内蒙古扎木敖包晶质石墨矿床地质特征及成因探讨

张 冲

(华北地质勘查局第四地质大队，河北 秦皇岛 066000)

0 引言

扎木敖包晶质石墨矿区位于内蒙古阿拉善右旗巴丹吉林镇，巴丹吉林沙漠中部南缘，华北地台北缘。地质发展演化复杂，构造活动强烈，形成不同性质的多级构造单元[1]。区内出露地层中太古界—中新生界，侵入岩发育，不同时代岩浆作用特别是海西期岩浆活动强烈[2]。在构造上既有古老结晶基底的继承性，又有该层发育及构造的明显叠加，各期次沉积、变质、构造及岩浆活动[3]为晶质石墨、铁、金、镍、铜铅锌等矿产成矿提供了丰富的物质来源和良好的储存空间，是内蒙古西部金属矿产、煤、非金属矿产重要成矿区带之一[4]。

迄今为止，矿区共圈定29条晶质石墨矿体，矿床规模已达超大型[5]。本文详细介绍了矿区晶质石墨主矿体的形态、规模、产状、厚度、品位及其变化情况等地质特征，并对矿石特征、矿体围岩及夹石、围岩蚀变等情况进行了阐述。初步分析了该晶质石墨矿床的成因，得出该矿床为沉积变质型矿床[6]。通过对该矿区的石墨矿体地质特征及成因的总结分析[7]，进一步研究矿区的成矿机制及成矿模式，指导以后的找矿工作。

1 区域地质

本区位于华北地台北缘深大断裂—巴丹吉林断裂带南部，大地构造位置属雅布赖—巴音诺尔公古生代大陆弧西部[8](图1)。

图1 内蒙古西部地区构造单元略图Fig.1 Tectonic sketch map of the western area of Inner Mongolia

区域上出露地层主要有中太古界(乌拉山群Ar2W)、中元古界(墩子沟群Ch-JxD)、古生界(石炭系臭牛沟组Cc、二叠系大红山组Pd)、中生界(中侏罗统龙凤山组J2l、下白垩统庙沟组K1mg)及新生界(新近系苦泉组N2k、第四系玉门组Qp1ypl及戈壁组Qp3gepl)。

区域上侵入岩发育，是甜水井—石板井—小黄山近EW向侵入岩带主要组成部分。出露侵入岩主要岩石类型有辉石橄榄岩、角闪辉长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、钾长花岗岩、二长花岗岩等[9]。区域上脉岩分布较广泛，各时代岩体内均有发育。脉岩的种类较多，有基性、中性、中酸性、酸性脉岩[10]。分布较多的为花岗岩脉(γ)、花岗细晶岩脉(γι)、闪长岩脉(δ)、闪长玢岩脉(δμ)、辉绿玢岩脉(βμ)，另有少量花岗斑岩脉(γπ)、石英脉(q)。

区域构造呈NE—近EW向展布，著名的巴丹吉林台缘断裂从本区北部穿过，是本区主要的线状构造形迹，控制了区域地质体的展布，特别是石炭纪的双峰式火山岩形成和基性—超基性岩体的侵入。构造带延长可达2000 km，宽约数十千米，内部韧脆性变形较强，控制本区主体构造线方向，形成以EW向构造为主体，NE、NW向构造为辅的构造格局。区域性褶皱构造以中太古代-古生代紧闭线状褶皱为主。

Ⅲ-1—雅干古生代岛弧带 Ⅲ-2—珠斯楞—杭乌拉古生代裂陷槽 Ⅲ-2-1—黑鹰山晚古生代岛弧带 Ⅲ-2-2—北山隆起 Ⅲ-2-3—月牙山古生代裂陷槽 Ⅲ-3—宗乃山—沙拉扎山岛弧带 Ⅲ-4—乌力吉晚古生代海盆 Ⅲ-5—雅布赖—巴音诺尔公晚古生代大陆弧 Ⅲ-6—巴音诺尔公—狼山中新元古代裂陷槽 Ⅲ-7—巴音乌拉山断隆 Ⅲ-8—走廊过渡带

