集安市双兴六队晶质石墨矿床地质特征及成因

曾庆彬（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

集安市双兴六队晶质石墨矿床地质特征及成因

曾庆彬
（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

【摘 要】吉林省集安市双兴六队晶质石墨矿床位于中朝准地台东部，辽吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。赋存于集安群荒岔沟组三段第二岩性层即石墨黑云变粒岩中，为变粒岩混合岩化型晶质石墨矿床。本文叙述了该矿床地质特征，分析了矿床成因，列出了找矿标志，具有一定指导意义。

【关键词】晶质石墨矿；地质特征；成因类型；集安市

吉林省集安市双兴六队晶质石墨矿区位于集安市北西约310°方向，直距约45km，行政隶属吉林省集安市财源镇。面积3.87km2。矿区为低山地貌 ，海拔高度426～628m，一般海拔500m左右，相对高度202m。属北寒温带大陆性季风气候，矿区交通方便，矿山开采条件优越。为满足吉林省乃至全国晶质石墨工业发展的原料需求、加大开发力度，研究和开发双兴六队晶质石墨矿床具有重要意义。

1　区域地质概况

双兴六队晶质石墨矿床位于中朝准地台东部，辽吉早元古宙拗拉槽中部，集安盆地中。

1.1 地层

区域出露地层有下元古界集安群(Pt1)、老岭群(Pt2)；中生界侏罗系和新生界第四系。

(1) 集安群。

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)。主要岩石类型有浅粒岩、变粒岩、石英岩、片岩、片麻岩、大理岩、斜长角闪岩和各类混合岩。

蚂蚁河组岩性特征：肉红色混合岩夹斜长角闪岩、黑云变粒岩、浅粒岩残留体，含硼蛇纹石化白云质大理岩。厚度458～1 410m。赋存有硼、石棉、云母、透辉石、水镁石等非金属矿产。

荒岔沟组为晶质石墨含矿层，以含石墨为特征，由石墨变粒岩、石墨透辉变粒岩、含石墨透辉变粒岩、含石墨黑云片麻岩、含墨大理岩、黑云变粒岩和斜长角闪岩等组成，变质程度较深多为高角闪岩相，赋存有石墨、透辉石、金及有色金属矿产。厚度53～725m。

大东岔组以多硅高铝为特征，由二云片岩、变粒岩、片麻岩和石英岩组成。厚度480～880m。赋存有矽线石等。

(2) 老岭群珍珠门组。

老岭群珍珠门组(Pt2z)在区内西北部边缘有少量出露。主要为灰白、白色白云质大理岩，底部为黑色碳质板岩。厚度777～834m。

(3) 上侏罗统果松组。

侏罗系果松组(J3g)主要在区域南部有零星出露。上部：紫色火山角砾岩、灰绿色凝灰岩；下部：灰色—深灰色玄武岩、火山角砾岩、安山岩、灰白色流纹岩。厚度＞861m。

(4) 第四系。

新生界第四系分布于河流两岸和山谷中。砾石、砂、亚粘土、腐植土。厚度1～15m。

1.2 构造

(1) 褶皱构造。

区域内主要褶皱构造为虾蠓沟—复兴屯向背斜叠加褶皱，有泉眼沟—虾蠓沟叠加褶皱、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) 断裂构造。

区内断裂构造发育，主要有3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。北西向、近东西向断裂以推覆和逆掩断裂构造为主，北东向、北北东向断裂为推测平移断裂构造。上述断裂构造格架，控制了区内集安群各组界线及展布方向。

主要断裂构造有：北东向的马蹄沟—复兴屯、哈塘沟—鹿圈子沟、花甸子—三道崴子逆冲断裂构造；北西向的复兴屯—南台逆冲断层；幸福逆掩断层带、东西向的马蹄沟—西沟—东岔沟—四道沟逆掩断裂带。

1.3 岩浆岩

区域内岩浆岩比较发育，侵入岩及喷出岩均有产出。其中对晶质石墨成矿有影响的主要是侵入岩，其主要分布于区域中部和北部，时代有五台期、印支期—燕山期、燕山期侵入岩活动。各期侵入岩特征如下：

(1) 五台期斜长花岗岩(γ21)。

主要分布于区域的北部和中部的鹿圈子沟、山城子—亮红顶子一带，呈岩株状侵入荒岔沟组，出露面积不等，以鹿圈子沟和山城子侵入体最大，面积约1～3km2，一般为0.2～0.51km2。岩石特征如下:

斜长花岗岩：呈灰白、白色，中粒花岗结构，交代结构，块状构造，由斜长石、石英、微斜长石及黑母云组成。

(2) 五台期巨斑状花岗岩(γ22)。

仅在区域南部的南岔和正岔一带见有小面积出露，与集安群大东岔组、荒岔沟组呈侵入接触，局部岩株状侵入于集安群不同层位之中，岩体内常见蚂蚁河组均质混合岩、荒岔沟组含墨黑云变粒岩、大东岔组矽线片麻岩残留体，表明该岩体侵入时代晚于大东岔组。岩石特征如下：

