河北省赤城艾家溝南山石墨礦床地質特征及原巖恢復淺析

王立考

(中國建筑材料工業地質勘查中心河北總隊，河北 保定 071051)

1 礦區地質概況

河北省赤城艾家溝南山石墨礦位于華北地臺北緣西段石墨成礦帶的東部，燕山臺褶帶宣龍復式向斜龍關穹褶束內[1-2]。區內出露地層主要為太古界及新生界第四系。區內變質作用為區域變質作用，區內構造以斷裂為主，褶皺構造主要表現為波狀褶曲，總體屬單斜構造。巖漿巖不發育，主要以巖脈形式分布。礦區地質圖見圖1。

圖1 艾家溝石墨礦地質簡圖

1.1 地層及巖石特征

區內出露地層主要為太古界崇禮巖群艾家溝組(Ara)及新生界第四系(Q4)。地層產狀較緩，自下而上劃分出4個巖性層。各巖性層特征如下。

第1巖性層：為條帶狀混合巖夾少量斜長角閃巖。巖性穩定，厚度＞25m，分布于該組下部，主要出露于礦段南部。與上部的石榴斜長角閃巖界線分明。

第2巖性層：為石榴斜長角閃巖，與上部的第3巖性層界線分明，厚度5～25m。

第3巖性層：為石墨(黑云)斜長變粒巖、含石墨石榴矽線鉀長變粒巖夾石榴斜長角閃巖。礦體賦存于本層。巖性分布不穩定，在區域上呈透鏡狀，在礦段內厚度變化也較大，最厚43m，最薄3.5m，一般厚度15～35m。

第4巖性層：為石榴斜長角閃巖夾不純大理巖。分布于礦段地層的最上部。不純大理巖呈透鏡體狀分布于石榴斜長角閃巖中。

1.2 構造

區內構造較簡單。巖層總體呈單斜產出，傾向290～10°，傾角6～55°，且向深部變緩[3]。礦區西部發育1條規模較大的正斷層，出露長度1 076m，破碎帶寬3～5m，斷層面見明顯擦痕，兩側地層明顯錯開。東南盤上升，西北盤下降。斷層走向北東，傾向300～315°，傾角50～65°。該斷層對區內石墨礦體無影響。

1.3 巖漿巖

本區巖漿巖不發育，僅在礦段較遠的西南部見兩條脈巖，寬約數米，長約數十米，呈北西方向展布，斜切地層，由于離礦體較遠，對礦體沒有破壞作用。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

石墨礦體賦存于太古界艾家溝組，有2個石墨礦體。K1為主要礦體，K2分布于K1之上，為次要礦體。

K1礦體：礦體賦存于太古界艾家溝組的下部，礦體呈似層狀。因沖溝剝蝕礦體在礦區北部被切割斷開，大致呈北東—南西向展布，延伸長約440m，南北平均寬224m。礦體傾向一般為295～37°，傾角8～22°。礦體最厚為4.80m，最薄為2.00m，平均厚度為3.00m，礦體厚度沿走向及傾向變化不大。礦體平均品位為3.64%，變化系數為10%。預測礦石資源量(333)79.84萬t，礦物資源量(333)2.74萬t，占礦段總礦物量的85.6%。

K2礦體：分布于礦區中部，礦體賦存于太古界艾家溝組上部。礦體受風化剝蝕僅在山頂處斷續出露。礦體呈似層狀產出，東西長約120m，南北寬100m。礦體傾向324～358°，傾角7～30°。礦體厚度為2.08～2.93m，礦體厚度沿走向及傾向變化不大，厚度變化系數為5%。礦體平均品位為3.38%，變化系數為2%。預測礦石資源量(333)13.71萬t，礦物資源量(333)0.46萬t，占礦段總礦物量的14.4%。

2.2 礦石特征

礦石類型為晶質鱗片石墨。自然類型為變粒巖型。由石墨黑云斜長變粒巖、石墨斜長變粒巖組成。礦石多呈褐黃色，鱗片粒狀變晶結構、平行粒狀構造。礦石為風化礦石，結構較松散，沿片麻理方向易剝離。很少見磁鐵礦顆粒，斜長石多已高嶺土化、絹云母化。石墨片徑0.18～1.5mm。根據采場測量統計風化深度20m以上。

2.3 礦體圍巖及夾石

K1礦體的頂板為含石墨黑云斜長變粒巖，底板為石榴斜長角閃巖。K2礦體頂底板均為含石墨黑云斜長變粒巖，礦體內不含夾石。

3 原巖恢復

該組巖石為深成變質巖，原巖的結構、構造多已分辨不清，現綜合野外地質特征、巖石學及巖石地球化學特征進行原巖恢復[4]。

(1)該組巖石成層性好，發育粒序層理，產狀穩定；巖石粒度較均勻，呈較穩定的細粒狀，由此顯示原巖為沉積巖的特點。且出現多層較穩定的石墨黑云斜長變粒巖及大理巖，并夾有石墨石榴矽線鉀長變粒巖，這類巖石的原巖為既含碳質又富鋁的泥質粉砂巖及碳酸鹽巖。

(2)該組巖石鏡下觀察仍可見有變余砂狀結構、變余層理構造，顯示原巖具沉積巖特征，其中石英巖類變余粒序層理清晰可見，表明其由長石石英砂巖變質而成。且有黑云母、矽線石、紅柱石等特征礦物，反映為砂泥質原巖變質而成。

(3)石墨黑云斜長變粒巖分析結果(表1)顯示SiO2含量60.98% ～72.18%，MgO含量 1.61% ～2.82%，Al2O3含 量 15.61% ～ 20.72%，FeO 含 量3.15% ～ 7.15%，K2O 含量 2.59% ～ 5.00%，CaO含量 0.32% ～ 2.04%。稀土總量達 310.38×10-6～375.36×10-6，δEu=0.41 ～ 0.52。稀土分配型式曲線具右傾斜(圖2)[5]，輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯。微量元素Rb、Ba含量較高。

在 (al+fm)—(c-alk)—si圖解中 (圖 3)[5]，樣品均落入沉積巖區，在(Al2O3+TiO2)—(SiO2+K2O)—Σ三角圖解中(圖4)[5]，樣品主要投入Ⅵ、Ⅶ區，反映為化學上弱分異的沉積物區及化學上中等分異的粘土，寒帶和溫帶氣候的海相和陸相粘土。

綜上所述，太古界艾家溝組則為一套以淺海相的粘土巖、粉砂巖、碳酸鹽巖為主，間有基性火山噴發的原巖建造所組成，形成大地構造環境為淺海陸棚相。

表1 石墨變粒巖巖石化學成分 (單位：%)

圖2 變粒巖類巖石稀土球粒隕石標準化分配型式圖

圖3 (al+fm)—(c-alk)—si圖解(據西蒙南，1953)

4 找礦標志

研究區礦體嚴格受含礦巖系的控制，石墨礦體與太古界艾家溝組(Ara) 變粒巖產狀基本一致，所以可將太古界艾家溝組地層視為區域找礦標志。

圖4 (Al2O3+TiO2)—(SiO2+K2O)—Σ三角圖解(據涅洛夫,1974)

礦體在條帶狀混合巖附近且與大理巖透鏡體半生，由此可把大理巖透鏡體視為該類石墨礦找礦標志；另外地表高嶺土化、絹云母化強烈地段多為晶質石墨富集地段亦是本研究區的主要找礦標志。