吉林天橋嶺石墨礦床地質(zhì)特征及成因淺析

王繼梅

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

1 地質(zhì)概況

天橋嶺石墨礦區(qū)位于天山—興安地槽褶皺區(qū)、吉黑褶皺系，延邊優(yōu)地槽褶皺帶，延邊復(fù)向斜、春化—四道溝中間凸起汪清向斜內(nèi)。

1.1 地層

地層分區(qū)位于濱太平洋地層大區(qū)，雞西—延吉地層區(qū)，汪清—和龍地層小區(qū)。礦區(qū)出露地層有古生界中二疊統(tǒng)紅太平組(P2h)，中生界上三疊統(tǒng)山谷旗組(T3s)、托盤(pán)溝組(T3t )、馬鹿溝組(T3m)、天橋嶺組(T3tq)，中生界下白堊統(tǒng)大拉子組(K1dl )，新生界新近系中新統(tǒng)老爺嶺組(N1l )，第四系上更新統(tǒng)Ⅱ級(jí)階地堆積(Qp3al)，第四系全新統(tǒng)河漫灘及Ⅰ級(jí)階地堆積(Qhal)。礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)右圖。

石墨礦體賦存于上三疊統(tǒng)馬鹿溝組(T3m)碳質(zhì)板巖中，該組分布于礦區(qū)的中部，出露長(zhǎng)4 000m，寬度300～950m，厚度172～545m，面積2.35km2。總體呈層狀北東—南西向分布，巖層產(chǎn)狀：傾向285～330°、傾角20～45°。根據(jù)巖性組合及沉積特征，凝灰質(zhì)砂巖為標(biāo)志層，自下而上分為三層。

(1) 第一層(T3m1)：出露長(zhǎng)1 000m，寬100～150m，厚67m，下部為凝灰質(zhì)板巖，中部為凝灰質(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖夾凝灰質(zhì)礫巖，上部為凝灰質(zhì)砂巖。產(chǎn)狀：傾向290～320°、傾角20～40°，Ⅰ、Ⅱ礦組賦存于該層，與上覆第二層(T3m2)呈整合接觸。

(2) 第二層(T3m2)：出露長(zhǎng)1 100m，寬70～160m，厚108m，下部為凝灰質(zhì)礫巖，中部凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)板巖及碳質(zhì)板巖組成，上部為凝灰質(zhì)砂巖。產(chǎn)狀：傾向285～330°、傾角25～45°，Ⅲ礦組賦存于該層，與上覆第三層(T3m3)呈整合接觸。

(3) 第三層(T3m3)：出露長(zhǎng)1 000m，寬100～150m，厚95m，主要由凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖組成，局部夾凝灰質(zhì)板巖及少量碳質(zhì)板巖。產(chǎn)狀：傾向285～330°、傾角30～45°。

汪清縣天橋嶺鹿圈子石墨礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于東陽(yáng)村—廟嶺復(fù)式背斜的北部，總體構(gòu)造形態(tài)為單斜，由山谷溝組(T3s )、托盤(pán)溝組(T3t )、馬鹿溝組(T3m)及天橋嶺組(T3tq)組成，巖層傾向285～300°、傾角20～45°。

區(qū)內(nèi)無(wú)斷裂構(gòu)造，但見(jiàn)有層間滑動(dòng)現(xiàn)象，在滑動(dòng)面上可見(jiàn)有擦痕。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖為淺成侵入巖及火山巖。

淺成侵入巖地表未見(jiàn)出露，僅在ZK0206鉆孔下部見(jiàn)有中生代早白堊世花崗斑巖(K1γπ)，結(jié)合物探成果，花崗斑巖走向呈近南北向，長(zhǎng)290m，寬140m，面積0.30km2。該侵入巖與石墨礦體有關(guān)。

火山巖為流紋巖，分布于區(qū)內(nèi)中西部，走向呈近南北向，長(zhǎng)2 200m，寬1 400m，面積2.81km2。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體(層)特征

礦體呈層狀賦存于上三疊統(tǒng)馬鹿溝組第一層(T3m1)及第二層(T3m2)中。自下而上劃分出3個(gè)礦組，Ⅰ、Ⅱ礦組賦存于第一層(T3m1)，其中Ⅰ礦組由1條石墨礦體構(gòu)成，Ⅱ礦組由13條礦體構(gòu)成；Ⅲ礦組賦存于第二層(T3m2)，由7條礦體構(gòu)成。全區(qū)共圈出礦體21條，其中Ⅱ4、Ⅱ10礦體及Ⅲ2、Ⅲ3礦體為主要礦體，分布于01～26線之間，控制主礦體長(zhǎng)500～700m，真厚度0.60～21.46m，賦存標(biāo)高10～363m。產(chǎn)狀：傾向285～330°、傾角25～45°，與地層產(chǎn)狀基本一致。除Ⅲ2、Ⅲ3礦體在TC01探槽位置有出露外，其余礦體地表均未出露。Ⅰ礦組與Ⅱ礦組間距50～65m；Ⅱ礦組與Ⅲ礦組間距4～61m。各礦體特征見(jiàn)表1。

表1 礦體特征

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦石類(lèi)型和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

