黑龍江石墨礦資源潛力預測

唐　臣

(黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱150036)

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黑龍江石墨礦資源潛力預測

唐臣

(黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱150036)

在區(qū)域成礦環(huán)境及典型礦床研究的基礎上，系統(tǒng)總結了黑龍江沉積變質型晶質石墨礦成礦特征，深入分析了成礦地質作用及控礦因素。建立了柳毛式沉積變質型晶質石墨典型礦床區(qū)域預測模型，在預測工作區(qū)圈定和優(yōu)選了217個最小預測區(qū)，采用地質體積法估算石墨礦物的預測資源量。指出黑龍江石墨找礦潛力大，為今后石墨礦勘查部署提供了重要的地質依據。

沉積變質型；晶質石墨礦；成礦特征；地質體積法；潛力預測；黑龍江

0　引　言

黑龍江石墨礦資源豐富，目前已發(fā)現石墨礦產地24處，其中超大型礦床3處(蘿北云山、勃利佛嶺、雞西柳毛)、大型礦床6處、中型礦床8處、小型礦床7處，累計探明石墨礦資源儲量約占全國石墨資源儲量的52.71%，居全國之首。

黑龍江石墨礦均為沉積-變質成礦作用形成的變成型礦床，主要為區(qū)域變質型石墨礦床(李超等，2015)，成礦時代為中—新元古代，礦石類型為晶質石墨。晶質石墨礦主要分布在東部地區(qū)的蘿北-雙鴨山-雞西-穆棱一帶，且主要集中在雞西市、蘿北縣和勃利縣，3地石墨資源儲量之和占全省的95.6%。目前，蘿北、雞西已形成國內著名的晶質石墨開采加工基地，年采礦能力750萬t。其次為接觸變質型石墨礦床，成礦時代為晚三疊世—早侏羅世，礦石類型為隱晶質石墨，分布在鐵力市，尚未開采。

1　區(qū)域變質型石墨礦成礦特征

1.1成礦地質環(huán)境

黑龍江區(qū)域變質型石墨礦主要分布在佳木斯—興凱地塊內，地塊由基底與蓋層兩部分組成，蓋層為早寒武世—中奧陶世坳陷型碎屑巖-碳酸鹽巖陸棚建造，石墨礦賦存在構成基底的中—新元古代麻山巖群與興東巖群內。

麻山巖群的下部西麻山巖組、上部余慶巖組均賦存有石墨礦，主要分布于雞西地區(qū)，呈軸向近東西的復背形構造，為一套麻粒巖-紫蘇斜長變粒巖構造組合，原巖屬富鎂碳酸鹽-富炭泥質巖夾中基性火山巖組合。西麻山巖組為橄欖(透輝)大理巖-石墨片巖-石榴矽線片麻巖-二輝麻粒巖組合，原巖為富鎂碳酸鹽-富炭泥質巖-中基性火山巖組合；余慶巖組為黑云矽線片巖-角閃(黑云)斜長變粒巖-矽線石墨片巖-云母石英片巖(變粒巖)-黑云斜長片麻巖組合，原巖為富炭泥質巖-碎屑巖-富鎂碳酸鹽-中基性火山巖組合。

麻山巖群為被動陸緣環(huán)境的一套古陸演化早期的孔茲巖系，形成于地球地熱梯度高、低氧條件的還原環(huán)境，晚期出現中酸性火山碎屑巖夾層，構成雙峰式火山巖組合。火山巖以拉斑玄武巖為主，鈣堿性巖次之。麻山巖群遭受了中壓高溫區(qū)域動力熱流變質作用，形成以高角閃巖相為主的、由低角閃巖相—高角閃巖相—麻粒巖相遞增式變質雜巖。在地熱梯度進一步升高、變質作用與構造應力進一步增強的環(huán)境下伴生有混合巖化變質作用，形成近東西向的穹隆構造。晚期構造作用由塑性轉為剛性，有基性巖脈侵入，標志麻山運動結束，麻山—虎頭古陸固結。此階段在麻山巖群中形成了石墨、矽線石與大理巖等非金屬礦產。

