莱阳市西徐格庄地区石墨矿床地质特征及找矿远景分析

马方,程蓉蓉*,李明磊,张鲁涛,李志强,梁太涛

(1.山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264004；2.自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东省地质科学研究院，山东 济南 250013)

0 引言

鲁东地区是我国重要的晶质石墨矿产区，区内石墨矿床勘查工作始于20世纪60年代，先后发现有大中型晶质石墨矿床20余处，均分布于古元古代荆山群变质地层中(图1)，兰心俨[1]、孟辉[2]、颜玲亚[3]、焦丽香[4]、李凯月[5]、冯伟[6]等对南墅、刘戈庄、闫村、张舍、大梁子口等地开展过石墨矿床地质特征及岩石学、地球化学等方面的研究，倪振平[7]、王帅[8]、苏旭亮[9]等亦对区域石墨矿地质特征进行了研究并开展了资源潜力评价，刘敬党[10]、梁帅[11]、颜玲亚[12]等对华北地区晶质石墨矿床的成因及成矿系列的划分等进行过细致研究。以往开展的研究工作多集中分布在平度—莱西一带，对于莱阳、牟平等地的石墨矿床论述较少。西徐格庄矿床地处莱阳市南部荆山一带，该区前期已发现大梁子口、山前夼、牛百口等小型矿床，随着近年来晶质石墨矿在高精尖领域的应用，国家对石墨矿的勘查投入亦逐年提高，在西徐格庄地区实现了找矿新突破，本文以在该区开展的2个省级财政项目为依托，对该区石墨矿床地质特征进行了总结，探讨了该区晶质石墨矿床的成矿过程及矿床成因，分析了石墨矿找矿远景，为该区石墨矿勘查找矿提供借鉴。

1 区域地质背景

西徐格庄石墨矿大地构造位置属于华北板块(Ⅰ)胶辽隆起区(Ⅱ)胶莱盆地西部(Ⅲ)莱西-即墨断陷(Ⅳ)荆山凸起(Ⅴ)[13]，荆山凸起主体由古元古代变质地层和中生代侵入岩组成，呈孤岛状分布于中生代沉积盆地中(图1)。

1—第四系；2—白垩系；3—新元古代地层；4—古元古代粉子山群；5—古元古代荆山群；6—新太古代地层；7—早白垩世花岗岩；8—晚侏罗世花岗岩；9—晚三叠世花岗岩；10—断层；11—石墨矿床；12—研究区范围

区内地层由老至新为古元古代荆山群、中生代莱阳群、青山群、王氏群和新近系。荆山群在区内广泛分布，为富铝孔兹岩系[14]，主要岩性为石榴矽线黑云片岩、黑云片岩、白云石大理岩、透辉大理岩、黑云变粒岩、含石墨黑云变粒岩、含石墨黑云斜长片麻岩等，为一套浅海陆源含碳质成熟较低的碎屑岩—黏土岩(泥灰质岩)—碳酸盐岩沉积建造[13]，陡崖组徐村石墨岩系段是晶质石墨矿的赋矿层位。莱阳群、青山群和王氏群分布于荆山群周边，莱阳群主要岩性为砂岩、砾岩、砂砾岩、粉砂质页岩等，青山群主要岩性为流纹岩、凝灰岩、角砾岩、玄武岩等，王氏群主要岩性为砾岩、砂砾岩、砂岩等。第四系沿山前沟谷分布，主要为砾、粗砂、中细砂及粉砂质黏土等。

