双鸭山西沟石墨矿床地质特征及找矿标志

刘喜友，何 欣，马 山，李佳鑫，岳洪举

(1.黑龙江省有色金属地质勘查七〇一队，黑龙江 哈尔滨 150028；2.中国建筑材料工业地质勘查中心黑龙江总队，黑龙江 哈尔滨 150040)

黑龙江省是我国石墨资源大省，储量居全国之首，资源潜力巨大，分布集中，矿石品质优良，资源优势突出。黑龙江省石墨矿主要产于东部地区，大地构造单元属于天山—兴蒙造山系(Ⅰ级大地构造单元)的东部。赋矿地层为前寒武系变质岩，全省已知石墨矿主要赋存于中—新元古界麻山群西麻山组、余庆组及兴东群大盘道组。截至2017年底，全省累计查明石墨资源储量约1.35亿t，占全国42.98%。

西沟石墨矿床位于黑龙江省双鸭山市西南约25km处，地处双鸭山市与桦南县交界处七星砬子东南缘，行政区划归双鸭山市及桦南县管辖。该矿床属于超大型石墨矿床，矿床成因类型为沉积变质型石墨矿床，矿石工业类型为晶质(大鳞片)石墨，含矿地层为中—新元古界兴东岩群大盘道岩组。主要特征为：①资源分布集中，主要矿体集中分布在1.71km2范围内，仅Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6号矿体资源量之和就占全区总资源量的73%；②矿石品位较高，平均品位6.97%；③石墨晶体片径大，本区矿石类型以片麻岩型为主，石墨片麻岩型矿石+100(＞0.147mm)目石墨鳞片占有率为66.76%；④剥采比低，总剥采比1.69∶1；⑤采矿成本低，矿体直接出露于地表，非常适合露天开采；⑥选矿容易，选矿回收率石墨片麻岩型矿石回收率为94.09%，石墨大理岩型矿石回收率90.94%；⑦潜在经济价值巨大，初步估算矿床潜在经济价值超过1 000亿元。

1 区域地质背景

图1 区域地质简图

双鸭山西沟石墨矿区大地构造为兴凯—布列亚地块，佳木斯板块桦南隆起中部，双鸭山断陷盆地西侧(图1)。

1.1 区域地层

区域地层主要由中—新元古界兴东群大盘道组(Pt2-3d)，中生界白垩系城子河组(K1c)、松木河组(K2sm)，新生界新近系船底山组玄武岩(βN1-2c)及第四系(Q4)现代河湖相冲积层等组成。其中，兴东群大盘道组为石墨矿的赋存层位，主要岩性以大理岩为主，夹片麻岩、石墨片麻岩、石墨片岩、变粒岩等。

1.2 区域侵入岩

区域侵入岩主要为呈岩基状产出的古生代花岗岩类及中生代辉长岩类。

1.3 变质作用与变质岩

工作区内中—新元古界地层属于一套变质程度较深的变质岩系，受区域变质作用影响为主，其次局部叠加了接触交代变质作用。变质作用以中深级变质作用为主、低级变质作用较少见，中级变质作用最为发育，其表现为各种片麻岩、片岩极为发育，代表中深级变质作用的变粒岩较为发育，而工作区中含石墨片麻岩则最为发育。代表区域变质作用的大理岩比较发育，尤其是Ⅱ号矿带大理岩地层普遍发育，接触交代变质作用主要表现为晚期侵入岩与地层接触带部位，如局部的矽卡岩化，石墨片麻岩矿体与二长花岗岩接触带部位二长花岗岩一侧有比较明显的矿物重结晶现象，常见石墨矿物形成大鳞片颗粒分布在二长花岗岩中。综上所述，本区变质作用主要以区域变质作用为主。

根据主要造岩矿物的成分并结合岩石的结构、构造特征将工作区内变质岩分为片麻岩、石墨片麻岩、黑云斜长片麻岩、变粒岩、黑云变粒岩、石墨片岩、透辉石大理岩及石墨大理岩等。

1.4 区域构造

断裂构造是基底构造继承和改造的产物，也是本区的主要构造格架。主要有北北东向南柳树河断裂、小八虎力河断裂，北西向老坪岗—永平岗断裂。西沟石墨矿区位于北东、北西向断裂交汇处北部。

晚元古代末期，地壳褶皱隆起，使得本区中—新元古界兴东群地层形成了北西走向南西倾的单斜构造，此后本区长期遭受风化剥蚀处于一个相对平稳的地史时期，从而使得中—新元古界兴东群大盘道组地层得到了保护，大盘道组地层正是本区石墨矿的赋矿层位。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内地层仅见有中—新元古界兴东群大盘道组(Pt2-3d)，新生界新近系船底山组玄武岩(βN1-2c)及第四系(Q4)现代河流相冲积层等。