與麻山巖群形成的同時或稍晚，在弧盆環(huán)境中沉積了巨厚的興東巖群，主要分布于蘿北、勃利、樺南、雙鴨山及寶清等地，總體呈近南北向帶狀分布，為一套具層狀鐵建造的角閃巖相區(qū)域變質巖。其下部大盤道巖組賦存石墨礦，為大理巖-二云(石墨)石英片巖-磁鐵石英巖組合，上部建堂巖組為絹云石英片巖-黑云片巖-變粒巖-斜長角閃巖組合。

大盤道巖組下部為富炭質細碎屑巖-含鐵硅質頁巖-富鎂質碳酸鹽巖組合，上部為碎屑巖-中基性火山巖-黏土巖-碳酸鹽巖組合，自下而上碳酸鹽巖劇增，為陸核邊緣淺水還原環(huán)境沉積建造。建堂組下部為雜砂巖-黏土巖-碳酸鹽巖組合，向上火山巖逐漸增多。興東巖群形成后，遭受了區(qū)域動力熱流變質作用，形成以低角閃巖相-高角閃巖相為主的變質雜巖。伴隨熱流變質作用與強烈的穹隆作用，晚期有鈣堿性花崗閃長巖-花崗巖侵入，表明伴隨大陸地殼厚度增大所引起的陸殼深部重熔、殼幔物質對流等巖漿侵入作用已經形成。

強烈的變質變形作用，導致原始層理被新生的片理、面理置換，在中部區(qū)形成短軸背、向形構造，向外則形成面狀穹隆，表明當時地殼應力仍以塑性變形占主導，應力方向性不明顯。后期發(fā)生的花崗巖類侵入活動及其切割變質巖層的構造作用，表明剛性變形逐漸增強。興東晚期的鈣堿性花崗巖侵入及其對穹隆構造與短軸背向斜的拼接固結作用，使古陸殼固結成剛性地塊。

佳木斯—興凱地塊經歷了中元古代—新元古代的古弧盆系發(fā)展、變質變形以及混合巖化作用之后，中—新元古代構造層形成了穩(wěn)定的結晶基底并克拉通化，構成了統(tǒng)一的聯(lián)合古陸，進入了較為穩(wěn)定的地塊發(fā)展演化環(huán)境(于躍江等，2013)。

1.2礦床特征

1.2.1含礦建造特征佳木斯—興凱地塊中的石墨礦主要賦存在麻山巖群中的西麻山巖組、余慶巖組及興東巖群中的大盤道巖組。

(1) 西麻山巖組。下部由斑狀混合巖、石墨片巖夾透輝石大理巖和與之互層的矽線石榴堇青片麻巖夾透輝斜長片麻巖、紫蘇輝石片麻巖組成，上部以石榴矽線堇青片麻巖、石榴斑狀混合巖夾大理巖透鏡體和透輝斜長片麻巖為主。巖組橫向上厚度和巖相變化較大，在雞西地區(qū)由西部的西麻山至東部石場一帶，原巖由黏土質、半黏土質逐漸過渡為鈣質泥巖和泥質巖。堇青片麻巖、斑狀混合巖由多變少，斜長透輝麻粒巖由少變多，到東部呈厚層狀產出；含石墨的變質巖由少變多，石墨礦的規(guī)模由小逐漸增大，以東部的柳毛石墨礦規(guī)模最大。依據原巖建造和含礦性進行對比，西麻山巖組原巖建造可分為3個沉積旋回，上部旋回的炭質頁巖和黏土質頁巖發(fā)育，形成富炭層和富黏土層，普遍賦存石墨礦，代表性礦床為柳毛石墨礦(李春文，1981)。

