨矿呈层状产于陡崖组徐村段，该段地层是寻找石墨矿的良好层位标志。

(2)构造标志。石墨矿体产于闫村向斜的翼部，该构造是寻找石墨矿的良好构造标志。褶皱两翼与混合岩化强烈处是大磷片晶质石墨成矿有利部位。

(3)岩性标志。石墨矿矿物共生组合属角闪岩相--麻粒岩相。矿石越靠近地表，其中黏土含量越高，矿物组成越复杂；受外力作用，石墨磷片局部有破碎、揉皱和泥化现象。石墨本身也是明显的岩性标志。以上岩性特征是寻找石墨矿的良好岩性标志。

(4)岩石类型。石墨透辉变粒岩、石墨变粒岩、石墨黑云斜长片麻岩可作为石墨矿的直接找矿标志。

(5)地球物理标志。石墨矿具有明显的低阻高极化地球物理特征，且极化率值一定程度反映石墨品位高低程度。视极化率ηS4%～15%，视电阻率ρS15～100Ω·m，自电异常在-200MV以下，与围岩有着明显的物性差异。这些差异是寻找石墨矿的良好地球物理标志。

5 结论

(1)闫村石墨矿形成于古元古代早期，石墨矿产于陡崖组徐村段，石墨矿矿物共生组合属角闪岩相—麻粒岩相，是中深变质作用的产物。矿床成因类型为区域变质型石墨矿。

(2)利用光学显微镜统计，闫村石墨矿石墨大片(100目以上)率较高，颗粒分数为80.86%～94.45%。石墨片度与结构构造有关，结构粗则片度大。

致谢：平度市自然资源与规划局郭岐松科长给予了指导，平度闫村石墨矿王连臣矿长提供了相关资料，在此一并表示感谢。