大柳沟—玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨.pdf
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1、39 2024 年第 1 期 中国非金属矿工业导刊 总第 163 期【矿产资源】大柳沟玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨允跃,谭均(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队,河北 保定071051)【摘要】大柳沟玉带湾一带石墨矿床位于华北陆块北缘蒙西南至冀北石墨矿化带中东段,赋存在古元古代中期红旗营子岩群太平庄岩组地质构造相对稳定地段,该组至少有两套集中分布的石墨含矿层。矿床受后期断层控制,位于断层上盘。矿石自然类型:主要为含石墨黑云二长变粒岩夹含石墨黑云斜长片麻岩、长英质细脉混合质含石墨绿泥云母石英片岩和含石墨透闪绿泥片岩等。含石墨岩系具孔兹岩系特征。矿床总体呈似层状,矿体分布较为集中,矿床平
2、均品位较低,正目石墨含量较高。矿床开发条件中等。矿床外围及深部还有找矿潜力。是典型的区域变质及混合岩化作用形成的大型晶质石墨矿床,系有机成因。【关键词】晶质石墨矿;特征;成因;大柳沟玉带湾【中图分类号】P619.252 【文献标识码】A【文章编号】1007-9386(2024)01-0039-08Study on the Characteristics and Genesis of Graphite Ore in Daliugou-Yudaiwan AreaYUN Yue,TAN Jun(Hebei Branch of China National Geological Exploration
3、 Center of Building Materials Industry,Baoding 071051,China)Abstract:The Daliugou-Yudaiwan graphite deposit is located in the Middle East section of the graphite mineralization belt from southwest Inner Mongolia Autonomous Region to North Hebei province in the northern margin of the North China land
4、mass.It is believed that the deposit occurs in the relatively stable area of Taipingzhuang Formation in the middle paleoproterozoic Hongqiyingzi Group,which has at least two sets of concentrated graphite-bearing layers.The deposit is controlled by late faults and located in the upper wall of faults.
5、The natural type of ore is mainly graphitic biotite monzonite granulite with graphitic biotite plagioclase gneiss,graphitic chlorite mica quartz schist and graphitic diathermy chlorite schist.Graphite-bearing rock series have the characteristics of khondalite series.The deposit is stratified in gene
6、ral.The distribution of ore bodies is relatively concentrated,the average grade of ore deposits is low,and the content of orthomesh graphite is high.The development conditions of the deposit are medium.There are prospecting potential in the outer and deep parts of the deposit.It is a typical large c