(2) 余慶巖組。下部為各種混合巖，中部為石墨片巖、石墨片麻巖和黑云斜長片麻巖，上部以大理巖、片麻巖、變粒巖夾混合花崗巖為主，在石場一帶出現紫蘇麻粒巖、透輝斜長片麻巖、輝石麻粒巖等巖石組合。巖組橫向上變化較大，反映了原巖建造的差異。自下而上原巖為泥質巖、含碳泥質砂巖、玄武安山巖、含硅白云質灰?guī)r、碳酸鹽巖。巖組中普遍含有石墨，在中上部層位局部富集形成礦床，代表性礦床為光義石墨礦。個別伴生有磷礦，如石場石墨礦。

(3) 大盤道巖組。在林口縣大盤道至樺南縣孟家崗一帶，巖組主要為透輝石大理巖、含鐵鎂閃石大理巖、白云質大理巖、白云巖，夾多層紅柱二云石英片巖、絹云石英片巖或變粒巖，并夾多層磁鐵石英巖或磁鐵礦層，縱、橫向變化不大。在蘿北地區(qū)大盤道巖組縱、橫向變化較大，由變粒巖、片巖、大理巖相變?yōu)楦惶俊⒏咪X的紅柱炭質片巖、大理巖，巖石普遍含有炭質，局部富集形成石墨礦床，代表性礦床為云山石墨礦(李思遠等，2016)。

1.2.2礦體特征石墨礦體賦存在石墨片巖、矽線石石墨片巖、云母斜長石墨片巖、石墨石英片巖、石墨云母片巖、石墨斜長片麻巖、石墨矽線石斜長片麻巖、含石墨變粒巖、石墨大理巖等變質巖系中，礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、扁豆狀，局部具有膨縮及分支復合現象。石墨礦體與含石墨的各種片巖、片麻巖、變粒巖、含石榴黑云混合巖等圍巖產狀一致，多呈漸變過渡關系，部分與圍巖界線清晰。礦床中礦體數量一般為幾條至二十幾條，部分礦體呈復層礦產出。一般礦體延長100～2 840 m，厚度4～193 m，延深50～1 090 m(黑龍江省地質礦產局，1994)。

1.2.3礦石特征石墨礦石類型以片巖型為主，其次有片麻巖型、麻粒巖型、變粒巖型、大理巖型。礦石結構為鱗片粒狀變晶結構、鱗片變晶結構、粒狀變晶結構，礦石構造為片狀構造、片麻狀構造、塊狀構造。石墨片徑0.05～2.0 mm，最大4.0 mm。固定碳質量分數為3%～10%，最高24%。

1.3成礦地質作用

1.3.1成礦物質來源及形成的構造環(huán)境區(qū)域變質型石墨礦層具有多層性，礦體呈層狀、似層狀賦存在含石墨片巖、片麻巖及大理巖中，與圍巖產狀基本一致，含石墨巖石屬正常沉積巖。原巖恢復說明其原始沉積物為富鋁、富碳的黏土質、半黏土巖及富鎂、富碳的碳酸鹽和火山巖。原巖中的炭質是石墨礦的物質來源，炭質來源于海相生物沉積(冉紅彥等，1996；李光輝等，2008)。

晶質石墨礦主要賦存在麻山巖群和興東巖群中，前者形成于被動陸緣環(huán)境，以富鋁為特征；后者形成于弧盆環(huán)境，以富鎂及含有硅鐵建造為特征，兩者均為一套海退過程中富含炭質的沉積建造。含有富鋁黏土巖的原巖建造代表相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境，有利于炭質的沉積。麻山巖群和興東巖群形成的構造環(huán)境不同，形成的原巖建造不同，其所發(fā)生的地質活動有所差異，引起的變質作用條件不同，形成的石墨礦特征亦不相同。

