内蒙古乌拉特中旗大红山矿区晶质石墨矿地质特征及成因浅析

田 璐

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

1 区域地质

区域大地构造位置位于华北地台（Ⅰ）鄂尔多斯台坳（Ⅰ4）河套断陷（I14）。区域前中生代地层区划属华北地层大区（Ⅴ）晋冀鲁豫地层区（Ⅴ4）阴山地层分区（Ⅴ34）大青山地层小区（Ⅴ3-24）；中、新生代地层区划属滨太平洋地层区（5）大兴安岭—燕山地层分区（51）阴山地层小区（511）。

区域出露地层较多，出露范围较广，出露面积约273km2，面积约占区域的70%。包括中新元古界长城系书记沟组、增隆昌组；蓟县系阿古鲁沟组，古生界二叠系下统大红山组、苏吉组，中生界白垩系下统李三沟组，新生界第四系。

区域主体构造为狼山复背斜，断裂和褶皱集中于区域北部地区，主体构造线呈近东西向和北西向，褶皱与断裂方向一致，断层中最早产生的是北西向断裂，次为近东西向，再次为北东向，近南北向的最晚。

区域侵入岩广为发育，均出露在区域南部及南东部，出露面积约115km2。岩石类型多样，基性、中基性、中性、中酸性、酸性均可见到，且同构造运动关系密切。区域出露的侵入岩有寒武纪侵入岩、奥陶纪侵入岩、二叠纪侵入岩及三叠纪侵入岩，此外区域还有火山岩及各类型的脉岩分布。

2 矿区地质

2.1 地层

大红山矿区出露地层主要为中新元古界蓟县系渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段变质石英砂岩、白云质灰岩、石英片岩、炭质板岩、千枚岩、厚层状石英岩，其中赋矿层位为中新元古界蓟县系渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段，炭质板岩为含矿岩性，矿体顶板岩性为炭质板岩、变质石英砂岩及花岗斑岩，底板岩性为炭质板岩、白云质灰岩及变质石英砂岩，局部为千枚岩；新生界第四系更新统角砾岩、全新统冲积砂砾石层及冲洪积砂砾石层。

2.2 构造

矿区位于区域上狼山复背斜的北翼，褶皱构造总体为一单斜构造，主体构造线呈北西向，出露地层为中新元古界渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段，倾向总体呈南西向，倾角32°～85°。由于经受多次岩体侵入的影响，岩层小扭曲构造较发育。

矿区内断层主要为一条北西走向的逆断层，与区域上的逆断层F27对应。位于矿区的北东部，北西端延出矿界，矿区内延伸长度约为3.3km，断层面倾向220°～235°之间，倾角62°～70°之间，破碎带宽约1～10m，断层的两端窄，34 号勘查线北炭质板岩与白云质灰岩接触带见角砾岩型赤铁矿。断层上盘为中新元古界渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段的炭质板岩，断层下盘为中新元古界渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段的千枚岩、白云质灰岩及厚层状石英岩。地貌上呈线状沟谷，具明显的线型构造特征。F27断层特征主要表现为岩石破碎，节理裂隙发育，断层面见擦痕，局部见断层泥等特征。对晶质石墨矿矿体无破坏，故矿区构造复杂程度属简单型。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动较发育，出露在矿区北西部、中部及北东部，出露面积约1km2，以三叠纪、二叠纪岩浆活动最为强烈，其次为寒武纪。出露岩性为寒武纪辉长岩、二叠纪闪长岩及三叠纪二长花岗岩和花岗斑岩。对矿体无影响，不具破坏作用。矿区岩脉较为发育多见花岗斑岩脉、闪长玢岩岩脉，岩脉顺地层产出，对矿体无影响，不具破坏作用。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿体分布于矿区的中部，赋存于中新元古界蓟县系渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段的炭质板岩中，呈北西向带状展布。围岩岩性主要为白云质灰岩、变质石英砂岩、石英片岩和千枚岩，局部为炭质板岩，矿体与炭质板岩无明显界线，但与白云质灰岩、变质石英砂岩、石英片岩和千枚岩界线清晰。

Ⅰ号矿体：矿体分布于19号勘查线至42号勘查线之间，赋矿标高1348～800m，由27条勘查线刻槽取样、23条探槽及48个钻孔控制。控制矿体长3.20km，斜深708m，埋深0.00～548m，呈厚层状产出，规模大，形态简单，矿体走向130°，倾向220°，倾角61°～69°。矿体真厚度47.07～483.79m，平均厚度241.60m，厚度变化系数51.52%，厚度变化属较稳定，固定碳品位在4.21%～9.02%，平均6.37%，品位变化系数16.28%，品位变化属均匀型。矿体走向方向由19 号勘查线到4J 号勘查线厚度变厚，4J号勘查线到42号勘查线厚度变薄，品位由19号勘查线到8J号勘查线变高，8J号勘查线到30号勘查线变低，30 号勘查线到34 号勘查线变高，34 号勘查线到42 号勘查线变低，倾向方向品位随深度增加而增加。矿体走向方向19 号勘查线以西及42 号勘查以东已接近矿界，故走向方向已控制；矿体倾向方向0～14号勘查线最后一排孔出现了多层夹石，矿体品位变低，故倾向方向矿体基本封闭。