7、rystalline graphite deposit formed by regional metamorphism and migmatitization,of organic origin.Key words:crystalline graphite ore;characteristic;genesis;Daliugou-Yudaiwan在冀北地区的赤城县、尚义县、康保县和张北县先后开展过不同程度的石墨矿勘查工作。较好的石墨矿产地有赤城县龙关、雀沟、内蒙兴和,经过了采矿验证,确认矿床属于区域变质大鳞片晶质石墨矿床,对矿床成因认识较为局限,笼统地认为石墨以有机成因为主,无机成因为辅(部分石
8、墨来源于大理岩),其中兴和矿区研究较为深入,根据碳同位素的极负性确定矿床成因为有机成因1。另外关于石墨矿的一些综合研究,认为华北陆块石墨成矿带分布在北缘隆起带内中东段2-3或蒙西南至冀北石墨成【作者简介】允跃(1989-),男,地质工程师,本科,主要从事环境地质和矿产地质管理和研究工作,E-mail:。【通讯作者】谭均(1963-),男,地质高级工程师,双本科,主要从事非金属矿产地质勘查和研究工作,E-mail:。【引文格式】允跃,谭均.大柳沟玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨 J.中国非金属矿工业导刊,2024(1):39-46,61.矿带上4。研究区位于张北县境内,该区曾做过多项地质工作
9、。2014 年河北省地球物理勘察院在张家口坝上地区进行综合物化探找矿时,发现石墨矿化引起的激电异常;2015 年中国建材地勘中心河北总队在中国地调局立项石墨矿调;2017 年、2019 年在河北省国土资源厅先后立项石墨矿预查、普查,经勘查基本查明该矿为大型晶质石墨矿床,是红旗营子岩群太平庄岩组发现的首个石墨矿,提交了普查总结,但对矿床特征及成因未作深入研究。因此石墨在岩40层中的分布赋存规律、矿床特征及成因是本次研究的主要内容。1地质背景1.1 构造研究区处在深大断裂包围的地块内。矿区东侧有张北至沽源一组隐伏断裂(F4),走向北东南西向,推测被限制在深大断裂内,属铲式正断层,东侧落差较大,西侧
10、相对稳定,石墨矿床位于西侧(图 1)。成交代钾长石斑晶、斑状混合片麻岩、二长花岗岩细脉及条带状混合岩。由于沉积有中、新生代火山碎屑岩、火山熔岩的断陷盆地的不整合覆盖,以及第四系的覆盖,基岩露头零星。1.3 岩浆岩区内岩浆岩主要有古元代晚期变质二长花岗岩、变质石英闪长岩、变质钾长花岗岩、变质斑状二长花岗岩,早二叠世至晚侏罗世有高位侵入体组合和潜流纹岩、潜石英正长斑岩和潜粗面岩,对含石墨变质岩层有穿插分割破坏作用。2矿床特征研究区仅局部见大理岩露头,主要依据钻孔和探槽中样品的固定碳、石墨片度测试和岩矿鉴定等勘查成果,综合对比冀北邻近区域康保和尚义及矿区外围石墨矿化点相关特征,结合区域地质资料研究总
11、结矿床特征。2.1 矿区构造区内有走向 58 左右的一条隐伏断层(F5),推测向北东与张北至沽源断层交并,向西南延伸至内蒙古境内,为逆冲断层,倾向北西,倾角较缓,14 41,断层面在走向上和倾向上都显示陡缓变化的波浪起伏状,该断层致使被后期火山沉积岩覆盖的含石墨岩系(上盘)上冲到近地表,为找到石墨矿提供了自然条件,同时也控制了石墨矿床的形态,石墨矿床位于断层上盘,断层没有引起石墨鳞片明显加大,与石墨矿化无关。依据断层特征其形成于中侏罗世至早白垩世,确认属燕山运动产物(图 2、图 3)。含石墨岩系为一套混合岩化区域变质岩,经历了多期次韧性剪切、地层褶皱等变形变质强烈改F1 尚义丰宁隆化深大断裂F
12、2 康保围场深大断裂F3 上黄旗乌龙沟深大断裂F4 张北至沽源隐伏断裂F5 通过矿区的逆冲断裂 石墨矿区位置图 1大柳沟玉带湾石墨矿区域构造地质简图 1.2 覆盖层与含石墨变质岩坝上覆盖区呈现出上覆新近系覆盖层,下伏元古代结晶基底的二层结构,北东部及东部发育近东西向小型断凹,内保存了中侏罗晚期沉积建造和火山岩建造,南西部被古近系新近系玄武岩覆盖,矿区位于坝上覆盖区东部。冀北含石墨岩层由老到新有:新太古界桑干岩群右所堡岩组、新太古界崇礼上岩群艾家沟岩组、古元古界集宁岩群下白窑岩组、古元古界红旗营子岩群5-7太平庄岩组(本次勘查中测得锆石 U-Pb 年龄为 2040Ma)和东井子岩组,研究区含矿层