2 矿区地质特征

扎木敖包矿区北距华北台缘断裂—巴丹吉林深大断裂带约30 km，南距列巴泉—宽湾井大断裂约70 km，是北大山和龙首山之间凹陷荒漠戈壁区。是碱泉子—卡修他他金铁石墨成矿带重要组成部分之一。矿区为荒漠戈壁区，地表基岩露头很少，多被第四系松散堆积物掩盖。

2.1 地层

矿区地表全部为第四系松散堆积物覆盖。地层仅为钻孔中所见。

中太古界乌拉山群(Ar2W)：为矿区所见最老的地层，亦为石墨的含矿岩系。岩性以云母石英片岩、大理岩为主，夹石墨矿层、石榴石透闪石石英岩、石英云母片岩、透辉石岩等，分布于地表200 m以下，近EW向展布，走向约178°，倾向北，倾角39°～70°，厚度大于700 m，与上覆侏罗系龙凤山组不整合接触[11]。

侏罗系龙凤山组(J2l)：以土黄、紫红色砂岩、含砾砂岩为主，夹黏土层及砂质黏土[12]，在矿区西部夹有煤层。局部稍显上细下粗的沉积韵律。

新近系上新统苦泉组(N2k)：主要由土黄色黏土及少量砂组成，局部见少量灰绿色泥灰岩，含砂量不均。厚约200 m，与下伏龙凤山组呈不整合接触。

第四系(Q)：砂砾层由大小不等的砾石及砂土组成，厚20～140 m。

2.2 构造

矿区出露的中太古界乌拉山群变质岩系属于大陆边缘的结晶基底，其上不整合覆盖中生代断陷盆地，堆积了红色碎屑岩建造[13]。

矿区乌拉山群褶皱构造较为简单，为一向北倾斜的单斜构造，层间发育揉皱和折曲。石墨矿体多与地层产状一致。据钻孔揭露，地层倾向为343°～3°，倾角为39°～67°。

2.3 岩浆岩

本区内尚未发现太古代以后的岩浆岩。根据钻孔资料，角闪石岩、斜长角闪岩、辉石岩可能是太古代—元古代变质深成侵入体，由于变质变形较强，无法恢复。

3 矿体地质特征

扎木敖包矿区为荒漠区，地表第四系覆盖，晶质石墨矿体均为隐伏矿体。矿区中太古代沉积变质型晶质石墨矿体29条，矿体编号C1～C29。

3.1 矿体特征

扎木敖包矿区石墨矿床类型为沉积变质型晶质石墨矿床。矿体均为钻孔控制的隐伏矿体，埋深196～1207 m，呈透镜体状、囊状、似层状、扁豆状等形态产出，局部地段出现分枝复合、膨胀、收缩、舒缓波状弯曲的变化[14]。矿体赋存于中太古界乌拉山群中，与围岩的界限较清晰，赋矿岩石为云母石英片岩及大理岩，赋矿围岩主要为云母石英片岩、大理岩。其中C1、C2、C5、C15号石墨矿体为主矿体，详见矿体特征(表1、图2)。

图2 石墨主矿体勘探线剖面示意图Fig.2 Schematic profile of exploration line for the main graphite orebody1—第四系风积砂、冲积砾石、砂土 2—新近系苦泉组黏土质砂砾岩 3—侏罗系龙凤山组砂岩、砂砾岩 4—乌拉山群黑云石英片岩、含石墨片岩夹大理岩 5—石墨矿体及编号 6—钻孔位置、编号及高程

表1 主矿体特征Table 1 Characteristics of the main orebody

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石类型

矿区内石墨矿体均为隐伏矿体，且埋藏较深。根据光薄片鉴定结果，矿石中无褐铁矿存在，黄铁矿含量接近于褐铁矿、黄铁矿总含量的100%，可以不划分氧化带而都视为原生矿石。