区内构造主要为褶皱和脆性断裂。褶皱构造是荆山群变质地层的主要表现形式，褶皱构造多期叠加，控制着荆山群地层的展布。禄格庄复式背斜为该区主要褶皱构造，由早期NW向同斜紧闭褶皱叠加NE向背斜形成，核部为荆山群禄格庄组光山大理岩段，翼部依次为野头组、陡崖组，轴面产状近直立，两翼地层具良好的对称性，该褶皱控制西徐格庄地区变质地层的分布，褶皱构造的压缩、弯曲、折叠，使得该区矿层厚度变化较大。脆性断裂构造主要形成于中生代，纵横交错切割不同时代地质体，是区域主要构造类型，脆性断裂具多期活动特征，可划分为NE向、NNE向、SN向、NW向、EW向5组，以NE向为主，规模大，常作为区内主要地质体的边界，与石墨矿产关系密切。一般认为，EW向断裂形成时代较早，NE向次之，NW向断裂形成时代较晚，常限制其他断裂，断裂性质以张性和扭性为主。

区内侵入岩不发育，多呈岩株、岩墙状产出。古元古代西水夼单元细粒变辉长岩侵入荆山群，且多顺层侵入；中生代侵入岩以玲珑序列笔架山单元不等粒伟晶花岗岩最为发育，侵入荆山群并改造石墨矿体，花岗岩侵入体边缘的石墨矿体中常见石墨片径加大或矿体不连续现象。

2 矿床特征

2.1 矿体特征

区内共圈定5条石墨含矿带，编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，均产出于荆山群陡崖组徐村段中，矿体产状与地层产状基本一致(图2)，含矿岩石主要为含石墨黑云变粒岩。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ号含矿带内共圈定矿层20个，以Ⅱ-1、Ⅳ-1号规模较大，其他矿层规模较小(表1)。

表1 西徐格庄矿区矿层特征

1—第四纪沂河组；2—第四纪临沂组；3—王氏群金岗口组；4—红土崖组三段；5—莱阳群水南组；6—莱阳群止凤庄组；7—荆山群陡崖组水桃林片岩段；8—荆山群陡崖组徐村石墨岩系段；9—荆山群野头组定国寺大理岩段；10—荆山群野头组祥山变粒岩段；11—不等粒伟晶花岗岩；12—变辉长岩；13—大理岩；14—石墨含矿带；15—石墨矿层；16—整合界线；17—不整合界线；18—断裂；19—背斜；20—向斜；21—层理产状；22—片理产状；23—钻孔；24—124剖面位置

Ⅱ-1号矿层：赋存于Ⅱ号含矿带内，分布在107～132线间，由7条探槽和5个钻孔控制，长约1600m。矿层呈层状—似层状(图3)，赋存标高+74m～-251m，控制斜深64～353m；矿层走向120°～170°，倾向NE—SE，倾角46°～65°；厚度5.79～50.27m，平均厚度16.14m，厚度变化系数106.17%，为厚度不稳定矿体；固定碳含量2.30%～3.17%，平均含量2.86%，品位变化系数11.14%，属有用组分分布均匀矿体。

1—大理岩；2—黑云变粒岩；3—黑云片岩；4—不等粒伟晶花岗岩；5—产状；6—探槽；7—钻孔及编号；8—石墨含矿带；9—石墨矿层

Ⅳ-1号矿层：赋存于Ⅳ号含矿带内，分布在307～336线间，由5条探槽和5个钻孔控制，长约2100m，控制斜深122～176m；矿层呈层状—似层状，赋存标高+78m～-114m；矿层走向39°～75°，倾向SE，局部反倾，倾角79°～82°；矿层厚度2.03～44.25m，平均厚度13.58m，厚度变化系数91.81%，为厚度不稳定矿体；固定碳含量2.03%～3.79%，平均含量3.21%，品位变化系数20.77%，属于有用组分分布均匀矿体。

石墨含矿带围岩为徐村石墨岩系段黑云变粒岩、定国寺大理岩段大理岩以及水桃林片岩段黑云片岩；石墨矿层的直接顶底板多为含石墨黑云变粒岩、石墨透闪透辉岩以及斜长含石墨黑云片岩等，多与矿层呈渐变过渡，厚度几米到几十米不等。

