吉林集安—通化地区晶质石墨矿控矿因素及找矿方向

丁 瑞

(中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033)

晶质石墨作为我国战略性非金属矿产资源之一，在新兴产业中主要用于新一代信息技术、新能源及高端制造领域等，对支撑战略性新兴产业发展及制造强国的实现具有重要的作用[1]。2018 年我国天然石墨出口量、产量居世界第一，进口量居世界第二，在全球有着不可替代的地位[2]，近些年，由于受到新冠疫情的影响，产量持续增长，但增速减缓，进出口量均有所下降。集安市—通化县地区是吉林省晶质石墨矿唯一产地，已查明的晶质石墨矿床11 处，其中比较典型的有通化县三半江晶质石墨矿和集安市双兴六队晶质石墨矿。截止2021 年底，吉林省累计探明晶质石墨矿资源储量(矿物量)825.15 万吨，居全国第8 位(吉林省储量通报2022 年)。吉林省晶质石墨品位不高(平均品位3%～5%)，但石墨结晶完整，以大鳞片石墨为主，石墨品质优良[3]，在市场上享有美誉。但以往晶质石墨的地质勘查工作均是小范围的普查—勘探，工作程度较高，但过于分散，没有对矿集区开展过调查研究及远景分析。

1 成矿地质背景

1.1 大地构造位置及成矿区带

吉林省晶质石墨矿成矿区域主要分布在集安市北部和通化县西南部，成矿区域大部分所处的大地构造位置为太古宙—古元古代构造分区之柴达木—华北板块(Ⅲ)—华北陆块(Ⅲ-5)—辽吉(吉南)古元古代裂陷槽(Ⅲ-52)—宽甸—集安构造混杂岩带(Ⅲ-52

d)的北部(图1)。成矿区带属滨太平洋成矿域(Ⅰ-4)—华北(陆块)成矿省(Ⅱ-14)—辽东(隆起)铁-铜-铅-锌-金-铀-硼-菱镁矿-滑石-石墨-金刚石成矿带(Ⅲ-56)—营口-长白(次级隆起、Pt1裂谷)铅-锌-铁-金-银-铀-硼-菱镁矿-滑石成矿亚带(Ⅲ-56-②)—财源-集安金-铅-锌-铁-银-铜-钼-硼-石墨-石棉-云母-蛇纹岩-脉石英矿带(Ⅳ-22)。

图1 太古宙—古元古代构造纲要图

1.2 含矿地层

本区晶质石墨矿主要赋存在古元古界集安岩群中部荒岔沟岩组上部。荒岔沟岩组在区内大面积出露，在中部集安市财源镇—清河镇一带较为集中，其次西部通化县胜利—和平及江甸镇一带也有出露，荒岔沟岩组出露面积约占集安岩群的50%左右。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、含石墨透辉变粒岩、含石墨黑云片麻岩、含石墨大理岩、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[4]。

1.3 构造

区域大地构造位置位于太古宙—古元古代构造分区，主要表现为早期的伸展机制下的裂陷构造，有伸展盆地、裂谷火山活动等，并伴有大量的岩浆侵入活动，之后沉积了大量的碎屑岩；晚期盆地闭合，发生古元古代造山作用，使区域内古元古代火山—沉积岩系及早期花岗岩发生变质变形作用，同时伴随造山作用有大量岩浆侵入。构造形迹特征为受近南北向挤压而发生于中深层次塑性变形。区域上以褶皱构造为主，晶质石墨矿床在褶皱构造的核部矿体变厚、品位增高。

图2 集安—通化一带区域地质简图

1.4 岩浆岩

区域内岩浆活动频繁，最早可以追溯到太古宇、元古宇，由于受区域变质变形作用的影响，多以形成灰色片麻岩。后期岩浆活动普遍受环太平洋构造和造山运动的影响，以岩株、岩基式侵入岩体为主。与石墨矿成矿有关的主要为钱桌沟岩体(Pt1Q)，呈岩基状分布于集安岩群的周边，主要岩性为二长花岗岩、正长花岗岩，面积较大，该岩体为集安岩群的基底。其余岩浆岩还有山城子岩体(Pt1Sh)、双岔岩体(Pt1S)、复兴屯岩体(T3F)、榆树林子岩体(K1Ysγπ)、阎王鼻子岩体(K1Yξγ)等。

1.5 变质作用

古元古界集安岩群和中元古界老岭群因受多期变质作用影响，变质程度较高且深浅不一，岩石类型复杂。含石墨层位荒岔沟岩组历经多期变质作用，形成了一套复杂的变质岩系，岩石类型有斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、大理岩、片麻岩、片岩、石英岩。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。石墨矿为区域变质和混合岩化作用的产物。

2 控矿因素

2.1 地层控矿

集安岩群为一套优地槽沉积的火山岩—碎屑岩—大理岩建造，具复理石建造的特点[5]，石墨主要赋存于具有复理石建造特点的火山—沉积建造中，形成于辽吉裂谷发展时期。经多期的地壳变迁、岩浆活动，在太古宙克拉通演化阶段，阜平构造旋回使荒岔沟岩组含泥质砂质的沉积岩发生中高程度变质，表现为麻粒岩相和高角闪岩相，形成含石墨的各种变粒岩及片麻岩。通化地区晶质石墨矿体均赋存于古元古代集安岩群荒岔沟岩组中，呈层状、似层状及透镜状产出，围岩基本为含石墨的岩石，矿体与围岩呈渐变过渡关系[6]，产状一致，矿体的形成、分布及形态严格受地层层位控制。