1.3.2變質作用及混合巖化作用賦存石墨礦的地層遭受了多期、多類型的變質作用，興凱期為變質作用的高峰期，形成變質程度較深的區(qū)域變質巖。麻山巖群變質程度是以高角閃巖相為主的由低角閃巖相—高角閃巖相—麻粒巖相；興東巖群以低角閃巖相為主，高角閃巖相在局部發(fā)育。變質程度達到角閃巖相，石墨片徑一般在0.1～1.0 mm；到麻粒巖相，石墨片徑有所增大，除0.1～1.0 mm片徑的石墨外，還有大于1.0 mm以及3.0～4.0 mm的石墨鱗片，說明區(qū)域變質程度越高，石墨鱗片愈大。因此，中—高級變質作用是石墨成礦的重要條件(韓振新等，2003)。

變質作用中隨著溫壓的增加，原巖的礦物成分、化學成分及物理性質等發(fā)生變化，石墨也發(fā)生活化遷移、重結晶，在適宜的條件下富集成礦。依據石墨巖系的巖石組合特征和變質礦物的共生組合，晶質石墨礦形成的變質程度至少要達到低角閃巖相，溫度范圍為565～650 ℃(高于十字石穩(wěn)定溫度，低于石英存在時白云母分解溫度)，高角閃巖相溫度范圍為680～700 ℃(矽線石、鉀長石穩(wěn)定共存的溫壓范圍)，壓力0.6～0.7 GPa；麻粒巖相溫度范圍在700～800 ℃，壓力0.74 GPa，屬中壓型，典型變質礦物組合為紫蘇輝石-透輝石-斜長石。可見石墨礦形成的變質條件較寬，溫壓越高，越有利于石墨礦的形成(于躍江等，2013)。

混合巖化作用改變了礦石的組構和成分(韓振新等，2003)，為局部變質巖及石墨礦的形成提供了熱能。在混合巖邊部，石墨鱗片有局部重結晶增大現象。有時由于鉀長交代巖的貫入，使礦體貧化。麻山巖群和興東巖群的原巖建造經中壓高溫區(qū)域動力熱流變質作用并疊加了混合巖化作用，形成了現在的區(qū)域變質型石墨礦。

2　石墨礦資源潛力預測

2.1礦產預測類型及預測方法

黑龍江晶質石墨礦形成于中—新元古代，主要賦存于佳木斯—興凱地塊結晶基地中的西麻山巖群和興東巖群內，按全國礦產資源潛力評價礦產預測類型劃分原則，黑龍江晶質石墨礦預測類型為沉積變質型晶質石墨礦，預測方法類型為變質巖型。預測底圖采用1∶10萬變質建造構造圖，定量預測方法為地質體積法。

2.2預測要素與預測模型

通過對柳毛、馬來山、佛嶺、云山等石墨典型礦床及預測工作區(qū)成礦地質環(huán)境、區(qū)域成礦規(guī)律研究，總結出麻山巖群西麻山巖組、余慶巖組和興東巖群大盤道巖組等為黑龍江晶質石墨礦預測必要要素，在此基礎上建立了預測模型(表1)。

2.3最小預測區(qū)圈定與優(yōu)選

將佳木斯—興凱地塊內麻山巖群、興東巖群、石墨礦床及礦點集中分布區(qū)劃定為預測工作區(qū)，依據建立的柳毛式沉積變質型晶質石墨礦預測模型，采用人工圈定的方法，將斷裂、第四系等地質體分割的西麻山巖組、余慶巖組、大盤道巖組分別圈定為最小預測區(qū)。將最小預測區(qū)內分布有石墨礦床、礦(化)點者分別劃分為A類和B類，其余劃分為C類。在林口、雞東、蘿北、湯原、雙鴨山—七臺河5個預測工作區(qū)共圈定217個最小預測區(qū)，其中A類12個、B類12個、C類193個(圖1)。

表1　黑龍江柳毛式沉積變質型晶質石墨礦預測模型

圖1　佳木斯—興凱地塊沉積變質型晶質石墨礦預測成果圖1-A類預測區(qū)；2-B類預測區(qū)；3-C類預測區(qū)；4-預測工作區(qū)Fig.1　Prediction results of the sedimentary metamorphic crystalline graphite ores in Jiamusi-Xingkai massif