巨斑状花岗岩：岩体岩相较单一，岩石以灰白色为主，局部肉红色，两者互为过渡，没有明显界线，具交代条纹结构，斑状构造，斑晶以微斜长石为主，基质由斜长石、钾长石、黑云母、石英组成。

(4) 燕山期角闪钾长花岗岩—岗山岩体(r53(1))。

分布于工作区南西部，侵入集安群蚂蚁组及荒岔沟组地层中，可划分为外部相与过渡相。岩体呈椭圆状，面积约120km2。岩性主要为中—细粒角闪钾长花岗岩。

五台期斜长花岗岩(γ12)的侵入为矿床的形成提供了热量，有利于晶质石墨矿床的形成。

1.4 变质作用

变质作用以区域变质作用为主，集安群、老岭群因受多期变质作用，变质程度较高且深浅不一，岩石类型复杂。集安群和老岭群变质作用的特征如下：

集安群：变质程度深，以高角闪岩相为主，且混合岩化作用强烈，变形复杂(三期变形)，原岩很难识别。岩石类型有均质混合岩、斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、大理岩、片麻岩、片岩、石英岩。

老岭群：变质程度中—深，以低角闪岩相为主，且无混合岩化作用，变形复杂(二期变形)。岩石类型有变粒岩、浅粒岩、大理岩、板岩、长石石英岩。

2　矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层有下元古界集安群荒岔沟组三段、大东岔组；新生界第四系(见下图)。

集安市双星六队晶质石墨矿地形地质图

2.1.1 荒岔沟组三段(Pt1h3)

分布于矿区大部分，为一套含墨岩系，岩性有石墨黑云变粒岩、含墨黑云变粒岩、含墨浅粒岩、斜长角闪岩等。呈北东向展布，总体形态为长条形，地层厚度500～530m。根据岩性特征，又划分为4个岩性层，由老至新叙述如下：

(1) 斜长角闪岩层(Pt1h3-1)：分布于矿区中部，岩性以斜长角闪岩为主，厚度80～90m。

(2) 石墨黑云变粒岩层(Pt1h3-2)：分布于矿区中南部，岩性以黑云变粒岩为主，赋存3层石墨矿，为区内石墨矿主要含矿层位，矿层厚度6～50m，地层厚度150～160m。

(3) 含墨黑云变粒岩层(Pt1h3-3)：分布于矿区南部，岩性以黑云变粒岩为主，含少量石墨，品位低，厚度170～180m。

(4) 含墨浅粒岩层(Pt1h3-4)：分布于矿区南东部，岩性以浅粒岩为主，含少量石墨，品位低，厚度＞100m。

2.1.2 大东岔组(Pt1d)

分布于矿区北西部，以多硅高铝为特征，岩性由二云片岩、变粒岩、片麻岩和石英岩组成。

2.1.3 第四系全新统(Q4)

分布于沟谷中，主要由残坡积、冲洪积物组成，厚度2～10m。

2.2 构造

矿区内地层呈单斜构造产出，地层总体走向为北东—南西，倾向南东，倾角一般在35～45°。

矿区内构造主要为断裂构造，发育有北东向的逆断层(F1)，位于矿区的北西部，长度约1.5km，断层性质为逆断层，倾向南东，倾角25～35°。由于F1逆断层的存在，致使大东岔组(Pt1d)与荒岔沟组(Pt1h)地层呈断层接触，老地层覆盖于新地层之上。F1断层对双兴六队晶质石墨矿床的影响程度很小。

矿体内未见脉岩，脉岩对矿体无破坏作用。

2.3 岩浆岩

矿区内混合岩化作用较弱，在荒岔沟组中见中—粗粒斜长花岗岩脉侵入。此外见后期混合伟晶岩脉贯入。

3　矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿体赋存于集安群荒岔沟组三段第二岩性层即石墨黑云变粒岩中，总体呈层状、似层状产出，呈北东—南西向展布。双兴六队晶质石墨矿区共查明①、②、③号3条矿体。现分述如下：

①号矿体：矿体出露标高为470～627.50m。地表由TC00、TC02、TC12、TC04、TC06、TC08探槽控制，地表控制矿体长约850m；深部由ZK0001、ZK0002、ZK0003、ZK0201、ZK0202、ZK0203、ZK0401、ZK0402、ZK0403、ZK0601、ZK0602钻孔控制，控制矿体最大斜深约210m,厚度13～50m。平均品位3.93%。矿体品位变化系数为3.57%，矿体厚度变化系数为17.57%。倾向150～160°、倾角35～45°。矿体延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。

②号矿体：矿体出露标高为550～610m。地表由TC08控制，推测矿体长约200m；深部无工程控制，推测矿体斜深约200m(推至最低开采标高线)，工程控制最大厚度6.00m。倾向160°、倾角40°。