2.2 构造控矿

有专家认为该区的多期变质作用，是构造变形和地质热流共同作用的结果，变质的高潮均发生在变形高峰以后，即石墨矿形成于褶皱构造之后，其碳元素的重结晶在褶皱构造内发生，褶皱变形、分布及形态对石墨矿床有着至关重要的作用，且在褶皱的核部较富集。区内褶皱构造极为发育，有复杂的多个向形和背形组成的褶皱，也有简单的背形或向形构造，规模大小不一，大者轴向达十余公里，小者几十公分。已探明的大部分石墨矿床均赋存在褶皱构造内，如：通化县三半江晶质石墨矿床赋存于王家街—珠山褶皱带的南端，三半江向形构造内，主矿体赋存于三半江向形的南翼，其余矿体在北翼和转折端均有出露；集安市清河镇二道村石墨矿位于腰营子—大荒沟复式褶皱构造以东、横路西岔—四道阳岔背形以北，矿体形态为轴向近南北、略向北西倾伏的开阔背形，矿体在背形核部厚度较大且资源储量集中。

图3 三半江晶质石墨矿地层及构造控矿地质简图

2.3 变质作用控矿

辽吉裂谷构造带古元古代变质事件的峰期为1 800 ～1 900Ma，形成以海城—岫岩—宽甸—集安一线为热轴的大型热背形和相应的带状变质格局[7]。变质作用是晶质石墨矿床最为主要的成矿作用，古元古代集安岩群由于经历了多期变质作用，形成了一套复杂的变质岩系。与荒岔沟岩组晶质石墨矿床形成有关的主要是早元古代的三期变质作用，经变质作用后，变质程度达高角闪岩相，使集安岩群一套沉积成因的中基性和酸性火山岩、碎屑岩及碳酸盐岩等岩石形成一套较深的变质岩系[8]。代表岩石有斜长角闪岩、变粒岩、片麻岩及大理岩，晶质石墨矿床主要矿石类型为石墨变粒岩、石墨片麻岩及少量石墨大理岩等[9]，变质程度越高，成矿越好。

在区域变质作用发展的同时，伴有混合岩化作用，混合岩化作用是超变质作用早期阶段的作用，主要表现为石墨鳞片的重结晶和再生长[10]，大鳞片比例增加，大鳞片正目(+100 目、＞0.147mm)石墨可达85%以上，同时，脉体矿物也相对增多，造成晶质石墨分散和贫化。

3 矿床成因

我国已知的具有工业价值的石墨矿床按成因可分为区域变质型、接触变质型及岩浆热液型石墨矿床3 种类型[11]。其中,晶质石墨矿床以区域变质型为主，成矿过程受到大地构造格局、富有机质沉积体系、变质作用深度及期次、后期混合岩化过程等诸多因素叠加影响[12]。本区的石墨矿床即为区域变质型矿床。

太古克拉通时期受阜平运动及地幔岩浆膨胀上涌，地壳开始下陷海水入侵，海域扩张，形成浅水裂槽[13]。后期裂槽收缩，地壳隆起，中酸性火山岩发生变质、重熔和钠质交代，有益组分发生活化，迁移、富集，并产生角闪石、石英等矿物定向生长。经历一度沉积间断后，进入荒岔沟发展时期，该期火山活动明显减弱，气候变暖，有利于低等植物生存和繁衍，形成还原环境[14]，有利于陆源有机质搬运沉积，碳元素由此富集。后期发生多期构造运动，地层发生了复杂的褶皱变形。在较高的温度及压力作用下，荒岔沟时期富集的碳元素经区域变质作用，发生重结晶，最终形成晶质石墨矿床。

4 找矿方向浅析

根据区内已开展的晶质石墨矿的调查和勘查成果，已知的石墨矿床(点)的分布，在充分研究区内地质及物探资料的基础上，结合成矿地质条件优越程度，在吉林集安—通化地区圈定3 个成矿远景区，分别是通化县大泉源成矿远景区、集安市财源镇成矿远景区和集安市清河镇成矿远景区(图4)。

图4 吉林省集安—通化地区晶质石墨矿成矿远景区分布图

(1)通化县大泉源成矿远景区：远景区位于通化县境内，区内有已知大型晶质石墨矿床1 处，小型矿床1 处，已探明资源储量(矿物量)106.22 万t。通过调查工作，空白区内新发现2 处石墨矿点，圈定自电异常区2 处，异常特征明显，通过少量槽探查证工作，已揭露晶质石墨矿体和矿化体十余条，含矿层位在区内广泛出露，通过以往调查工作，发现多处矿点，说明该区找矿前景较好，资源潜力巨大。

(2)集安市财源镇成矿远景区：远景区位于集安市财源镇，区内有已知大型矿床1 处，中型矿床4 处，小型矿1 处，已探明资源储量( 矿物量)309.92 万t。通过调查工作，区内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十余条，区内有多处已查明石墨矿床，通过调查工作，在已知矿床的外围新发现多个矿点或矿化点，该区成矿条件优越，有望找到1 ～2 处晶质石墨矿产地。

(3)集安市清河镇成矿远景区：远景区位于集安市清河镇，区内有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。通过调查工作，空白区内新发现矿点2 处，圈定激电异常区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，发现十余条晶质石墨矿体，而且具有成矿地层、构造、岩浆岩及地球物理特征等条件，成矿条件优越，找矿前景较好，资源潜力较大。