Ⅱ号矿体：矿体分布于26号勘查线至42号勘查线之间，赋矿标高1258～1060m，由5 条勘查线刻槽取样及2 个钻孔控制，钻孔均见矿。矿体长0.90km，斜深177m，埋深0.00～198m，呈层状产出，规模中等，形态简单，矿体走向130°，倾向220°，倾角55°～63°。矿体真厚度2.82～53.04m，平均厚度24.45m，厚度变化系数65.19%，厚度变化属较稳定的，固定碳品位在4.03%～8.33%，平均5.53%，品位变化系数31.74%，品位变化属均匀型。矿体走向方向由26 号勘查线到42 号勘查线厚度变厚，品位两边高中间低，倾向方向品位随深度增加而增加。

3.2 矿石质量

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，脉石矿物主要为石英、云母、绿泥石等。矿石矿物占矿石含量的15%左右，脉石矿物占矿石含量的80%左右。矿石结构为微粒状片状变晶结构、变余斑状结构，构造为板状构造、千枚状构造。矿石矿物主要为石墨及黄铁矿，脉石矿物主要为石英、绢云母、黑云母绿泥石。

石墨：显微鳞片状、他形状，星散状定向分布。部分集合体似条纹状、条痕状定向分布分布相对集中于石英、云母集合体间（图1、图2），含量5%～15%，石墨鳞片大于1μm 的在96%～99%之间。图片中Gph 代表石墨，py代表黄铁矿，Sph代表闪锌矿。

黄铁矿：浅黄白色，他形粒状细脉状分布于裂隙中，粒度小于0.5mm，呈分散状或聚集体分布，聚集体呈斑状、条带状，部分被石墨或脉石交代，含量在4%～8%之间。

石英：无色，他形粒状，低正突起，具波状消光，镶嵌接触，粒径多小于0.05mm，极少数0.05～0.10mm，相近粒级分布相对集中，含量在30%～36%之间。

绢云母、黑云母：鳞片状，解理完全，平行消光，干涉色鲜艳，以集合体形式存在，集合体长轴定向分布，同种矿物分布相对集中。绢云母、白云母无色，具闪突起；黑云母，棕色，具多色性，含量在30%～35%之间。

绿泥石：片状，浅绿色，一级灰干涉色，集合体状，与不透明矿物伴生，含量在4%～6%之间。

3.3 矿石的化学成分

大红山矿区晶质石墨矿矿石的主要有益化学成分为固定碳，固定碳含量在6.57%～11.58%之间，平均值7.99%；灰分含量在83.53%～87.87%之间，平均值86.12%；SiO2含量在46.08%～59.28%之间，平均值54.62%；Al2O3含量在8.97%～12.34%之间，平均值11.13%；Fe2O3含量在7.36%～9.95%之间，平均值8.61%；MgO 含量在0.82%～8.07%之间，平均值2.03%；CaO 含量在0.15%～10.37%之间，平均值1.63%；Na2O 含量在0.48%～0.89%之间，平均值0.63%；K2O 含量在2.17%～3.75%之间，平均值2.84%；S含量在2.36%～7.35%之间，平均值4.71%；Cu含量在0.002%～0.004%之间，平均值0.003%；TiO2含量在0.10%～0.17%之间，平均值0.15%；V2O5含量在0.016%～0.023%之间，平均值0.02%；P2O5含量在0.133%～0.32%之间，平均值0.214%；H2O-含量在0.08%～0.17%之间，平均值0.12%；H2O+含量在1.57%～4.21%之间，平均值2.52%；挥发分含量在4.38%～6.97%之间，平均值5.70%。其全分析各项组份含量均很低，对矿体质量不影响。

根据单工程平均品位计算结果，Ⅰ号矿体中有益组分固定碳含量在4.21%～9.02%之间，平均值6.37%；Ⅱ号矿体中其有益组分固定碳含量在4.03%～8.33%之间，平均值5.53%。

Ⅰ号矿体沿走向方向有益组分固定碳从19号勘查线到10 号勘查线变高，10 号勘查线到42 号勘查线变低；倾向方向地表向深部有益组分固定碳随深度增加而增加。

Ⅱ号矿体沿走向方向有益组分固定碳从26号勘查线到34 号勘查线变高，34 号勘查线到42 号勘查线变低；倾向方向地表向深部有益组分固定碳随深度增加而增加。

经计算矿体有益组分品位变化系数如下：全部样品参加计算，Ⅰ号矿体固定碳品位变化系数为16.28%；Ⅱ号矿体固定碳品位变化系数为31.74%。Ⅰ号矿体选择走向工程求出各单工程平均品位后再计算矿体东西方向品位变化系数，固定碳变化系数为11.59%。选择4 号勘查线求出各单工程平均品位后再计算矿体倾向方向品位变化系数，固定碳变化系数为10.00%。