2.4預測資源量估算及資源潛力評價

黑龍江沉積變質型晶質石墨礦成礦時代為中—新元古代，礦床成因與麻山巖群、興東巖群原巖孔茲巖系(陳衍景等，2000)經中—高級區(qū)域變質作用及混合巖化有關，礦體主要呈層狀、似層狀等產于麻山巖群、興東巖群變質巖系中。在佳木斯—興凱地塊內已發(fā)現的20個石墨礦床成礦類型相同、礦床特征相似，適合建立定量預測方法模型。因此，采用地質體積法估算最小預測區(qū)的預測資源量。

選擇西麻山巖群中的柳毛石墨礦、余慶巖組中的馬來山石墨礦及大盤道巖組中的云山石墨礦為模型區(qū)，在典型礦床預測要素圖上圈定含礦地質體分布范圍并量取其面積，依據石墨勘探報告，確定查明資源儲量及勘探最大深度，估算出模型區(qū)體積含礦系數。將最小預測區(qū)的含礦建造、石墨礦床規(guī)模及礦(化)點分布等情況與模型區(qū)進行對比，確定相似系數。采用模型區(qū)的體積含礦系數、勘探深度、最小預測區(qū)含礦建造面積及相似系數估算最小預測區(qū)預測資源量。估算了佳木斯—興凱地塊217個最小預測區(qū)預測石墨礦物資源量(江志明等，2012)，并按級別334-1、334-2、334-3分類進行了預測，3類石墨資源主要分布在蘿北、雙鴨山和雞西地區(qū)。

近年來，在圈定的石墨最小預測區(qū)內，相繼又發(fā)現了260高地、七馬架、奎山及和平等一批大型石墨礦床，初步估算了新增石墨礦物資源儲量，表明黑龍江省晶質石墨礦找礦潛力大。

3　結　論

(1) 黑龍江沉積變質型石墨礦主要賦存在佳木斯—興凱地塊的結晶基底內，控礦建造為西麻山巖群西麻山巖組、余慶巖組及興東巖群大盤道巖組，成礦時代為中—新元古代。在被動陸緣和弧盆構造環(huán)境內沉積形成的孔茲巖系，經中高溫區(qū)域變質作用及后期混合巖化作用形成石墨礦床。

(2) 沉積變質型晶質石墨礦的預測資源量較多，圈定的最小預測區(qū)經勘查驗證，新增一批大型石墨礦產地，各類預測區(qū)為晶質石墨礦產勘查工作部署提供了重要的地質依據。

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Potential prediction of graphite ore resources in Heilongjiang Province

TANG Chen

(Heilongjiang Institute of Geological Survey, Harbin 150036, Heilongjiang, China)

Based on the analysis of regional metallogenic setting and typical deposits, this work systematically summarized the ore-forming features of the sedimentary metamorphic crystalline graphite ores in Heilongjiang Province, and thoroughly analyzed the metallogenic geological process and ore-controlling factors. In addition, we established a regional prediction model for the Liumao-type sedimentary metamorphic crystalline graphite ores, delineated and optimized 217 minimum prediction areas, and estimated the graphite ore resources by the geological volume method. It is suggested that there is a great potential for prospecting graphite ores in Heilongjiang, which may provide important geological evidence for the future graphite ore exploration.

sedimentary metamorphic type; crystalline graphite ore; metallogenic characteristics; geological volume method; potential prediction; Heilongjiang Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.438

2016-08-15；

2016-08-25；編輯：侯鵬飛

中國地質調查局重要礦產資源成礦遠景區(qū)劃工作項目“全國重要礦種成礦區(qū)劃部署研究”(12120114051501)

唐臣(1962—)，男，高級工程師，從事地質礦產勘查及研究工作，E-mail：hljtangchen@163.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0438-05