吉林省集安地区晶质石墨矿床特征及找矿前景分析

万立安

集安市财源兴达选矿有限公司，吉林 集安 134200

0 引言

研究区勘查程度较高，先后有多家勘查单位对该区开展了区域地质调查及石墨矿产资源普查、详查工作，并取得了丰硕的工作成果，提交可供开采利用石墨资源储量，为矿产资源开发利用提供依据。同时，对区内主要地层划分的各组含矿特征做了较详细阐述。对晶质石墨矿的成矿机制、分布规律作了相应研究，对区内的晶质石墨矿成矿远景进行了分析评价。

本次研究工作主要是收集、整理区内已提交的地质成果资料，以及对区内开采矿山现场踏查，通过梳理、对比、综合分析，进一步研究吉林集安地区晶质石墨矿床特征和矿体分布规律，为今后开展成矿规律和控矿因素的研究，为指导区域找矿提供依据，对区域石墨资源开发有着重要意义。

1 区域地质概况

研究区位于吉林省南部集安地区，所处的大地构造为中朝准地台(Ⅰ)、辽东台隆(Ⅱ)、太子河—浑江拗陷(Ⅲ)、桓仁—集安隆起(Ⅳ)的北缘[1]。

1.1 地层

该区域出露地层下元古界集安群(Pt1)、老岭群(Pt2)和中生界侏罗系和新生界第四系[2]。

(1)集安群分布于全区的绝大部分，是区内的主要地层,自下而上有蚂蚁河组(Pt1m)、荒岔沟组(Pt1h)、大东岔组(Pt1d)。本区晶质石墨矿主要赋存在古元古界集安群中部荒岔沟岩组上部。荒岔沟岩组以含石墨为特征，由石墨变粒岩、石墨透辉变粒岩、含墨透辉变粒岩、含墨黑云片麻岩、含石墨大理岩、黑云变粒岩和斜长角闪岩组成，变质程度较深，多为高角闪岩相[3]。

(2)老岭群珍珠门组(Pt2z)在区内西北部边缘有少量出露。主要岩石类型为白云质大理岩，底部为黑色碳质板岩。

(3)侏罗系果松组(J3g)主要在区域南部有零星出露。主要岩石类型安山岩、玄武岩、火山碎屑岩(凝灰岩)和粉砂岩、粉砂质泥岩、砾岩等。

(4)新生界第四系分布于河流两岸和山谷中。

1.2 区域构造

(1)断裂构造

区内发育的断裂构造主要有三组：一组为北东向、北北东向；一组为北西向；另一组为近东西向。北东向、北北东向断裂为推测平移断裂构造，北西向、近东西向断裂以推覆和逆掩断裂构造为主，上述断裂构造控制了区内集安群各组界线及展布方向[2]。区内断裂构造虽然较发育，但对矿体影响不大。

(2)褶皱构造

区域内褶皱构造发育较为普遍，并多显示为叠加褶皱特征，其在相当大的范围内表现为单斜构造，局部多呈现次一级复式褶皱。主要褶皱构造为虾蝶沟—复兴屯向背斜叠加褶皱，有泉眼沟—虾蛛沟叠加褶皱。横路西岔—四道阳岔背斜、东江腰营子荒沟复式褶皱构造组成[2]。矿体的形态、产状、空间分布受褶皱影响较为明显。以集安市清河二道村晶质石墨矿勘查区为例，勘查区位于腰营子—大荒沟复式褶皱构造以东、横路西岔—四道阳岔背斜以北的地区。区内荒岔沟组总体表现为轴向近南北、略向北西倾伏的开阔背斜。背斜轴面位于纵剖面Ⅳ～Ⅴ线之间，岩层倾角9°～30°。勘查区内地层位于开阔背斜两翼呈现单斜产出，走向北东5°，倾向南东东或北西西，倾角5°～25°。