通過(guò)對(duì)該石墨礦石進(jìn)行粒徑分析(電鏡法SEM及差熱法DTA)，證實(shí)石墨礦由細(xì)鱗片晶質(zhì)石墨、結(jié)晶度較低石墨(過(guò)渡型)、隱晶質(zhì)石墨三部分組成，而隱晶質(zhì)石墨含量較高。石墨礦石結(jié)晶顆粒直徑＜1μm的石墨占96%～99%，結(jié)晶顆粒直徑＞1μm的石墨占1%～4%。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)室階段礦石加工技術(shù)性能試驗(yàn)，該石墨礦中晶質(zhì)石墨(1%～4%)無(wú)法從隱晶質(zhì)石墨礦石中選出，只能與隱晶質(zhì)石墨一起選礦。

綜上所述，該區(qū)石墨礦自然類(lèi)型為碳質(zhì)板巖型石墨礦，工業(yè)類(lèi)型為隱晶質(zhì)石墨。

礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造主要為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，少量顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造、局部見(jiàn)揉皺構(gòu)造。

2.2.2 礦石礦物成分及化學(xué)成分

礦石礦物以隱晶質(zhì)石墨為主，尚有少量晶質(zhì)石墨，石墨含量5%～70%，脈石礦物有石英、長(zhǎng)石及微量金屬礦物(黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦)等，石英含量10%～30%，長(zhǎng)石含量5%～10%。礦物呈方向性排列，硅質(zhì)成分與碳質(zhì)成分呈絲線狀相間分布。

隱晶質(zhì)石墨：占石墨含量96%～99%，呈細(xì)纖維狀，極少部分重結(jié)晶形成晶質(zhì)石墨。偶見(jiàn)微量微細(xì)粒金屬礦物黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦等在石墨晶體中呈包裹狀態(tài)分布。

晶質(zhì)石墨：占石墨含量1%～4%，呈他形晶，少量呈自形—半自形晶，單晶較細(xì)小，晶粒一般0.01～0.05mm，部分晶體有平行位移和彎曲，呈揉皺狀及波狀。集合體中晶粒一般0.1～0.5mm，＞1mm粒徑較少，集合體呈板條狀、葉片狀、放射狀及鱗片狀；少量石墨晶體表面見(jiàn)輕微鐵染，部分晶質(zhì)石墨中有尚未發(fā)育好的隱晶質(zhì)石墨。晶質(zhì)石墨呈斑點(diǎn)狀彌散分布，主要為長(zhǎng)條狀，部分為片狀。石墨晶體中也見(jiàn)有石英等非金屬礦物星點(diǎn)狀分布或呈微細(xì)脈。

石墨呈侵染狀、條帶狀賦存于碳質(zhì)板巖中，其中有用組分為固定碳，固定碳含量5.01%～69.05%。對(duì)石墨礦石進(jìn)行了多元素分析(10件)及組合分析(20件)，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 礦石多元素分析結(jié)果(%)

表3 礦石組合分析結(jié)果(%)

(1) 從多元素分析結(jié)果可看出：礦石中氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3含量較高，影響了石墨礦石品位。

(2) 從組合分析結(jié)果可知：礦石灰分含量較高。礦石中伴生有害組分有SiO2、Al2O3、Fe2O3及灰分，礦石中未發(fā)現(xiàn)伴生有益組分。

2.3 礦體圍巖及夾層

礦體頂?shù)装鍘r性主要為凝灰質(zhì)板巖及碳質(zhì)板巖，少部分為凝灰質(zhì)礫巖。凝灰質(zhì)板巖及碳質(zhì)板巖，固定碳含量0.17%～5.00%，與礦體為漸變過(guò)渡關(guān)系，肉眼不易區(qū)分。凝灰質(zhì)礫巖，固定碳含量為0.09%～0.80%，與礦體界線清楚。

礦體中有少量夾層，分布于Ⅲ2、Ⅲ3礦體中，巖性主要為凝灰質(zhì)板巖，介于邊界品位與工業(yè)品位之間且大于夾石剔除厚度的碳質(zhì)板巖。Ⅲ2礦體中夾層為J1、J4、J5、J6，呈透鏡狀，產(chǎn)狀與礦體一致，推測(cè)走向延長(zhǎng)50m，傾向延伸45～109m，真厚度0.60～1.32m，固定碳含量0.78%～6.96%；Ⅲ3礦體中夾層為J2、J3，呈透鏡狀，產(chǎn)狀與礦體一致，推測(cè)走向延長(zhǎng)50m，傾向延伸45～60m，真厚度0.61m，固定碳含量6.01%～7.05%。夾層對(duì)礦體完整性的影響較小。夾層特征見(jiàn)表4。

表4 夾層特征

3 成因淺析

3.1 礦床成因

該區(qū)中生代晚三疊世沉積了一套陸相碎屑巖，如：礫巖、粒砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖，早白堊世由于巖漿侵入活動(dòng)，在熱力烘烤作用下引起巖層變質(zhì)，碳質(zhì)頁(yè)巖變質(zhì)成為碳質(zhì)板巖，巖石中的碳質(zhì)成分發(fā)生改變，石墨礦物富集地段形成石墨礦體。

3.2 成礦控制因素

礦床形成由于中生代早白堊世花崗斑巖侵入，受溫度和壓力的作用，地層發(fā)生接觸熱變質(zhì)作用，巖石中的碳質(zhì)變質(zhì)成隱晶質(zhì)石墨，屬接觸變質(zhì)礦床。

3.3 找礦標(biāo)志

上三疊統(tǒng)馬鹿溝組碳質(zhì)板巖是直接找礦標(biāo)志，低阻及高極化率地質(zhì)體是間接找礦標(biāo)志。