13、属红旗营子岩群太平庄岩组。红旗营子岩群在区域上与下伏新太古代崇礼下岩群呈断层接触关系。岩层总体呈近东西向、局部北东向带状展布,北倾或倾向北西,下部为太平庄岩组,上部为东井子岩组,两者呈片理平行接触关系。太平庄岩组镁铁质岩类和长英质岩类极为发育,下部以变粒岩为主,夹片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、石英岩及少量浅粒岩;上部以片麻岩为主,间夹变粒岩、浅粒岩及斜长角闪岩等。部分变粒岩、片麻岩中含石墨和石榴石。吕梁运动使本区域经历了 4 次褶皱变形8,该套地层变质程度达角闪岩相,后期叠加了绿片岩相区域退变质作用和局部动力变质作用的改造9。混合岩化作用以钾交代为特征10,交代形式以渗透交代为主,常形1 第四系
14、砂土层2 上侏罗统张家口组火山碎屑岩、火山熔岩3 古元古界红旗营子岩群太平庄岩组含石墨岩系 4 大理岩 5 石英岩 6 地质界线 7 断层 8 片麻理产状 9 勘查线位置及编号 10 探槽位置及编号 11 钻孔位置及编号 12 石墨矿体及编号 13 激电异常范围图 2大柳沟玉带湾一带石墨矿区地质简图 2024 年第 1 期 中国非金属矿工业导刊 总第 163 期41造,构造面理置换强烈11。岩层多呈单斜状,片麻理产状倾向南西,倾角 21 53,矿床东部见一小型背形构造,出现片麻理产状倾向东北,倾角10 18(图 3)。2.2 含石墨岩系(1)岩性特征。研究区岩性复杂,岩石类型主要有:石英岩、含
15、杂质大理岩,区域上呈透镜状分布;浅粒岩类,以二长浅粒岩为主,局部含石墨;片麻岩类,以角闪斜长片麻岩为主,其次黑云斜长片麻岩,含石墨;变粒岩类,以黑云二长变粒岩为主,含石墨、石榴子石、堇青石和少量矽线石;片岩类,主要有绿泥云母石英片岩、透闪绿泥片岩和混合岩化二长黑云片岩,含石墨,呈透镜状分布,都具孔慈岩系特征;变质侵入岩类,主要有变质二长花岗岩、变质斑状二长闪长岩、白云母石英岩、片麻状斜长角闪岩、辉石角闪岩、橄榄角闪辉岩、变余糜棱岩化英云闪长岩等;混合岩类,主要有长英质细脉混合质含石墨黑云片岩、长英质斜长角闪眼球状混合岩和云母钾长脉状混合岩;千糜岩、糜棱岩类,主要有绢云千糜岩、长英质糜棱岩,产于
16、矿区外围西侧,不含石墨;钻孔中偶见角砾状碳酸熔岩,分布在有薄层大理岩夹层地段。(2)矿石自然类型。以含石墨黑云二长变粒岩为主,夹少量含石墨黑云斜长片麻岩和含石墨片岩类透镜体,呈似层状,其次有绿泥云母石英片岩、混合岩化含石墨二长黑云片岩、长英质细脉混合质含石墨黑云片岩等,呈不规则脉状。含石墨黑云二长变粒岩,呈黑灰色、棕灰色、灰绿色,鳞片粒状变晶结构,块状构造,具轻微片麻理。矿物成分石墨 3%15%,多呈鳞片状星散分布或呈片状集合体,片径一般为 0.05 1mm,有时定向排列。主要脉石矿物成分石英 20%25%,斜长石 30%40%,黑云母10%25%,钾长石 20%30%,矿石蚀变类型以绿泥石化
17、和黄铁矿化为主。矿石类型特征见图 4。1 砂土层2 粘土层3 流纹质岩屑晶屑凝灰岩4 角闪斜长变粒岩5 黑云斜长片麻岩6 含石墨黑云二长变粒岩7 含镁橄榄石透辉大理岩8 含石榴二长浅粒岩9 含石墨黑云斜长片麻岩10 二长浅粒岩11 黑云二长变粒岩12 地质界线13 断层14 第四系15 上侏罗统张家口组16 古元古界红旗营子岩群太平庄岩组17 钻孔及投影钻孔18 石墨矿层图 3大柳沟至玉带湾一带石墨矿地质剖面示意图图 4含石墨黑云二长变粒岩露头(a)及镜下照片(b)(3)石墨分布特征。石墨在长石、石英等脉石矿物颗粒间呈星点状分布,相对均匀,即呈浸染状构造,石墨颗粒相对较细,肉眼不易观察,但黑色
18、条痕明显,岩石类型主要是含石墨黑云二长变粒岩,石墨品位相对较高;石墨沿岩石轻片麻理、片麻理呈鳞片状平行分布,即呈条痕状构造,石墨颗粒略大,有时可见石墨颗粒的半金属光泽,岩石类型主要是片麻岩、具轻片麻理的变粒岩类;石墨沿平行岩石片麻理方向的裂隙分布,呈条带状构造,或透镜状构造,石墨沿斜交岩石片麻理方向的裂隙或沿混合岩化形成的花岗质脉体边部分布,呈似脉状构造或侵染状构造,石墨多呈块状集合体,与黑云母伴生,晶片较大,有的弯曲,肉眼可见,岩石类型主要有绿泥云母石英片岩、透闪绿泥片岩和混合岩化二长黑云片岩、长英质细脉混合质含石墨黑云片岩等,石墨品位相对较低,呈现石墨含量高假象。矿石特征见图 5。(4)金
19、属元素特征:矿区内金、银、铜、铅、锌、钼等元素含量少,无综合利用价值,对物探中激电异常也无干扰影响。2.3 矿体产状规模根据样品固定碳测试结果,按石墨矿工业指标(矿石边界品位固定碳含量 2.0%,工业品位固定碳含量 2.5%,开采与夹石剔除厚度 4m)12,圈出图 5含石墨绿泥云母石英片岩手标本照片aba 近垂直裂隙方向b 近平行裂隙方向允跃等:大柳沟玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨42石墨矿体 7 个。矿体长度 400 3700m,K1、K2 可能位于同一含石墨层位,其中贯穿矿区的主矿体 2个(K3、K4),其中 K4、K5、K6、K7 矿体受断层影响较大。矿层厚 4.72 44.63m
