黑龍江神樹隱晶質(zhì)石墨礦床地質(zhì)特征及礦床成因淺析

鄒洪印

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧沈陽 110004）

石墨是一種特殊的非金屬礦物，既兼具金屬材料的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，又具有耐高溫、耐酸堿等諸多優(yōu)異性能，在鑄造、電子、化工、航天等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。石墨按礦石類型可分為晶質(zhì)石墨礦和隱晶質(zhì)石墨礦，其中隱晶質(zhì)石墨除了具有晶質(zhì)石墨的物化性質(zhì)外，其結(jié)晶程度低，晶體結(jié)構(gòu)具有球狀超分子的特點(diǎn)使其在應(yīng)用晶質(zhì)石墨不經(jīng)濟(jì)或無法涉足的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如節(jié)能添加劑、鑲嵌潤滑、高導(dǎo)涂料、印刷電路、導(dǎo)電橡膠等[1]。在我國隱晶質(zhì)石墨主要分布于湖南、吉林、內(nèi)蒙古等地。本文總結(jié)了黑龍江神樹隱晶質(zhì)石墨礦床區(qū)域地質(zhì)背景、地質(zhì)特征，初步分析總結(jié)了礦床成因，為今后在黑龍江神樹地區(qū)隱晶質(zhì)石墨找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造單元位于興安嶺—內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)、伊春—延壽地槽褶皺系、五星—關(guān)松鎮(zhèn)中間隆起帶，屬伊春—延壽（巖漿）Fe-Pb-Zn-Mo-W-Sn-Cu-Ag石墨成礦區(qū)帶[2]。區(qū)域出露的地層由老至新為古生界泥盆系下統(tǒng)黑龍宮組（D1hl）、二疊系下統(tǒng)土門嶺組（P1t）、二疊系上統(tǒng)紅山組（P2h）、五道嶺組（P2w）、三疊系下統(tǒng)冷山組（T3ln）以及新生界第四系更新統(tǒng)，其中二疊系下統(tǒng)土門嶺組炭質(zhì)板巖層為石墨的賦存層位。土門嶺組是一套砂板巖夾灰?guī)r的海陸交互相沉積層，神樹地區(qū)出露本組上部層位，板巖中含植物化石，碳元素相對(duì)較為集中。

區(qū)內(nèi)自古生代以來，巖漿活動(dòng)十分頻繁，具有多旋回多期次的特點(diǎn)，為地層帶來大量熱液，對(duì)石墨礦床的形成具有重要作用。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)可劃分4個(gè)旋回期，其中石墨礦床形成于晚三疊紀(jì)至早侏羅紀(jì)的第3 旋回晚期至第4旋回早期。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于神樹復(fù)式背斜的一翼。區(qū)內(nèi)出露的主要地層為古生界二疊系上統(tǒng)紅山組及下統(tǒng)土門嶺組，二者呈整合接觸[3]。其中土門嶺組是石墨礦床賦存層位，巖性為淺灰色—灰色變質(zhì)砂巖、黑色炭質(zhì)板巖。巖層整體近北北東向展布，呈單斜產(chǎn)出，傾角50°左右。

礦區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，主要為晚印支期酸性巖漿巖：二疊世二長花崗巖（πγδP）、花崗閃長巖（γδP），侏羅世鉀長花崗巖（J1-2Jγ），為石墨礦成礦提供必要的熱源條件。本區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模多旋回巖漿入侵及噴發(fā)活動(dòng)，對(duì)石墨礦有用成分的運(yùn)移富集及重結(jié)晶十分有利。

礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖巖石組合為板巖、變質(zhì)（粉）砂巖，以絹云母+綠泥石+石英組合為特點(diǎn)，屬絹云母—綠泥石級(jí)低綠片巖相變質(zhì)巖。原巖為陸源碎屑沉積建造中的炭質(zhì)泥巖、長石石英砂巖、長石石英粉砂巖，遭受了板巖—千枚巖型變質(zhì)，屬于區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用類型。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)產(chǎn)出2 個(gè)石墨礦體，自上而下編號(hào)為Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)，均為隱伏礦體，呈似層狀產(chǎn)出，其中Ⅱ號(hào)礦體為主礦體，Ⅰ號(hào)礦體規(guī)模較?。▓D1）。礦體產(chǎn)狀與炭質(zhì)板巖圍巖一致，呈北東—南西向展布，總體傾向SE，傾角44°～48°（表1）。礦體與頂?shù)装鍑鷰r多呈漸變過渡關(guān)系，局部界線清晰，近礦板巖層理、裂隙多有不同程度石墨礦化現(xiàn)象，呈細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀、不規(guī)則狀。

表1 神樹石墨礦礦體特征一覽表

圖1 地質(zhì)剖面簡圖

Ⅰ號(hào)礦體控制延長190m，深部延伸114m，呈單斜產(chǎn)出，礦體厚度2.2～3.5m，平均2.9m，固定碳含量55.39%～76.09%，平均71.06%，埋深4～153m。Ⅱ號(hào)礦體控制延長200m，深部延伸254m，呈單斜產(chǎn)出。礦體厚度2.1～17m，平均10.1m，固定碳含量59.60%～90.07%，平均76.86%，埋深24～258m。兩條礦體頂?shù)装寰鶠楹谏抠|(zhì)板巖，局部見少量炭質(zhì)板巖夾石。