1.3 区域岩浆岩

岩浆活动以顺层注入交代为主，可见切穿地层和矿层的现象，具重熔岩浆岩特征。

1.4 变质作用

集安群历经多期变质作用，并以区域变质作用为主，变质程度主要为高角闪岩相。在区域变质过程中及变质期后，普遍发生不同程度的混合岩化作用。岩石主要表现原来的中基性火山岩变质而成斜长角闪岩类岩石；中酸性火山岩中变质而成各种片麻岩、变粒岩和浅粒岩类，以及由火山碎屑岩变质而成的变粒岩、片麻岩和黏土质砂质沉积变质的各种石英岩、片岩类、片麻岩等岩石，及碳酸盐类变质而成的大理岩类。荒岔沟组原岩为一套含有机炭的火山岩—碳酸盐沉积建造，石墨矿为区域变质和混合岩化作用产物。

2 矿床特征

2.1 矿体特征

目前，该区发现的石墨矿床主要在集安清河—财源一带，已提交多份地质详查报告。石墨矿床主要赋存于集安群荒岔沟组含墨黑云变粒岩和含墨透辉变粒岩、石墨变粒岩中等的含墨岩系中。矿床受层位控制，并受褶皱构造影响较大，矿体多为似层状、扁豆状。矿床有多条大小不一矿体组成，矿体大致平行产出，产状与地层基本一致。以主要典型矿床为例：

(1)集安市清河镇二道村晶质石墨矿

矿体呈层状赋存于集安群荒岔沟组三段第二层(Pt1h3-2)含石墨透辉变粒岩中，全区共圈出5条晶质石墨矿体，大致平行产出，产状与地层基本一致。其主要矿体特征在空间上表现为轴向近南北、略向北西倾伏的宽缓背斜。背斜核部矿体厚大，向两侧逐渐变薄，矿体北部沿背斜轴向向北逐渐尖灭,矿体南部呈单斜产出。矿体倾向南东东或北西西，倾角5°～25°(图1～图3)。

图1 集安市二道村晶质石墨矿平面地质图Fig.1 Planar geological map of crystalline graphite mine in Erdaocun, Ji’an City 1.第四系全新统；2.侏罗系果松组二段：安山质火山角砾岩、安山岩、凝灰岩；3.荒岔沟组透辉变粒岩、浅粒岩层；4.荒岔沟组斜长角闪岩、含石墨透辉变粒岩层；5.蚂蚁河组：斜长角闪岩、蛇纹石化大理岩、黑云变粒岩。

图2 二道村晶质石墨矿08号勘探线剖面示意图Fig.2 Section diagram of No.08 exploration line of crystalline graphite mine in Erdaocun

图3 二道村晶质石墨矿Ⅳ号勘探线纵剖面示意图Fig.3 Longitudinal profile diagram of No.Ⅳ exploration line of crystalline graphite mine in Erdaocun

(2)集安市财源镇双兴六队晶质石墨矿

矿体赋存于集安群荒岔沟组石墨黑云变粒岩中，总体呈层状、似层状产出，呈北东—南西向展布。其中1号矿体是双兴六队晶质石墨矿床主要矿体，对其介绍如下：

地表控制矿体长约850 m,深部控制矿体最大斜深约210 m，厚度13～50 m。倾向150°～160°、倾角35°～45°。矿体延向走向变化规律为中间厚向两端逐渐变薄，延倾向变化规律为自地表向深部逐渐变厚的趋势(1)中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队.吉林省集安市双兴六队晶质石墨矿详查报告[R].吉林省地质资料馆，2011.。

(3)霸王朝石墨矿

矿体赋存于集安岩群荒岔沟组含墨黑云变粒岩中。该勘查区共查明1、2、3号，共3条矿体，其中1号矿体为主矿体，地表呈一向南东突出的新月形，剖面上呈似层状，矿体南西端走向61°，向北东转为28°，倾向北西，倾角20°～40°。

