辽宁宽甸杨木杆一带石墨矿地质特征及成因分析

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  [摘 要]辽宁宽甸杨木杆一带丰富的石墨矿床产于下元古界辽河群变质岩系高家峪岩组中,并且其生成严格受层位控制。矿区主要含矿岩石为含石墨黑云变粒岩、含石墨斜长角闪岩等。矿石类型主要为变粒岩型石墨矿,石墨呈晶质鳞片状,通过野外地质观察、室内矿石组分研究以及碳同位素分析认为该石墨礦床成因类型为区域变质矿床,并具有后期热液叠加富集特征。
  中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)17-0056-02
  本文从矿区地层、岩石、构造、矿床特征等方面探讨该矿区石墨矿床的成矿物质来源,形成机理和成因类型,总结找矿标志。
  关键词:石墨矿床;地质特征;高家裕组;杨木杆;辽宁宽甸
  2013年—2015年,应探矿权人委托,我们作为勘查单位对宽甸杨木杆石墨矿区进行勘查。笔者系统地研究了宽甸杨木杆石墨矿典型矿床,通过对该矿床的研究,采用最新的成矿理论,最新的研究成果,对该区原有地质资料进行重新梳理,对成矿层位进行重新确认,对典型矿床的构造背景、物质来源、成因机制等进行研究,确定了杨木杆石墨矿矿床成矿要素和成矿模式,利用该模式对石墨矿床成矿预测及找矿开采都具有十分重要的意义。
  一、 矿区地质概况
  勘查区位于宽甸县东南直线距离36公里,行政区划隶属于大西岔镇所辖,测区西北距丹(东)集(安)公路20公里,有乡村公路与其相连,交通比较方便顺畅。
  工作区大地构造单元属中朝准地台(Ⅰ)胶辽台隆(Ⅱ)营口-宽甸台拱(Ⅲ)东南部 。位于辽东裂谷东部中央凹陷之上,鸭绿江断裂带北西部上盘,虎皮峪-红石砬子复背斜东端。区内地层因区域变质作用及混合岩化而复杂,主要为下元古界辽河群地层及辽河期混合花岗岩为主,区域构造多复式褶皱、断层等,脉岩较为发育。
  区内已知的开采矿种有硼矿、铁矿、滑石矿、石棉矿、黄铁矿、重晶石矿、菱镁矿、理石矿、铅锌矿和铜矿等。各矿种的分布均与辽河群地层有关,其中理石矿、滑石矿、石棉、菱镁矿产出于大石桥岩组;硼矿、铁矿、重晶石、铜矿均产出于里尔峪岩组地层;石墨矿产出于高家峪组地层之中。就周边成矿条件来看本地区高家峪岩组地层中普遍含石墨,石墨多呈显晶质,片晶大小不等,石墨鳞片状在各种变-浅粒岩中呈条带分布,局部稍富集,目前没有发现明显的富集规律,但是根据勘查的结果来看,石墨矿多易于在背斜构造的核部或者转折端富集, 富集后的石墨矿体似层状, 实际多为条带状,连续性一般。
  二、 矿床地质特征(矿体特征及矿石质量)
  2.1 矿层特征
  杨木杆石墨矿为一中型矿床,矿床类型属于区域变质型晶质石墨矿床,矿体主要赋存于下元古界辽河群高家峪岩组一、二段地层中。通过地表槽探及深部钻探工程控制,共发现19条矿体,其中仅对规模较大的15条进行了资源储量估算。石墨矿体倾向北东为主,倾角缓-陡多变。石墨矿体断续最长者可达 717m,实际矿体最长者可达623m,控制斜深最大者可达 480m。矿体主要岩性为含石墨黑云变粒岩、含石墨斜长角闪岩等。近矿围岩为黑云变粒岩、斜长角闪岩、花岗伟晶岩、煌斑岩、大理岩等,厚度数米—十余米,与矿层呈渐变过渡关系。矿体中有时见多种夹石,多为成矿原岩中石墨含量较低或不含石墨的黑云变粒岩,斜长角闪岩、花岗伟晶岩和煌斑岩等。
  2.2 矿石特征
  2.2.1 矿石类型
