黑龍江云山石墨礦床資源潛力預測

李思遠， 孫　莉， 孟凡磊， 張寄丹， 李云國

(1.中國地質大學(北京)，北京100083； 2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037； 3.黑龍江省第六地質勘察院，黑龍江佳木斯154000)

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黑龍江云山石墨礦床資源潛力預測

李思遠1， 孫莉2， 孟凡磊3， 張寄丹3， 李云國3

(1.中國地質大學(北京)，北京100083； 2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037； 3.黑龍江省第六地質勘察院，黑龍江佳木斯154000)

摘要：黑龍江省石墨的礦床類型主要為區域變質型，且多為晶質鱗片狀石墨礦。通過對蘿北云山石墨礦床的系統研究，總結出礦床成礦模式圖、預測要素圖。確定了礦床的預測要素，采用地質參數體積法估算出該礦床的石墨總礦物量為7 069萬t，是一超大型石墨礦床。

關鍵詞：石墨；資源特征；地質參數體積法；潛力預測；云山石墨礦；黑龍江

0引言

石墨素有“黑金子”的美稱，從石墨薄片中剝離出的石墨烯是黃金價格的15～20倍，具有最堅硬、透光性好(只吸收2.3%的光)、電子運移速度快、電阻率小和結構穩定等特性，未來的市場前景非常廣闊(高天明等，2015)。石墨也是我國繼稀土之后的又一優勢礦產,我國已將石墨確定為戰略性非金屬礦產(張福良等，2013)。因此，石墨在未來國家高新技術發展領域具有不可替代的位置。

1黑龍江石墨礦床概況

黑龍江省已知的石墨礦床皆屬于變質成因，分為區域變質型和接觸變質型(表1)。區域變質型石墨礦多為晶質鱗片狀石墨(片徑>1μm)，分布廣，儲量大，質量佳，品位高，工業意義大。接觸變質型石墨礦數量甚少，為隱晶質石墨(片徑<1μm)，工業意義不大。石墨礦床主要是區域變質型晶質(鱗片狀)石墨礦，鱗片較大且開采條件和礦石可選性好，是目前主要開采利用的對象。

表1　黑龍江石墨礦床的主要類型

按照上述石墨礦床類型的劃分，對黑龍江省不同含礦地層以及不同類型的石墨礦床進行統計，共發現54處礦床或礦化點，其中超大型礦床3處、大型礦床7處、中型礦床16處、小型礦床13處、礦化點15處。這些石墨礦主要分布在黑龍江東部，蘿北—雞西一帶形成1條南北長350km、東西寬100km的石墨成礦帶(孫向東，1994)(圖1)。該礦帶多產出于前寒武系的中—深變質巖中，受區域大的褶皺系所控制。云山石墨礦床位于黑龍江省的中北部，已探明的石墨礦物量達4 000多萬t，為亞洲第一大石墨礦。

圖1　黑龍江云山石墨礦位置簡圖Fig.1　Simplified map showing location of the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province

2區域地質特征

2.1區域成礦地質環境

研究區大地構造單元屬天山—興蒙造山系，佳木斯地塊。元古代構造線總體呈南北向。新太古代地核構成近東西向的古隆起構造；早元古代興東巖群圍繞古陸核邊緣增生，形成古地塊；中元古代在地塊邊緣或內部形成近東西向的裂谷環境，形成黑龍江巖群綠巖型裂谷盆地沉積，興東期花崗巖類侵入巖由內向外逐步增生，使早期建造固結成穩定的地塊。寒武紀之后發育蓋層建造。地塊具有雙層結構特點，自形成之后總體構造特征以升降運動為主。

2.2構造對成礦的控制作用

礦床位于佳木斯地塊北緣(圖2)，賦礦地層為下元古界興東巖群大盤道組，為地塊的基底，構造表現形式為北西向的復式褶皺(李寒濱等，2014；王東暄，2014)。石墨礦產地沿南北向呈帶狀分布，出露于云山復式向斜次級背斜的核部、翼部等，總之褶皺構造控制了石墨礦帶的分布。褶皺過程中導致礦體形態的改變，在應力較小之處礦體變寬、變厚有利于成礦，同時導致礦體的尖滅及形態復雜化。

2.3沉積相與建造對成礦的控制作用

古元古代的沉積相及建造對礦床的形成起著至關重要的作用(李超等，2015)。淺海陸棚環境為生物的繁殖提供了理想的環境，提供了充足的有機質，有機質在成巖過程中轉變為炭質，富碳沉積建造是沉積變質型石墨礦形成的必要條件。沉積作用形成的炭質具有一定的層位，變質的石墨礦體基本上受沉積因素控制，多階段性的沉積旋回形成了多層的復礦層。新太古代后該區大部分長期處于隆起狀態，中生代發育上置盆地沉積了陸相碎屑巖及陸相火山碎屑巖。后續的沉積作用及建造對成礦沒有控制作用，可能覆蓋了部分石墨礦體。

2.4侵入巖對成礦的控制作用

該區含礦建造為變質建造，侵入巖對成礦沒有控制作用，但對礦體完整性具有不同程度的破壞作用。

2.5變質作用對成礦的控制作用

沉積作用只形成了礦源層，為石墨礦的形成提供了碳源，是區域變質作用導致含碳有機質的分解和炭質的結晶形成石墨，經富集最終形成石墨礦體。礦石質量與變質作用密切相關，變質程度越深，礦石品位越高，石墨有序化程度就高，同時鱗片也增大。

2.6混合巖化作用對成礦的影響

云山石墨礦床的演化經歷了沉積作用階段、變質作用階段、混合巖化作用階段的演化歷程(陶維屏等，1994)。混合巖化作用階段總體上是對礦體的改造和破壞，于成礦不利。對品位的影響較復雜，即在某些部位導致石墨重結晶使石墨磷片粗化進一步富集，在另外一些部位重熔導致部分炭質遷移，導致礦體貧化。