2.2 矿石质量及特征

该区域内的石墨多为晶质(鳞片状)石墨矿床，虽然品位较低，但可选性较好，大片率高，深受市场欢迎。以清河二道村晶质石墨矿和双兴六队晶质石墨矿矿石为例。

2.2.1 清河二道村晶质石墨矿

(1)矿石矿物成分及结构构造

矿石矿物：为晶质石墨，体积分数3%～10%左右，以浸染状、条带状分布于透辉变粒岩中。石墨呈灰黑色—黑色，反射光铅灰色，金属光泽，弯曲片状，鳞片状，总体显定向分布于长石、石英间或环绕生长，粒径0.2～1.5 mm。

脉石矿物：有透辉石、斜长石、石英、黑云母及少量暗色矿物。透辉石体积分数15%～25%左右，斜长石体积分数35%～45%左右，石英体积分数10%～25%左右，黑云母体积分数5%～10%左右。透辉石：灰绿色，正高突起，解理两组完全，柱粒状，二级干涉色，斜消光，消光较大，粒径0.15～0.2 mm，少数0.2～0.3 mm；斜长石：灰白色，板粒状，解理可见但双晶多数不见，粒径0.1～0.3 mm。无色，部分晶体黏土化、绢云母化；石英：乳白色，他形粒状，粒径0.2～0.5 mm；黑云母：片状晶体，长轴粒径在0.2～1.5 mm之间，多已退色或浅黄褐色，沿解理见少量铁质析出，部分绿泥石化，长条状有时弯曲，分布于上述矿物间，定向或半定向排列。

矿石结构构造：呈灰黑色，鳞片状—粒状变晶结构，细粒粒状变晶结构为主，层状构造，局部呈块状构造。见图4、图5。

图4 石墨透辉变粒岩：大鳞片柱状变晶结构Fig.4 Graphite diopside granulite: large scale columnar crystalloblastic texture正交偏光10×10

图5 石墨透辉变粒岩：细粒鳞片柱状变晶结构Fig.5 Graphite diopside granulite: fine scale columnar crystalloblastic texture正交偏光10×10

(2)矿石化学成分

矿石中有益组分为固定碳(C固)，根据矿体基本分析结果表，固定碳(C固)含量2.51%～4.00%，平均含量3.12%。主要赋存在石墨变粒岩中，少部分含在浅粒岩中。

对矿石主要组分进行了组合分析(20件)，统计结果见表1。

矿石多元素分析样品3件，统计结果见表2。

根据原矿化学成分分析结果(表1、2)，矿石中有益组分为固定碳(C固)，未发现可以综合利用的有用元素和矿物。

(3)石墨片度

在钻孔中选择有代表性的矿石样品进行了晶质石墨片度测试，共测试样品155件。统计结果见表3。

表1 组合分析统计结果表

表3 石墨片度测定统计结果表

石墨片度测试结果(表3)表明，大鳞片正目(+100目/0.147 mm)石墨占96.02%，以大鳞片石墨为主。晶质石墨结晶颗粒相对较粗大，大片率较高。

2.2.2 双兴六队晶质石墨矿

(1)矿石矿物成分及结构构造

矿石矿物：晶质石墨，石墨呈黑色，不透明，鳞片状，鳞片大小在0.03～0.5 mm，多数在0.1～0.3 mm，杂乱分布。体积分数为10%～15%。

脉石矿物：阳起石、斜长石、钾长石、石英、黑云母及少量磁铁矿。另有几条次生石英、方解石、绿泥石微细脉体穿插。阳起石：无色—淡绿色，具弱多色性，长柱状、粒状，边缘不规则，大小在0.05×0.1～1.0×2.0 mm，较大者似变斑晶状，含石墨或炭质包裹甚多，中正突起，见闪石式解理，略显定向排列。体积分数30%～35%；斜长石：浅褐色，他形粒状、部分表面次生绢云母、绿泥石，粒径在0.05～0.3 mm，多在0.1～0.2 mm，突起不明显，为更—中斜长石体积分数20%～25%；钾长石：无色、浅褐色，部分有泥化浑浊，他形粒状，粒径在0.05～0.3 mm，较大者含石墨或炭质包裹体。低负突起，体积分数20%～25%；石英：无色，纯净，粒状，粒径在0.1 mm±，低正突起。体积分数在5%±；黑云母：浅黄—棕褐色，多色性明显，片状。体积分数5～10%。