  杨木杆石墨矿为区域变质型晶质石墨矿石,以片麻状、鳞片浸染状矿石为主,极少数为块状,斑点状构造。
  片麻状、鳞片浸染状矿石几乎占矿区资源总量的全部。主要可分为以下3种自然类型:
  (1) 变粒岩型石墨矿石
  为主要矿石类型,约占整个矿区总资源储量的80%以上。各段均有产出,其中里尔峪岩组一段和高家峪组最为发育。岩石种类复杂。岩石为块状构造、条带装构造,细粒等粒它形半自形粒状变晶结构、交代结构及少量斑状结构。该岩类可以根据长石种类与石英含量分为斜长变粒岩、微斜变粒岩及二长变粒岩三个亚类。里尔峪岩组变粒岩中的暗色矿物以黑云母、角闪石、电气石为主,高家峪岩组地层中的变粒岩中主要的暗色矿物为黑云母,偶见角闪石。此类岩石中高家峪组普遍含石墨,部分地段富集成矿。高家峪组为该区石墨矿床赋存的最主要岩组。变粒岩原岩多为火山-沉积岩。
  成分主要以粒状石英为主,其次是白云母、石墨、褐铁矿、硅线石、黄铁矿等。石英含量约占60-70%,石墨、褐铁矿约各占10%,黄铁矿2-4%,白云母、硅线石等约各占5%。该矿石石墨的特点是片度较小,相对片厚较大,镜下呈短片状,并有一定数量的石墨呈粒状,石墨在矿石中呈浸染状分布。石墨片多数不规整,多在石英颗粒之间。
  (2) 混合质片麻岩型石墨矿石
  主要发育在矿层底部,深部变薄或尖灭。此类矿石约占矿区总资源储量的14%~17%。
  矿石为鳞片变晶结构,片麻状、条带状、眼球装构造。矿物成分:斜长石20%,为更-中长石、中拉长石,有的被钾长石交代,普遍被绢云母或后期碳酸盐岩矿物交代;石英20%,粒状,多呈残留体、条带状集合体;黑云母10%;石墨8%~15%,多与黑云母间隔重复出现,有的石墨晶体间隙有碳酸盐岩或金属矿物,极少量石墨分布与石英、长石之间。石墨晶体平直,少数弯曲。
  (3) 碎裂岩型石墨矿石
  主要沿走向断裂带、层间挤压构造带分布,此类矿石较多是碎裂岩,具有不同程度的压碎,一般原岩成分及结构保留较清楚,石墨鳞片呈弯曲状,局部碾成粉末。在应力集中的断裂面附近出现糜棱岩、千枚岩,其中石墨大都演变为隐晶质粉末,无工业意义。该类矿石仅占矿区资源储量的3%左右。
  2.2.2 矿石质量特征
  (1)矿石物质组成
  矿石中矿石矿物包括石墨、黄铁矿、磁铁矿,其中,石墨呈鳞片状,不透明,断续方向性分布,定向排列,片径为0.1-0.2mm。石墨集合体表现为片状构造。矿石中的石墨具及显著的双反射和极强的非均质性,反射率低,硬度低。   矿石中脉石矿物有石英、透辉石、透闪石、钾长石、钠长石、白云母、绿泥石、斜长石、黑云母、方解石及碳酸盐等。
  (2)矿石中化学成分
  本次工作主要对有益元素石墨(C固)进行了化验分析。经统计,矿石中石墨含量一般为1.50%—7.50%。轻微混合岩化品位增高,强烈混合岩化品位降低。原生石墨矿石中,硫含量一般为2%-5%,最高6.85%。含硫矿物中,磁黄铁矿占60%,黄铁矿占40%,多沿片理呈不规侧脉状或团块状分布,局部可见磁黄铁矿沿石墨解理裂隙充填交代。矿石中TiO2 含量0.50%-0.70%,个别样品>1%。矿石中亲硫元素(Cu,Mo,Pb,Zn)总量与固定碳含量呈正向相关关系,相关系数0.994。
  三、 矿床成因及找矿标志
  1、 成矿地质条件分析