大盘道组地层为主要含矿地层，所有工业石墨矿体全部分布在该组地层中。北部、中部均有早—中寒武纪二长花岗岩大面积侵入，南部则有晚寒武—早奥陶纪二长花岗岩大面积侵入。由于晚期岩浆的大面积侵入，对大盘道组地层侵蚀作用明显。

2.2 侵入岩

矿区内侵入岩主要为呈岩基状产出的古生代二长花岗岩及花岗闪长岩，古生代二长花岗岩分为两期侵入于兴东群大盘道组地层中，此后本区长期处于一个相对平稳的地史时期，从而使大盘道组部分地段完整地保存下来。

2.3 构造

工作区构造主要为断裂构造，有北西向的小八虎力河支流断裂及西沟断裂。此外中—新元古界兴东群大盘道组地层在本区呈北西走向南西倾向的单斜构造产出，地层的分布受北西向断裂控制。

2.4 变质作用

区内大盘道组原岩为富含碳质的粉砂岩、石英砂岩、泥质岩、碳酸盐岩夹少量火山岩，受区域变质作用及混合岩化作用影响，区内变质作用主要表现为中高角闪岩相变质作用，特征变质矿物为矽线石、石榴石、透辉石、透闪石、角闪石。在变质过程中使原始沉积的碳质成分结晶生成晶质鳞片状石墨，在局部有利地段富集成厚大的石墨矿体。

2.5 自然电位异常特征

大量的石墨矿勘查工作经验告诉我们，自然电场法是寻找石墨矿最有效的物探方法之一。矿区开展了1∶1万自然电位测量工作，以-400mV为异常下限圈定自然电位异常8处。本区自然电位异常强度较高，异常极值接近-1 000mV，异常连续性好，本次探矿权范围内4处自电异常经查证均已发现不同规模的石墨矿体(图2)，主矿体与△U-4号异常吻合较好。

图2 矿区自然电位剖面平面图

3 矿体特征

3.1 矿体特征

矿区内有两个石墨成矿带，共发现62条晶质石墨矿体。Ⅰ号矿带发现37条石墨矿体，Ⅰ-1～Ⅰ-26号石墨矿体分布在36～39号勘探线间，其中Ⅰ-19～Ⅰ-26号石墨矿体为隐伏矿体，Ⅰ-27～Ⅰ-37号石墨矿体分布在36～104号勘探线间。Ⅱ号矿带发现25条石墨矿体，Ⅱ-1～Ⅱ-17号矿体分布在292-312线间，Ⅱ-18～Ⅱ-23号矿体分布在Ⅱ号矿带东南252～282线间，Ⅱ-24、Ⅱ-25矿体分布在Ⅱ号矿带南部264～276线间，矿体多呈层状、似层状、条带状及透镜体状分布。

Ⅰ号矿带主矿体分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6、Ⅰ-8、Ⅰ-9号矿体，其余矿体规模较小，多为单工程控制(图3、图4)。Ⅱ号矿带矿体相对控制程度较低，仅Ⅱ-4、Ⅱ-5、Ⅱ-6、Ⅱ-7、Ⅱ-18、Ⅱ-19、Ⅱ-20、Ⅱ-21、Ⅱ-24、Ⅱ-25号矿体具有一定规模，但由于Ⅱ-20、Ⅱ-24、Ⅱ-25号矿体为点槽控制，相对控制程度较低，其可靠性也相对较低。Ⅰ号矿带Ⅰ-1、Ⅰ-6号矿体是本区最大的两条矿体，其资源总量占全区的总资源量的56.2%，单条矿体资源量(矿物量)都在600万t以上，因此，本文仅就Ⅰ号矿带Ⅰ-1、Ⅰ-6号矿体特征进行详细叙述。

Ⅰ-1号矿体呈似层状产于石墨片麻岩中，分布于32～39号勘探线间，控制长度1527.70m，平均厚度63.85m，厚度变化系数40.65%，控制延伸137.56～416.12m，固定碳平均品位7.23%，固定碳变化系数56.31%，倾向219 °，倾角50～73°，矿石类型为石墨片麻岩型，矿体顶底板均为大理岩、二长花岗岩。

图3 Ⅰ号矿带地质简图

图4 0号勘探线地质剖面简图

Ⅰ-6号矿体呈层状产于石墨片麻岩中，分布于24～39号勘探线间，控制长度1 381.84m，平均厚度100.53m，厚度变化系数49.8%，延伸134.21～427.69m，固定碳平均品位6.20%，固定碳变化系数46.07%，倾角54～64°，矿石类型为石墨片麻岩型，矿体顶板为二长花岗岩，矿体底板为二长花岗岩、大理岩。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石结构构造

石墨片麻岩型矿石：矿石呈黑、黑灰、深灰色，片状、粒状变晶结构，片麻状、似片麻状构造。

石墨大理岩型矿石：矿石呈灰黑、深灰色，粒状变晶结构，块状构造。

3.2.2 矿石类型

(1)矿石自然类型。

根据矿石的结构、构造和矿物的组合特点，矿区矿石自然类型可分为石墨片麻岩型和石墨大理岩型。全区矿石类型以石墨片麻岩型为主，石墨大理岩型矿石占比很小，不足总资源量的10%。