矿石自然类型为石墨黑云变粒岩，呈鳞片粒状变晶结构，块状构造，岩石内斜长石、钾长石和阳起石组成结构特征，片状的石墨、黑云母杂乱分布。

(2)矿石化学成分

经过对矿区424件基本分析样品进行统计，固定碳含量最低2.50%，最高7.72%，平均3.82%，矿石品位变化系数为33%，为均匀的。

根据组合分析结果，对各项化学成分进行统计，统计结果详见表4。

表4 化学成分统计表

矿石多项分析的目的是查明矿石中的有益有害组分及其含量及有无综合利用意义。矿石多项分析结果见表5。

表5 矿石多项分析结果表

依据矿石多项分析结果(表5)矿石中有益组分为固定碳(C固)，未发现可以综合利用的有用元素和矿物。

(3)石墨片度

在深部工程选择有代表性的矿石样品进行了晶质石墨片度测定，测试结果：>50目(0.355 mm)占58.59%，50～80目(0.287 mm)占21.88%，80～100目(0.175 mm)占7.03%，小于100目(0.147 mm)占11.50%。依据石墨晶体大小(片度)分类：大鳞片石墨(>0.150 mm)占87.50%，中鳞片石墨(0.075～0.150 mm)占11.50%，以大鳞片石墨为主，占87.50%。

综上，对上述典型矿床的矿石矿物分析结果，参照吉林省集安市清河镇二道村晶质石墨矿选矿试验报告(项目号：2016—913)(2)吉林省冶金研究院.吉林省集安市清河镇二道村晶质石墨矿选矿试验报告(项目号：2016—913)[R].吉林省冶金研究院，2016.12.，矿石中的有害组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、S等含量较低，对选矿影响较低，该区内的石墨矿石属易选类型。

2.3 围岩及夹石

(1)近矿围岩及夹石

近矿围岩及夹石主要为含墨黑云变粒岩、含墨变粒岩、石墨透辉变粒岩、含墨大理岩、含墨角闪黑云变粒岩等含墨岩系，部分地段矿体围岩为浅粒岩。

当矿体围岩为含石墨透辉变粒岩或含墨黑云变粒岩的矿体，围岩及其夹石与矿体物质成分基本一致时，矿体与围岩为渐变过度关系，依据其含石墨品位高低而确定是否为矿石，矿体界限不清，不易辨认，只能依靠测试样品区分。围岩及夹石对矿石质量无大影响。当矿体围岩为浅粒岩时，则矿体与围岩界线清楚。

(2)含矿层与围岩

含矿层与围岩间界线较易辨认，其围岩为片麻状花岗岩和斜长角闪岩，这类岩石与含矿层界限明显,但不是近矿围岩，对矿石质量无大影响。

3 矿床成因类型及找矿标志

3.1 矿床成因类型

古元古界集安群为一套含石墨硅质富镁的火山—沉积建造，其荒岔沟岩组为一套海相碎屑岩—火山岩—碳酸盐沉积建造[4]。赋存于集安群的晶质石墨矿床属于海底火山沉积变质、岩浆热液作用的层控矿床[1]。