20、 不等。本矿床总体呈似层状、透镜状,但其内包含有脉状石墨体,脉状石墨体与似层状石墨体组合相伴出现,矿体产状与其所赋存岩层片麻理产状大体一致,总体走向 SWNE,倾向北西,倾角 37 左右,个别倾向东北,倾角15左右。经初步估算晶质石墨矿物量507.48万吨,矿体特征见表 1。表 1矿体特征一览表 体号 矿体形态 分布位置 出露长度/m 倾角/平均厚度/m 固定碳含量/%矿物量/万 t 占总矿物量比/%K1 透镜状 19 线两侧 400 33 33.5 4.72 2.81 0.62 0.12 K2 透镜状 4 线两侧 400 28 29 7.00 2.68 0.92 0.18 K3 似层状 19
21、 线西-14 线东 3700 24 55 33.04 3.45 242.37 47.76 K4 似层状 19 西线-8 线东 3200 28 56 27.74 3.90 248.67 49.00 K5 似层状 0 线西-8 线东 615 27 41 19.53 3.99 5.04 0.99 K6 似层状 4 线西-8 线东 588 29 34 44.63 3.41 7.09 1.40 K7 似层状 4 线西-8 线东 561 20 29 26.25 3.11 2.77 0.552.4 激电异常特征石墨含矿层,呈低阻高充电特征,本矿区含矿层极化率较高,视极化率值 6%,高达 19.62%,电阻率
22、 102m。矿体圈在低阻高极化异常区内。激电测深具有比围岩高的多的二次电位和更强的激发极化效应,具充、放电迟缓的特点。按视极化率值 6%,电阻率 100m 圈定激电异常,异常区范围与矿床近地表分布范围大体一致13。康保县的兰城子阿明代、张纪闫油坊,尚义县宣付窑黄土窑、马成窑菜木梁等地有零星的大鳞片石墨在具有褐铁矿化露头的裂隙破碎带分布,但经物探没有明显的激电异常区,而放宽按视极化率值 4%,电阻率 200m 圈定异常区,经勘查验证没有与异常范围对应的石墨矿体。2.5 矿石质量特征(1)物理特征。石墨矿石比重和湿度:探槽样品测试,体积质量 范 围 1.65 2.35(g/cm3),平 均 1.9
23、7(g/cm3),湿度范围 1.21%6.21%,平均 2.69%;钻孔样品测试,体积质量范围 2.48 2.94(g/cm3),平均(2.69 g/cm3)。湿度范围 0.031%1.78%,平均 0.32%。石墨片度:根据光片鉴定结果统计(表 2),石墨原始片度各级比例为:50 目占 38.71%,50 80 目占26.06%,80 100 目占 11.21%,100 目占 24.02%。可见矿区内大鳞片晶质石墨+100 目 75.98%。正目石墨含量较高,远高于赤城龙关石墨矿(60.07%)。表 2石墨粒度统计结果表 统计 各粒度区间的频数/片 各粒度区间的频率/%结果 100 100
24、80 80 50 50 合计 100 100 80 80 50 50 合计 值域 11 308 11 94 32 225 47 359 286 627 2.66 55.3 3.41 20.48 10.22 40.33 8.8 80.55 均值 101 47 110 150 408 24.76 11.21 26.96 36.76 100注:粒度区间数值单位为目,100 目对应 0.147mm;80 目对应 0.177mm;50 目对应 0.287mm。(2)化学特征。固定碳含量:2.5%5%的样品最多,占样品总数的 36.49%,5%的样品仅占 12.13%。固定碳含量最高为 14.05%,其次
25、为 12.68%、12.23%和10.52%,出现在 K3、K4 矿体中,高品位出现部位是石墨粒度较细,分布较为均匀部位。矿体内除局部高品位外,总体固定碳含量较低。固定碳含量 2%的样品达 42.34%,分布在矿与非矿过渡地段。各矿体固定碳的分布趋势:经加权计算,各矿体平均品位在 2.68%3.99%,中部矿体(K4、K5)平均固定碳含量相对较高,向两侧逐渐趋于降低,矿床平均固定碳含量为 3.64%,低于内蒙兴和石墨矿(4.1%)和赤城龙关石墨矿(4.53%),略高于万隆店石墨矿14(3.60%)。主量元素:全分析样 15 件样品,均取于含石墨岩系,固定碳含量最低 2.63%,最高 6.74%
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