3.2 礦物成分

礦石呈黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，土狀—塊狀構(gòu)造，半金屬光澤。礦物成分以石墨為主，平均含量70%以上，晶體直徑小于1μm，其次為粘土質(zhì)礦物、石英和少量白云母、黝簾石等雜質(zhì)，粒度相當(dāng)細(xì)小，不規(guī)則分布在石墨中，與石墨以互生的狀態(tài)存在，這也加大了隱晶質(zhì)石墨深加工除雜的難度[5]。礦石質(zhì)地軟，硬度低，比重2.08～2.21g/cm3，平均2.17g/cm3，手觸具有滑膩感，極易污手。

3.3 化學(xué)成分

礦石化學(xué)成分分析結(jié)果（表2）表明，本礦區(qū)石墨礦石化學(xué)成分較穩(wěn)定，礦石總體具有高硅、高鋁、高鐵、低硫的特點(diǎn)，與礦石中鋁硅酸鹽雜質(zhì)礦物化學(xué)成分一致。與國內(nèi)典型接觸熱變質(zhì)作用形成的隱晶質(zhì)石墨礦床化學(xué)成分（表3）進(jìn)行對(duì)比，本區(qū)隱晶質(zhì)石墨固定碳平均含量高于湖南魯塘、江西崇義、永安塘下洋隱晶質(zhì)石墨礦床，低于陜西鳳縣巖灣隱晶質(zhì)石墨礦床，雜質(zhì)中占比最大的硅、鋁元素化合物的平均含量低于湖南魯塘、江西崇義、永安塘下洋石墨礦床，高于陜西鳳縣巖灣石墨礦床，表明本區(qū)隱晶質(zhì)石墨礦礦石質(zhì)量優(yōu)于湖南魯塘、江西崇義、永安塘下洋的隱晶質(zhì)石墨礦床。

表2 神樹石墨礦床化學(xué)成分

表3 國內(nèi)典型隱晶質(zhì)石墨礦床化學(xué)成分[6-9]

4 礦床成因

本區(qū)隱晶質(zhì)石墨含礦巖層具有碎屑巖夾碳酸鹽巖的海陸交互相（陸相—海相—陸相）沉積旋回特征[10]。成礦物質(zhì)來源主要為有機(jī)碳。礦區(qū)礦床成因類型為接觸熱變質(zhì)型礦床，土門嶺組含炭板巖為石墨礦源層，上覆的紅山組、五道嶺組作為蓋層形成封閉環(huán)境，晚燕山期巖漿巖上侵帶來熱源。本區(qū)石墨礦的形成過程可以分成三個(gè)階段：第一階段為接觸變質(zhì)作用以前的原巖沉積生成過程；第二階段為區(qū)域變質(zhì)作用過程；第三階段為接觸變質(zhì)作用成礦過程。

第一階段：自泥盆紀(jì)起，本區(qū)受加里東期斷（坳）陷邊緣斷裂控制明顯，小型斷陷呈區(qū)域展布，在經(jīng)歷兩次海侵運(yùn)動(dòng)之后，小型斷陷內(nèi)形成了較厚的淺海相沉積碎屑巖建造；早二疊世晚期至晚二疊世早期，受早印支亞旋回期活動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)斷陷活動(dòng)頻繁，逐漸形成了相對(duì)低坳帶，局部小型斷洼地內(nèi)沉積了陸相—海相—陸相地層，主要由粉砂巖、砂巖、含生物碎屑的碳酸鹽巖組成；第二階段：晚二疊世晚期至早三疊世早期，伴隨地殼擠壓上隆，火山活動(dòng)劇烈，原巖建造在熱流作用下形成了變質(zhì)程度較低的炭質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖等，含碳有機(jī)質(zhì)初步分解、碳化；第三階段：晚三疊世至早侏羅世，酸性火山巖沿裂隙噴發(fā)，巨大的晚印支期花崗巖上侵，與經(jīng)變質(zhì)作用形成的炭質(zhì)板巖發(fā)生熱接觸變質(zhì)作用，碳元素重結(jié)晶形成了石墨礦。

5 結(jié)論

（1）黑龍江神樹隱晶質(zhì)石墨礦賦存于二疊系下統(tǒng)土門嶺組炭質(zhì)板巖中，受沉積相和建造雙重控制，與巖漿活動(dòng)密切相關(guān)。

（2）礦床共劃分2 個(gè)礦體，呈透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，主要成分為隱晶質(zhì)石墨，平均含量75%以上，與我國同類型石墨礦床對(duì)比，礦石質(zhì)量較好。

（3）礦床是由炭質(zhì)板巖與晚印支期酸性巖漿巖接觸發(fā)生熱變質(zhì)作用形成，形成于晚三疊世至早侏羅世之間。其成因類型為接觸熱變質(zhì)型石墨礦床。