本区石墨矿床类型为区域变质型矿床。区域变质作用和重熔改造型的岩浆热液活动是形成晶质石墨矿的重要过程(3)吉林省地矿勘察设计研究院.吉林省集安市财源镇霸王朝石墨矿详查报告[R].吉林省地质资料馆，2017.3.。该区中深程度的区域变质作用使碳质结晶为鳞片状，混合岩化的广泛发育，但又不太强烈，使石墨重结晶形成大鳞片，提高了工业价值[5]。

混合岩化作用程度是晶质石墨能否具有工业价值的关键。混合岩化作用强烈，石墨发生重结晶，并形成大鳞片，但脉体物质相对增多造成晶质石墨分散、贫化；混合岩化太弱，结晶鳞片又太小，无大经济价值[2]。因此，中等程度混合岩化更有利于可开采晶质石墨矿床的形成。

3.2 找矿标志

(1)集安群荒岔沟组是寻找石墨矿床的标志层位[6]；

(2)荒岔沟组含石墨黑云变粒岩、含石墨透辉变粒岩等含墨岩系是直接找矿标志(4)中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队.吉林省集安市清河镇二道村晶质石墨矿勘探报告[R].吉林省地质资料馆，2018.3.；

(3)因石墨属良导电矿物，矿化体与围岩的电性差异明显，因此该区中、低阻或高极化率地质体是间接找矿标志[2]。

4 找矿前景分析

(1)该区成矿地质条件优越，有利用石墨矿床形成。

下元古界集安群为一套含石墨硅质富镁的火山沉积建造。其中荒岔沟组为一套海相碎屑岩火山岩碳酸盐沉积建造，原岩碳质含量较高，为石墨矿床的形成提供了物质来源[2]，有利于石墨矿床形成。目前，在该区已发现多个石墨矿床，在集安市财源镇区内有已知大型矿床1处，中型矿床4处，小型矿床1处，已探明资源储量(矿物量)309.92万t；集安市清河镇区内已知大型晶质石墨矿床2处，已探明资源储量(矿物量)403.59万t[3]；集安市头道镇区内已知石墨中型矿床1处，已探明资源储量(矿物量)29.7万t。另外在头道腰营一勘查区正在进行勘探工作，阶段性工作报告估算石墨储量(矿物量)20万t，勘查工作还在继续，初步估算至少为一中型石墨矿床。

(2)该区含石墨岩系分布广，找矿前景较好。

吉林省集安地区晶质石墨矿主要赋存于集安群荒岔沟组(Pt1h)，该含石墨岩性段在区域内广泛分布，出露面积约占集安群的50%左右[3]，以集安市财源镇—清河镇—头道一带较为集中，因此该区内石墨资源开发潜力较大。

通过调查工作，在财源一带新发现晶质石墨矿点2处、矿化点1处，圈定自电异常区7处。通过少量槽探查证工作，已揭露晶质石墨矿体和矿化体10余条。在集安清河一带，空白区内新发现矿点2处，圈定融电异常区25处，自电异常区8处，已验证多处激电异常区和自电异常区，发现10余条晶质石墨矿体[3]。

通过调查了解，相关单位已申请在集安台上镇、集安市孤山子、清河镇小荒沟石墨矿设立石墨普查项目，有望发现1～2处石墨矿产地。

研究区成矿地质背景良好，而且具有成矿地层、构造、岩浆岩及地球物理特征等地质条件，成矿条件优越，找矿前景十分广阔。

5 结论

通过对区内几个已知的晶质石墨矿床的特征对比分析结果看，吉林省集安地区的晶质石墨矿床在成因类型、区域地质特征、矿体地质特征以及矿石质量特征上大致相近，矿床类型属于区域变质型晶质石墨矿床。该区域晶质石墨矿床严格受层位控制，并受褶皱构造影响较大，矿体多为似层状、扁豆状，矿体大致平行产出，产状与地层基本一致。该地区的晶质石墨矿具有低硫、易选、大鳞片等特点。区内地质成矿条件较好，如在该区继续开展勘查工作，会取得较好的探矿效果，有望进一步扩大该区石墨资源储量。