黑龍江省蘿北縣衛東林場石墨礦勘查研究

邢月龍，王 磊，陶 蕾

（中國建筑材料工業地質勘查中心江蘇總隊，江蘇 南京 211135）

研究區主要分布在蘿北縣衛東林場，區內為低山丘陵地形，剝蝕堆積地貌，礦區內最高海拔618米，侵蝕基準面367米，相對高度250米左右。礦區在2015年5月—2016年7月，開展野外詳查工作，施工鉆孔18個，共鉆探4469.28米，槽探15000方。詳查階段是進行系統的石墨礦勘查工作，基本查明石墨礦床地質特征以及控制礦體的因素，對區內找礦工作具有重要的指示作用。

1 礦區地層

區域上屬興凱湖—布列亞山地層區，佳木斯小區。出露地層有古元古界興東巖群大馬河組主要分布在望江峰-衛東林場一帶，主要巖性為石英片巖，石墨片巖，石墨石英片巖、黑云斜長變粒巖，石英巖等。古元古界興東巖群大盤道組主要巖性為石英片巖，石墨片巖，石墨石英片巖、黑云斜長變粒巖,大理巖,石英巖等。第四系松散沉積，以沖積和洪積砂礫石、砂、粘土為主，上覆腐植土和植被[1，2]。

2 侵入巖

區域上屬于佳木斯地塊新太古代-古生代構造巖漿帶，興東古陸塊侵入巖漿構造帶，林口-密山花崗巖帶。出露有古元古代混合巖化的重熔混合花崗巖，晚石炭世重熔二長花崗巖。古元古代中粗粒花崗巖主要分布在佐武山西部、云山北部、望江峰東部一帶，主要巖性組合有花崗巖、混合巖化花崗巖、混合巖，局部可見有混合巖化花崗閃長巖。巖體侵入大盤道巖組中深變質巖中。晚古生代晚石炭世中細粒二長花崗巖巖性相對單一，為中細粒二長花崗巖，在區域外部有中生代地層覆蓋。區域脈巖主要見于普查區內，發育有堿長花崗巖脈、細粒閃長巖脈石英脈。

3 構造

勘查區屬佳木斯地塊，興東古陸塊中部，太平溝隆起南端。南側為鶴崗凹陷，東側為黑龍江斷裂，西側為牡丹江斷裂。除上述大的斷裂帶以外，區域內主要構造表現為東西向、南北向、北西向和北東向斷裂，褶皺不發育。

4 礦體特征

礦體分布在北西-南東向長約2000米，北東-南西向寬約600-1300米，控制礦體埋深zk4009孔413.72米。目前共發現石墨礦體24條，均賦存于大馬河組下部含石墨層位中，分布在10-46勘探線之間，勘探線之間對應的同一礦體，其編號相同。一般礦體長100-400米不等，垂直厚度在2.18-68.11米，呈層狀，少為透鏡狀，傾向北東，傾角在20-45°。礦體東部厚大，埋藏淺，層位較穩定，夾石少；在40線石墨礦體開始收斂變窄，厚度變薄，礦層內夾石逐漸增多。礦體與圍巖（石英片巖、斜長變粒巖、云母石英片巖等）產狀一致，整合接觸，兩者界線清楚[3]。

5 礦石質量

5.1 礦石的結構

①礦石出現鱗片變晶結構，礦物的產出形態多呈現為單晶片狀，同時形成了定向排列，001晶面平行層理，0.05-1.5mm通常為片徑長軸，鱗片變晶結構的礦物主要在云母、長石、石英晶粒之間。②粒狀變晶結構，石墨呈葉片狀，以單晶片狀產出，片徑定向性不明顯，分布在石英、長石等礦物晶粒間，片徑長軸一般為 0.01-1.0mm,最大可達1.5mm。

5.2 礦石的構造

石墨礦石的構造有三種類型①片狀構造：黑云母、白云母、石墨出現定向排雷構成的片狀形態，礦石內的石墨含量占比大約為四分之一，云母類含量不等，大約為十分之一。多為優質礦石。②塊狀構造：礦石中的石墨以葉片及集合體的形式組成與長英質礦物鑲嵌分布構成塊狀構造，石墨含量一般在10-15%。③條帶狀構造：石墨與長英質礦物相間分布，鱗片狀石墨呈定向排列，形成條帶狀礦石，此種礦石石墨含量較低，一般在5-8%。

5.3 礦石的礦物成分

根據吉林大學測試科學實驗中心對3件石墨礦石分析，礦石的礦物組成由石英、堿性長石、斜長石、方解石、白云石、伊蒙混層、伊利石及石墨組成。礦石組分含量見下表。

表1 組合分析結果表

從上表可以看出，區內礦石中的固定碳的組合樣最高品位為 17.29%，最低11.43 %，平均品位15.26%。固定碳在礦體之間或在礦體內部的變化特點是沿走向自東向西品位降低，傾向上變化不明顯，地表局部出現高品位，鉆孔深部變化不明顯。酸溶鐵含量與工程深度不同變化較大，變化范圍在0.38-3.08%之間，總體表現為隨著礦體埋深酸溶鐵含量逐漸增加，說明在氧化帶地段，可溶性鐵具有流失。揮發份含量變化在1.45-2.80%之間，從已知的薄片鑒定結果上看，與巖石中含有碳酸鹽巖有關，其含量高者，現對石墨含量有所降低。S含量在0.38-1.22%之間，在石墨礦石中很少見有含有高S礦物，偶見黃鐵礦礦及磁黃鐵礦。