(2)矿石工业类型。

矿石自然类型中的矿石矿物石墨呈鳞片—片状产出，石墨片径一般为0.015～0.3mm，最大为1.425mm。石墨粒度分析结果表明，石墨鳞片粒度＞100目(0.147mm)占66.76%左右。固定碳品位2.50%～30.57%，矿石结构为片状、粒状变晶结构，矿石构造为片状、片麻状、块状构造，本区的石墨矿石均属同种工业类型—晶质(鳞片状)石墨矿石。

3.2.3 矿石矿物组分

石墨片麻岩型矿石矿物成分主要是石墨、石英、云母类、方解石、绿泥石、透辉石和黄铁矿，少量的石榴石、矽线石、金红石、赤褐铁矿和磁铁矿。其中石墨是目的矿物，其余为脉石矿物。石墨为矿石中可利用的有用矿物成分，呈晶质鳞片状，含量6%～15%，最高可达30%。不同块段石墨片径大小略有不同，最大的片径1.425mm，最小0.001mm，一般为0.037～0.3mm。在片麻岩中，石墨鳞片定向性较好，呈条带状分布。石墨和石英、长石、云母类、黄铁矿等脉石矿物相嵌，和黑云母和白云母“平行”连生，和黄铁矿紧密相嵌。石墨鳞片部分发生变形，弯曲或揉皱；少部分石墨呈包裹体状存在，包含在脉石矿物内；部分石墨因为风化作用，石墨的片层间夹存脉石矿物，总之石墨鳞片结晶程度较好。

石墨大理岩矿石矿物成分主要是石墨、方解石、石英、透辉石、硅灰石，少量的绿泥石、白云母、黑云母、石榴石，微量黄铁矿、赤褐铁矿，其中石墨是目的矿物，其余为脉石矿物。和石墨片麻岩型矿石不同之处是脉石矿物中以方解石和透辉石为主。矿石中石墨为晶质鳞片石墨，各矿块中石墨片径大小略有不同，大片径的石墨颗粒数占20%～40%，其余小于15%。根据石墨的存在方式石墨可分为两类：①呈单体或集合体存在的石墨，和脉石矿物直边相嵌为主，矿石中95%的石墨都是这类；②矿物包裹体存在的石墨。矿石中石墨最大的片径0.953mm，最小0.001mm，一般为0.150～ 0.020mm。石墨鳞片部分发生变形，总之，石墨鳞片结晶程度较好，矿块中石墨含量在6%～12%。

3.2.4 矿石化学成分

矿石的主要化学成分依次为：SiO2、Al2O3、CaO、固定碳、K2O、Fe2O3、FeO、MgO、S、少量的Na2O、P2O5、TiO2。对石墨矿而言，除了固定碳以外，其他元素都需要通过选矿去除，未发现其他有益组分。

3.2.5 石墨矿物片度

石墨鳞片按-100目(＜0.147mm)、100～80目(0.147～0.175mm)、80～50目(0.175～0.287mm)和+50目(＞0.287mm)四个级别分别统计得出：①石墨片麻岩型矿石：-100目占33.24%，100～80目占11.44%、80～50目占21.61%、+50目占33.71%；②石墨大理岩型矿石：-100目 占63.74%，100～80目占7.99%、80～50目占11.22%、+50目占17.05%(表1)。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因类型

矿体赋存于中—新元古界兴东群大盘道组(Pt2-3d)变质岩中，以多层矿体叠加产出，构成规模较大的矿床。矿体主要受地层岩性控制，产状与地层产状一致，除分布在含石墨片麻岩中的矿体外，矿体与顶底板围岩界面较清晰，仅在含石墨片麻岩中局部呈渐变过渡。

矿石自然类型比较简单，鳞片状、片状结构，似条带状构造。矿石矿物为鳞片状和片状，石墨具定向排列。在矿体和围岩中均含有黄铁矿，反映了原始沉积物均不同程度的含有有机碳质，并且处于还原环境，后经区域变质作用岩石中矿物发生重结晶，进而使生成的晶质鳞片状石墨富集成矿。本区矿床成因应属沉积变质型石墨矿床。

4.2 找矿标志

(1)地层标志：本区石墨矿体均赋存于中—新元古界兴东群大盘道组变质岩中，中—新元古界兴东群大盘道组地层分布区可作为区域找矿标志。

表1 石墨鳞片分级占有率统计

(2)自电异常标志：石墨矿体通常具有较高的负自然电位异常，一般高值负自然电位异常地段是寻找石墨矿的有利部位，可作为间接找矿标志。

(3)岩性标志：利用石墨本身易于鉴别的特点可作为寻找石墨矿床的直接标志，本区含石墨片麻岩、含石墨片岩、含石墨大理岩均可作为直接找矿标志。