矿体全部样品参加计算，固定碳品位变化系数很小，矿体走向方向固定碳的品位变化系数很小，矿体倾向方向固定碳变化系数很小，说明矿体在走向和倾向上主要有益组分分布均匀，矿石质量稳定。根据组合分析结果统计矿区内矿石的CaO 含量在0.15%～10.19%之间，平均值2.36%；MgO 含量在0.79%～8.07%之间，平均值2.19%；SiO2含量在46.34%～59.62%之间，平均值55.24%；Fe2O3含量在3.91%～11.14%，平均值8.46%；Al2O3含量在8.97%～12.34%，平均值11.12%；S 含量在1.55%～7.35%之间，平均值4.35%；固定碳含量在6.63%～10.63%，平均值7.96%。各项有害组份含量均很低，对矿体质量不影响。

3.4 石墨鳞片特征

石墨矿石中石墨鳞片大小是评价晶质石墨矿床的主要经济技术指标，本次工作对原生矿石的鳞片片度进行了测定，光片321件，其中91件实验室未统计鳞片大小，所以本次利用鳞片大小统计230 件，石墨鳞片大于1μm 的比例在96%～99%之间,并按四个粒级统计。鳞片粒度以-100 目为主，占99.83%；大鳞片是指+100目的鳞片状石墨，因此大鳞片占0.17%。石墨片度测定结果统计见表1。

表1 石墨片度测定结果统计表

3.5 矿石类型

按矿石结构构造及矿物共生组合特点划分矿石自然类型，矿石自然类型为含石墨炭质板岩型石墨矿。按矿石风化程度可分为原生矿石和风化矿石。根据地表刻槽取样、探槽以及钻孔的地质观察，矿区内风化带深度一般在0～1.00m 之间，沟谷中局部地段可达3.00m，由于风化矿石量与总量相比，比例很小，故未单独估算风化矿石资源储量，本次矿产资源储量估算将矿石全部划分为原生矿石。

矿石中主要有用矿物为单一的石墨矿，石墨鳞片大于1μm 的在96%～99%之间，呈显微晶质鳞片状，故矿石工业类型为显微鳞片状晶质石墨矿石。

3.6 矿床放射性评价

根据岩石出露情况，主要针对矿体及周围进行了3条不规则剖面测量，并对矿区内的2ZK45、2ZK143 钻孔岩芯进行了测量，共测量69组数据。本次伽马剖面和钻孔岩芯γ测量得出的数据单位为nGy/h，而工作区评价单位要求为μSv/h，所以测量数据换算成单位为μSv/h的数据。

含石墨炭质板岩的吸收剂量率为96～216nGy/h，平均值为130nGy/h，围岩的伽马吸收剂量率平均值为87～167nGy/h，花岗岩略高于其它岩石。经换算得到：含石墨炭质板岩剂量当量率变化范围在0.11～0.25μSv/h之间变化，平均值为0.15μSv/h；围岩的剂量当量率在0.11～0.19μSv/h之间变化。

公众照射评价的剂量限值执行：年有效剂量不超过5mSv。换算成单位小时的剂量则为0.57μSv/h。经过对比可以得出：地表各岩性放射性强度均小于GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的要求，在测量过程中未发现存在γ辐射剂量率明显升高的“热点”。强度较小对环境影响不大，对人体无危害。

4 矿床成因

晶质石墨矿体产于中新元古界渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段的炭质板岩中，阿古鲁沟组二岩段的炭质板岩为区域变质岩，因此本矿床矿床类型为区域变质的层控矿床。

矿床成因：阿古鲁沟组二岩段炭质板岩由于区域变质作用导致温度压力增高，有机质处于相对封闭的还原环境中，首先分解为CO2，在一定空间内富集，随温度的下降，还原结晶形成石墨鳞片。后期经岩浆热液侵入，温度、压力增高使原岩有机质进一步分解、聚集，使石墨鳞片重结晶，含量逐渐加大，而形成鳞片状晶质石墨矿床。

矿床类型为区域变质的显微鳞片状晶质石墨矿床，其主要依据为：①石墨矿层呈厚层状、层状产出，分布在一定的层位中，延长稳定，与围岩产状一致，具有层状原生沉积特征；②石墨呈鳞片状均匀地分布于炭质板岩之中，品位稳定。

矿体赋存于中新元古界渣尔泰山群阿古鲁沟组二岩段的炭质板岩中，出露地表呈带状分布，呈深灰色、黑色。