③号矿体：矿体出露标高为510～580m。地表由TC02－1、TC12控制，控制矿体长约120m；深部无工程控制，推测矿体斜深约150m(推至最低开采标高线)，工程控制最大厚度7.36m。倾向120°、倾角43°。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿物成分及结构构造

矿石自然类型为石墨黑云变粒岩，岩石呈鳞片粒状变晶结构，块状构造。

显微镜鉴定：岩石属变粒岩类。主要矿物成分为阳起石、斜长石、钾长石，少量石墨、石英、黑云母等。岩石具鳞片粒状变晶结构，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。

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)mm～(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。含量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0.05～0.3mm，多在0.1～0.2 mm，突起不明显，为更—中斜长石含量20%～25%。

钾长石：无色、浅褐色，部分有泥化浑浊，他形粒状，粒径在0.05～0.3mm，较大者含石墨或炭质包裹体。低负突起，含量20%～25%。

石墨：黑色，不透明，鳞片状，鳞片大小在0.03～0.5mm，多数在0.1～0.3mm，杂乱分布。含量10%～15%。

石英：无色，纯净，粒状，粒径在0.1mm±，低正突起。含量5%±。

黑云母：浅黄—棕褐色，多色性明显，片状。含量5%～10%。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。矿石矿物：晶质石墨。脉石矿物：钾长石、斜长石、阳起石、石英。

3.2.2 矿石化学成分

经对矿区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1。

表1　矿石化学成分(%)

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，有无综合利用意义。矿石多项分析结果见表2。

表2　矿石多项分析(%)

根据表2分析结果，参照吉林省通化县三半江晶质石墨矿床选矿试验成果，矿石中有害元素为S但含量较低(平均为0.25%)对选矿影响不大。未发现可以综合利用的有用元素和矿物。

3.2.3 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(0.355mm)占58.59%，80～50目(0.287mm)占21.88%，100～80 目(0.175mm)占7.03%，＜100目(0.147mm)占11.50%。

由此可见，依据石墨晶体大小(片度)分类：大鳞片石墨(＞0.150mm)占87.50%，中鳞片石墨(0.075～0.150mm)占11.50%，以大鳞片石墨为主，占87.50%。

3.3 矿石类型

矿石自然类型为石墨黑云变粒岩，其工业类型以耐火材料用晶质石墨为主。

3.4 矿体围岩和夹石

3.4.1 矿体顶、底板

矿体顶、底板岩性均为含石墨黑云变粒岩。其特征为固定碳含量1.0%～2.0%，未达到工业品位。近矿围岩及其夹石与矿体物质成分基本一致，品位较低，对矿石质量无大影响。

标本观察：深灰色，细粒，见石墨鳞片，局部有灰白色方解石细脉穿插。定向构造不明显。

显微镜鉴定：细粒鳞片柱粒状变晶结构，块状、片麻状构造，主要矿物成分：斜长石含量55%、石英30%、黑云母含量5%～10%、石墨含量1.0%～2.0%。

3.4.2 矿体夹层

①号矿体共有夹层5条，其中地表出露夹层1条为J1，出露长度约850m，厚度8～20m，呈带状分布，在00线、02线、12线、04线、06线、08线的厚度分别为15、20、13、12、13、8m；未出露4条，分别为J2、J3、J4、J5，均呈透镜状。岩性为含石墨黑云斜长变粒岩、浅粒岩，其特征为固定碳含量1%～2%，未达到工业品位，其他矿体未发现夹层。

3.5 矿床成因及找矿标志

3.5.1 矿床成因

该矿床是变粒岩混合岩化型晶质石墨矿床。

形成石墨矿床的条件：①碳元素的富集；②较高的温度、压力；③还原环境。据目前认识，晶质石墨的碳质主要来源于沉积岩中的有机物，有机质是随含泥的钙镁质同生沉积的，并形成富含有机质岩石，为晶质石墨矿床的形成奠定了物质基础。区域变质的持续作用，使得温度、压力、应力不断增大，变质作用也由浅变质最后进入中—深变质阶段，碳质也由土状过度为结晶鳞片状。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，也造成晶质石墨分散、贫化；混合岩化太弱，结晶鳞片又太小，无大经济价值；因此，混合岩化中等程度为宜。

下元古界集安群在通化—集安一带广泛发育，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，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。由此可见，该区是寻找晶质石墨矿床的有利地区。

3.5.2 找矿标志

(1) 集安群含墨层位是寻找石墨矿的直接找矿标志。

(2) 集安群荒岔沟组含墨黑云变粒岩是直接找矿标志。

(3) 该区中、低阻或高极化率地质体是间接找矿标志。

4　结语

吉林省集安市双兴六队晶质石墨矿床赋存于集安群荒岔沟组三段第二岩性层即石墨黑云变粒岩中。矿床规模为中型，潜在经济价值巨大，研究和开发该晶质石墨矿具有重要的经济效益和社会效益。

【矿产资源】

【收稿日期】2014-08-12

【文章编号】1007-9386(2015)01-0042-04

【文献标识码】A

【中图分类号】P619.252