2.2 矿石质量

矿石类型主要为含石墨黑云变粒岩型，其次为含石墨黑云斜长片麻岩型、含石墨透辉变粒岩型、含石墨构造碎裂岩型等(图4)，其中含石墨黑云变粒岩型和石墨透辉变粒岩型固定碳含量较高，但石墨鳞片相对偏低，含石墨黑云斜长片麻岩型石墨鳞片较大但固定碳含量较低，含石墨构造碎裂岩型石墨矿不具工业价值。

a—黑云变粒岩型石墨矿；b—石墨黑云斜长片麻岩型石墨矿；c—石墨透辉变粒岩型石墨矿；d—含石墨构造碎裂岩型石墨矿

含石墨黑云变粒岩型矿石主要矿物为钾长石、斜长石、黑云母、石英、透辉石、辉石、石墨等；含石墨黑云斜长片麻岩型矿石主要矿物为斜长石、石英、黑云母、石墨等；石墨透辉变粒岩型主要矿物为斜长石、透辉石、透闪石、黑云母、白云母、石英、石墨等。几种矿石中副矿物一般为磁铁矿、锆石、磷灰石，次生矿物为绢云母、方解石、高岭土等。

矿石中固定碳呈晶质石墨形态存在，多呈鳞片状，大致星散状定向分布(图5a)，局部可见解理弯曲(图5b)。石墨片径一般0.2～0.3mm，个别0.5mm以上，正目石墨含量47.12%。矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构(图5c)和鳞片状变晶结构(图5d)，柱状变晶结构少量，鳞片粒状变晶结构和柱状变晶结构多见于含石墨黑云变粒岩矿石，鳞片状变晶结构多见于含石墨黑云斜长片麻岩矿石。矿石构造主要为块状构造和弱片麻状构造，少量变余层理构造。

a—石墨鳞片定向分布；b—石墨鳞片局部弯曲；c—鳞片粒状变晶结构；d—鳞片状变晶结构；Bt—黑云母；Ptz—石英；Gph—石墨矿

矿石有用组分固定碳含量一般为2.02%～3.79%，最高可达8.70%，主矿层固定碳平均含量2.81%；有益组分金红石(TiO2)含量少，详见表2。

表2 矿石化学成分统计表 单位：%

3 矿床成因

3.1 成矿时代

荆山群的形成时代在2100～1900Ma之间[15-18]，据野外地质调查，古元古代西水夼单元变辉长岩多顺层侵入荆山群变质地层，变辉长岩中未发现晶质石墨的混入表明石墨矿的形成时代至少早于变辉长岩的形成时代，荆山群地层与变辉长岩共同接受褶皱构造的变形改造也是石墨矿形成于古元古代的证据之一。

3.2 原岩建造

矿床中矿石及围岩主体岩性为变粒岩类、片岩类和大理岩类，具孔兹岩系岩性组合特点。据冯伟[6]对该区石墨黑云变粒岩进行的原岩恢复，其原岩为一套以杂砂岩、黏土岩和碳酸盐岩为主的含碳碎屑岩组合，亦表明其适宜生物大量繁衍的温暖沉积环境。

3.3 成矿物质来源

据野外调查可知，该区石墨矿体多呈层状、似层状产出，与围岩产状一致，且界线多为渐变过渡或互层过渡关系，具有明显的原生沉积特征；矿体产出具有一定的层位规律，岩性特征均与石墨黑云变粒岩、石墨斜长片麻岩有关，说明其原岩沉积具有一定适宜于生物大量繁殖的古地理环境；鱗片状石墨在矿石中分布均匀，品位相对稳定，反映出成矿物质没有发生过大规模的迁移运动，只是在前进的变质作用过程中，在有限的空间范围内重新组合、重新结晶形成石墨，说明石墨矿碳质成分来源于原岩本身的原始沉积。据梁帅[12]、季海章[19]、马旭东[20]等对鲁东晶质石墨碳稳定同位素的研究，鲁东地区众多石墨矿床碳δ13C范围在(-6.72～-28.93)×10-3，与世界有机质平均值(-26±7)×10-3最为接近，表明碳质来源主要为有机物。