2.7成礦系列及區域成礦模式

2.7.1成礦系列黑龍江省劃分的石墨Ⅲ級成礦帶3個、Ⅳ級成礦帶6個、Ⅴ級成礦帶(礦化集中區)9個(王家昌等，2013)，其中云山石墨礦屬佳木斯—興凱地塊與阜平、呂梁沉積變質-混合巖化作用有關的Fe、Au、W、石墨、矽線石、磷礦床成礦系列，佳木斯—興凱地塊與呂梁期興東巖群沉積變質-混合巖化作用有關的Fe、Au、W、石墨、矽線石礦床成礦亞系列。

2.7.2區域成礦模式云山石墨礦床是典型的區域變質型石墨礦床，主要控礦構造是云山復式向斜，賦礦地層主要是興東群大盤道組，賦礦巖石為石英石墨巖、石英石墨片巖、石墨石英片巖、矽線石墨石英片巖、石墨變粒巖、石墨透輝巖、石墨片麻巖、石墨混合花崗巖等，在此基礎上總結出云山石墨礦成礦模式圖(圖3)。

圖3　云山石墨礦床區域成礦模式圖1-大盤道組；2-石英片巖；3-斜長片麻巖；4-大理巖；5-混合花崗巖；6-石墨礦體Fig.3　Regional metallogenic model of the Yunshan graphite deposit

3儲量預測

3.1預測要素

通過對云山石墨礦的系統研究，總結出蘿北云山石墨礦成礦要素預測表(表3)，其中主要預測要素包括賦礦地層和控礦構造。礦床表現出層控礦床的特征(趙然然等，2013)，原始沉積的富含有機質的巖層是后來石墨成礦的礦源層，因此興東群大盤道組為云山區域變質型石墨礦預測的必要因素，無此類地層處即可認為不存在石墨礦體。

3.2資源量及估算參數

3.2.1估算采用地質參數體積法(肖克炎等，2010)

Z預=S預H預KαKS

(1)

式(1)中，Z預為預測資源量，S預為最小預測區面積，H預為最小預測區延深，K為模型區含礦系數，α為相似系數，KS為含礦地質體面積比。

延深(H預)的確定：云山石墨礦床剖面中(圖5)，2條主要斷層延長交匯，16、17號礦體在剖面上合并為一個礦體，將其沿產狀延深至斷層處，礦體的底界與斷層交匯點的深度為545.0m，可認為剖面上礦體出露的底界即礦體的延深。

3.2.2儲量估算通過云山石墨礦床已經查明的資源量以及深度可以得出查明資源量的計算參數(劉力男等，2014)，因為含礦地質體即為礦體，故含礦地質體的面積比為1，云山石墨礦作為云山式石墨礦的模型區，所以相似系數也為1。然后根據鉆孔控制深度及斷層交匯部位，計算出云山石墨礦床500m以淺的石墨資源量(表4)。

表3　蘿北云山區域變質型石墨礦預測要素

圖4　云山石墨礦床A-B剖面圖1-大理巖；2-混合巖化花崗巖；3-石英片巖；4-斜長片巖；5-石墨礦體；6-大盤道組地層Fig.4　Geological profile A-B in the Yunshan graphite deposit

4結論

(1) 黑龍江省云山石墨礦是區域變質型的超大型礦床，位于佳木斯地塊的北部四方山復式背斜東南翼，成礦時代為古元古代，賦礦地層為興東群大盤道組。

(2) 通過對云山礦床的系統研究，建立了云山式礦床成礦模式圖和預測要素表，并最終估算出蘿北云山石墨礦床的石墨礦物總資源量達7 096萬t(332+333+334)。

(3) 通過本次的預測工作，確定了蘿北云山石墨礦仍然是亞洲第一大石墨礦，可為我國新興礦產勘查和石墨產業的發展作出貢獻。

表4　云山石墨礦資源儲量表

致謝：

感謝朱裕生老師在論文撰寫過程中的悉心指導；對黑龍江省第六地質勘察院所有參加預測的工作人員表示衷心的感謝！

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Resource potential prediction of the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province

LI Siyuan1, SUN Li2, MENG Fanlei3, ZHANG Jidan3, LI Yunguo3

(1.ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China； 2.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China; 3.SixthGeologicalExplorationInstituteofHeilongjiangProvince,Jiamusi154000,Heilongjiang,China)

Abstract：Graphite, one of the crystalline minerals of the element carbon, is a kind of strategic resources reputed as "black gold". It has unique metal and nonmetal double process characteristics, which determines the importance and irreplacebility of graphite products, and is China′s another dominant mineral followed by rare earth minerals. The graphite ore deposits in Heilongjiang Province are mainly regional metamorphic type, dominantly crystalline flake graphite ores. This work systematically analyzed the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province, summarized the metallogenic model, completed prediction factors map, and then determined the deposit prediction factors. The geologic parameter volume method was utilized to estimate the amount of total graphite mineral to be 70.96 million tons, ranked as a large graphite ore deposit.

Keywords：graphite; resource characteristics; geological parameter volume method; potential prediction; Yunshan graphite deposit; Heilongjiang Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.288

收稿日期：2015-12-09；修回日期：2016-02-02；編輯：陸李萍

基金項目：中國地質調查局地質礦產調查評價專項“全國重要礦種成礦區劃部署研究”(12120114051501)

作者簡介：李思遠(1991—)，男，碩士研究生，地質工程專業，E-mail: lebronsy@sina.com

中圖分類號：P612; P619.25+2

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)02-0288-05