6 礦石巖石類型劃分

6.1 石英石墨片巖型礦石

灰黑或鉛灰色，鱗片花崗變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量15-25%，脈石礦物由30-45%石英，10-20%云母，10-30%斜黝簾石，10%左右斜長石，次要的有透閃石、矽線石，少量的電氣石、金紅石、榍石、磷灰石、鋯石、綠泥石、透輝石、黃鐵礦、褐鐵礦等組成。石墨為鱗片狀、葉片狀，片長0.05—1.5mm，最長3mm，具定向排列，大部分呈單體出現，構成片狀結構。少部分聚集呈條帶狀分布，構成似條帶狀構造。由于巖石礦物含量不同構成各種石墨片巖。

脈石礦物顆粒在0.05—1mm，大者達1.5mm，片狀、粒狀、柱狀和纖柱狀。自形程度不一，暗色礦物高于淺色礦物，具定向排列構成片狀構造。

6.2 石墨石英片巖型礦石

灰色，鱗片花崗變晶構造，片狀構造。礦石礦物石墨含量10—15%，脈石礦物由35—75%石英，15—25%長石，5%矽線石，5%斜黝簾石，5%左右的云母，少量榍石、金紅石、電氣石、磷灰石、獨居石、褐鐵礦等組成。石墨為鱗片狀、葉片狀，以鱗片狀為主，片長0.05—1毫米，大者2毫米，呈定向排列，以單體分布在脈石礦物晶粒間，構成片狀構造。由于脈石礦物含量不同構成石墨石英片巖、云母石墨石英片巖、斜黝簾石墨石英片巖、含矽線石石墨石英片巖、混合質石墨石英片巖等。

6.3 矽線石石墨片巖型礦石

灰白色，鱗片花光變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量5-10%，脈石礦物由40-50%石英，5-20%云母，5-10%矽線石，5-10斜長石，少量的榍石、金紅石、電氣石等組成。石墨為鱗片狀、片葉狀，片長0.05-1毫米，大者1.5毫米，呈定向排列，均以單體出現構成片狀構造。此類型礦石與石墨石英片巖型為過渡關系，以含矽線石區別之。

6.4 石墨變粒巖型礦石

灰白色，鱗片花崗變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量5-15%，脈石礦物由45%石英，35%斜長石，5%云母，少量的電氣石、金紅石、磁黃鐵礦等組成。石墨以葉片狀為主，少量鱗片狀，片長0.1-0.5mm，呈定向斷續分布，構成片狀構造。脈石礦物顆粒在0.05-0.2mm，片狀、粒狀和柱狀。自行程度差，具定向排列構成片狀構造。

6.5 石墨斜長變粒巖型礦石

灰白—灰色，鱗片花崗變晶結構，片狀構造。礦石礦物石墨含量7.12%，脈石礦物由58-75%斜長石，10-30%石英，5%云母，少量的簾石。金紅石、榍石、磷石等組成。石墨為鱗片狀。葉片狀，片長1.05-1mm，大者2mm，呈定向均勻分布于脈石礦物晶粒間，構成片狀構造。脈石礦物顆粒在0.1-1mm間，片狀粒狀，暗色礦物對于淺色礦物。自形程度較差，具定向排列構成片狀構造。

石墨：顯晶質，以鱗片狀為主，次為葉片狀，個別為板狀,石墨在礦石中的一般含量占10-20%，最高可見占25%。

7 石墨礦床成因

屬于區域變質型礦床。礦床工業類型為—中深變質巖系中的晶質石墨礦床。

8 石墨的主要用途

①耐高溫材料：本次研究的礦物制品具備了較強的耐熱性能，在工業生產中可以進行石墨坩堝的生產，煉鋼過程中使用的保護劑多為石墨制品，另外石墨也可作為冶煉爐的內襯。②導電材料：可用于電氣生產的水銀正流器的政績、通訊零件、電極、碳管、石墨墊圈、碳棒，顯示設備的顯像管的涂層等。③耐磨潤滑材料：在高壓、高速、高溫的情況下不可使用石墨作為潤滑材料，這種耐磨潤滑材料能夠在200-2000℃的情況下使用，可達到潤滑的實際應用效果。一些運送具有腐蝕性設備時，多使用石墨材料制作成密封設備或活塞杯，運轉過程中可以不添加潤滑油。④良好的化學穩定性：進行處理后的石墨材料，它的導熱性能、耐腐蝕性能良好，另外還具有滲透率低的優點，應用在熱交換器的加工中，過濾器、凝縮器、吸收塔、反應槽、燃燒塔、加熱器、冷卻器。在金屬冶煉、造紙工業、石油化工、纖維合成等領域廣泛應用，能夠節約一部分金屬材料的使用量。⑤原子能工業和國防工業：國防工業領域：原子反應中石墨可作為減速劑，現階段我們應用最廣泛的是鈾-石墨原子反應堆。因石墨材料具有耐腐蝕性能、熔點高等優點，另外該材料的雜質含量較低，可作為原子能中反應堆的減速材料。⑥防鍋爐結垢：在水中加入一定量的石墨粉(每噸水大約用4-5 克)能防止鍋爐表面結垢。此外石墨涂在金屬煙囪、屋頂、橋梁、管道上可以防腐防銹。⑦電極：石墨電極較之銅最極優點多多，1）加工速度更快，比銅的加工速度快2-5倍，放電加工速度比銅快2-3倍；2）材料更不容易變形，在薄筋電極的加工上優勢明顯，銅的軟化點在1000度左右，易受熱變形，而石墨升華溫度為3650度，熱膨脹系數僅為銅的1/30；3）重量更輕，石墨密度只有銅的1/5；4）放電消耗更小，因火花油中含有C原子，在放電加工時，高溫導致火花油中的C原子被分解出來，轉而在石墨電極的表面形成保護膜，補償了石墨電極的損耗。⑧最薄最堅硬的納米材料-石墨烯：有望在新材料與現代電子科技領域引發一輪革命。