矿石的自然类型：按矿石的氧化程度划分为原生矿石；按矿石中有用矿物组合划分为晶质石墨矿石。

矿石工业类型：按矿石工业类型划分为沉积变质型晶质石墨矿石。

3.2.2 矿石矿物成分

矿石由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物主要为石墨、黄铁矿，另有少量磁黄铁矿。脉石矿物主要为石英、云母、方解石等。矿石矿物约占矿石含量的15%，脉石矿物约占矿石含量的85%。

3.2.3 矿石结构、构造

矿石结构主要为半自形鳞片结构、他形晶粒状结构、交代结构、交代残余结构。

矿石构造为浸染构造，主要为稀疏浸染构造，其次为星散状浸染构造、条带状浸染构造。

3.2.4 矿石化学成分

本次未专门采取化学全分析试样，而是进行了石墨矿石的实验室流程试验，在选矿试验中对石墨矿石进行了光谱半定量全分析及主要化学成分分析，结果见表2和表3。

表2 光谱半定量分析结果Table 2 List of semi quantitative spectral analysis data

表3 原矿主要化学成分分析结果Table 3 Analysis data of the main chemical components of raw ore

矿石中主要有用元素为C(固定碳)，矿区C的平均品位为9.48%。该矿床伴生有用组分主要为V、S、P，但V、S、P含量极低，达不到伴生有用组分的评价指标，目前技术条件下，无综合利用价值。

3.3 矿体围岩和夹石

矿体围岩以云母石英片岩、大理岩为主，石榴石云母片岩次之，局部见角闪石英片岩、透闪石透辉石岩。围岩经取样分析，C(固定碳)品位最低为0.13%，最高为2.40%，未见有益组分。

矿体局部呈分支复合现象，夹石多为云母石英片岩或大理岩，分布在相对厚大矿体的中部，部分呈小透镜体，夹石厚度一般小于1 m，可带入矿体一起采出。部分为可剔除夹石，厚度一般为5～14 m，最大为40 m。

3.4 围岩蚀变

含石墨矿体和矿化岩层发育围岩蚀变主要见有透闪石化、阳起石化、硅化、碳酸盐化、黄铁矿化等。主要分布于大理岩的附近，部分见于中部或下部，最厚可达170余米，EW向多连续分布，十分稳定。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

石墨矿体赋存于中太古界乌拉山群中。原岩沉积层序以细碎屑岩—粉砂岩—泥岩—碳酸盐岩为基本层序，属滨浅海相沉积复理石建造。含矿地层岩性为云母石英片岩和大理岩。根据钻孔揭露，石墨矿体产状与地层产状一致，说明石墨矿质与地层岩石同时沉积，受地层控制，与含碳质泥岩、碳酸盐岩密切相关，即上述岩性为石墨成矿的矿源层[15]。

在区域变质作用过程中，含碳原岩在高温、高压的影响下，岩石经过重结晶、重组合，形成晶质石墨矿体，并在挤压变形、紧密褶皱发育的过程中发生变形，成为似层状、透镜状、扁豆状、囊状。

晶质石墨受变质表壳岩控制，矿床成因类型为沉积变质型矿床[16]。

4.2 找矿标志

石墨矿体均受层位控制，赋存于中太古界乌拉山群云母石英片岩及大理岩中。

5 结论

扎木敖包晶质石墨矿床赋存于中太古界乌拉山岩群中上岩群含石墨片岩夹大理岩中，矿体均为隐伏矿体，多与地层产状一致，呈囊状、透镜体状、似层状、扁豆状等形态产出，局部地段出现分枝复合、膨胀、收缩、舒缓波状弯曲的变化。矿体与围岩界限较清晰，围岩主要为云母石英片岩及大理岩。在区域变质作用过程中，含碳原岩在高温、高压的影响下，岩石经过重结晶、重组合，形成晶质石墨矿体，晶质石墨矿体受变质表壳岩控制，矿床成因类型为沉积变质型矿床。