3.4 变质作用

晶质石墨矿的形成与区域变质作用密切相关[21]，在区域变质作用中不同温度、压力条件下经历的变质程度不同，有机物的石墨化程度亦是不同[22]。变质程度高形成大鳞片的晶质石墨[7]，如莱西南墅、平度刘戈庄等地，主期变质温度750℃左右，压力0.5GPa左右[23-24]，为低压麻粒岩相，形成石墨片径0.5～1.0mm；变质程度低则形成较细鳞片的隐晶质石墨，如栖霞等地分子山群，为低角闪岩相，形成石墨片径仅0.03～0.1mm。山东省地质调查院在区调工作中对莱阳南部荆山群地层变质温压条件开展过研究，认为该套地层变质温度在440～750℃之间，压力0.4～0.6GPa，以低压麻粒岩相—高角闪岩相—低角闪岩相带状分布为特征，西徐格庄矿区位于该套地层东北部，矿区内荆山群变质程度该区变质程度以麻粒岩相—高角闪岩相为主，该区石墨片径相对莱西、平度等地亦较小。

4 找矿标志及前景分析

4.1 找矿标志

(1)地层标志：古元古代荆山群陡崖组徐村石墨岩系段是赋存石墨的重要层位，含石墨黑云变粒岩、含石墨透辉变粒岩和含石墨黑云斜长片麻岩的岩石组合可作为石墨矿的直接找矿标志。

(2)构造标志：在荆山群变质地层褶皱构造的翼部、转折端以及向斜构造的核部等部位，石墨矿易富集成矿，且较易形成厚大矿体。褶皱构造同时发育的层间挤压带、走滑断裂带，是矿层中富矿的界面，为石墨矿的间接找矿标志。

4.2 找矿前景分析

西徐格庄地区的5条石墨含矿带，为褶皱和断裂构造改造后的同一层位(图6)，该区发现的石墨矿层分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ号等3条含矿带中，Ⅲ、Ⅴ号含矿带未经工程控制，含矿带与激电中梯异常套合较好，有待进一步工作进行查明。已发现主矿体沿走向和倾向均未封闭，Ⅳ-1矿体SW方向厚大部位延伸2.5km至南姜格庄村民采矿点均未进行控制，有较大的找矿潜力。

1—荆山群陡崖组水桃林片岩段；2—荆山群陡崖组徐村石墨岩系段；3—荆山群野头组定国寺大理岩段；4—荆山群野头组祥山变粒岩段；5—荆山群禄格庄组光山大理岩段；6—玲珑序列笔架山单元；7—石墨含矿带；8—石墨矿层；9—预测石墨矿层位置

5 结论

(1)西徐格庄石墨矿共圈定石墨含矿带5条，矿层20个，矿层一般呈层状—似层状，主矿体具膨胀或收缩现象，矿体长200～2100m，平均厚度2.78～33.55m，品位2.09%～3.39%，矿石类型主要为含石墨黑云变粒岩型。

(2)西徐格庄石墨矿为“区域变质型”石墨矿床，赋存于古元古代荆山群陡崖组徐村石墨岩系段变质地层中，具成矿专属性，层控特征明显，并严格受褶皱构造控制，在褶皱转弯部位易形成厚大矿体，赋矿层位具低阻高极化异常，可采用激电中梯测量工作进行定位。

(3)西徐格庄石墨矿体沿走向和倾向均未封闭，其深部以及未控制含矿带仍有较大找矿空间，Ⅳ-1矿体SW向延伸部位是以后工作的重点；向斜构造的深部转折部位是形成厚大石墨矿体的有利部位，进一步厘清该区褶皱构造的空间分布特征对今后的石墨找矿有重要意义。