  工作区大地构造单元属中朝准地台(Ⅰ)胶辽台隆(Ⅱ)营口-宽甸台拱(Ⅲ)东南部。位于辽东裂谷东部中央凹陷之上,鸭绿江断裂带北西部上盘,虎皮峪-红石砬子复背斜东端。区内地层因区域变质作用及混合岩化而复杂,主要为下元古界辽河群地层及辽河期混合花岗岩为主,区域构造多复式褶皱、断层等,脉岩较为发育。区内多期次的构造形式使区内构造表现为复杂多样性。矿区位于鸭绿江断裂中部以西,辽东古裂谷内,区内下元古界辽河群地层发育,混合岩化作用较强,构造较为发育,区内主要构造类型为断裂构造和褶皱构造,部分断裂构造可能沿褶皱核部构造应力方向发育,但主要的断裂构造均与褶皱轴方向相切。
  区域地层仅出露下元古界辽河群及新生界第四系,其中被称之为含硼岩系的里尔峪(岩)组分布广泛,其次为大石桥(岩)组及高家峪(岩)组。区内石墨矿体赋存于下元古界辽河群区域变质岩中,主要为里尔峪组和高家峪岩组产出,其次为大石桥岩组,岩性以区域变质成因的含石墨变粒岩、浅粒岩、钙硅酸盐为主,其次为片岩、大理岩、片麻岩、混合花岗岩。其原岩主要为碳质钙质—白云质泥灰岩、粘土岩、砂岩、细碧玄武质火山沉积岩及凝灰岩,其次为海相钾角斑岩、石英角斑岩、角斑岩及凝灰岩、英安质凝灰岩及含碳质粘土石灰岩-粘土质白云岩。
  根據矿区内变质岩岩性特征,其变质岩相以铁铝榴石角闪岩相中的十字石-蓝晶石亚相为主。矿区内变质作用为区域变质作用、混合岩化作用。经地表槽探和深部钻探工程揭露,矿体近乎成层产出,矿体主要岩性为含石墨黑云变粒岩、含石墨斜长角闪岩等。近矿围岩为黑云变粒岩、斜长角闪岩、花岗伟晶岩、煌斑岩等。矿体中有时见多种夹石,多为成矿原岩中石墨含量较低或不含石墨的黑云变粒岩,斜长角闪岩、花岗伟晶岩和煌斑岩等。
  2、 石墨矿床成因分析
  杨木杆石墨矿床主要是变粒岩型混合岩化晶质石墨矿床,形成石墨矿床的条件:① 碳元素的富集;② 较高的温度、压力;③ 还原环境。根据目前研究,晶质石墨的碳质主要来源于沉积岩中的有机物,有机质是随着含泥的钙镁质同生沉积的,并形成富含有机质岩石,为晶质石墨矿床的形成提供了物质基础。区域变质的持续作用,温度、压力,应力的不断增大,变质作用阶段深入,碳质由原来土状过度为结晶鳞片状。混合岩化作用强烈,石墨发生重结晶,并形成大鳞片状。但由于脉体物质增多,也造成晶质石墨的分散、贫化;若混合岩化作用太弱,结晶鳞片又太小,也无大的经济价值;因此混合岩化中等程度为佳。
  下元古界辽河群在杨木杆一带广泛发育,区内石墨矿体赋存于下元古界辽河群区域变质岩中,矿体形态比较简单,呈层状、似层状、透镜状。因此区内的石墨矿床的成因类型应属区域变质成因的变质层控矿床。
  区域变质作用使碳质结晶为鳞片状,混合岩化、变质程度及外部条件适合,原岩碳质含量较高都为该矿床的形成提供了优势条件,提高了石墨矿的工业价值。由此可见,该区是寻找晶质石墨矿床的有利地区。
  3、 找矿标志
  (1)辽河群高家峪岩组是寻找该类型石墨矿床的主要赋矿层位。
  (2)主要通过地质填图,寻找和发现高家峪岩组,以高家峪岩组各种含石墨地层为找矿靶区, 再辅以地表槽探工程和适当的深部钻探工程来追索和寻找矿体。
  (3)该区中-低阻或高极化率地质体是间接找矿标志。
  参考文献:
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  作者简介:
  王雪鹏(1988—)男,大学本科毕业,主修专业地质学,现就职于辽宁省第九地质大队,目前职称为助理工程师,主要从事研究方向地质找矿、工程勘察等。
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