李思遠(yuǎn)， 孫　莉， 孟凡磊， 張寄丹， 李云國

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037； 3.黑龍江省第六地質(zhì)勘察院，黑龍江佳木斯154000)

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黑龍江云山石墨礦床資源潛力預(yù)測

李思遠(yuǎn)1， 孫莉2， 孟凡磊3， 張寄丹3， 李云國3

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037； 3.黑龍江省第六地質(zhì)勘察院，黑龍江佳木斯154000)

摘要：黑龍江省石墨的礦床類型主要為區(qū)域變質(zhì)型，且多為晶質(zhì)鱗片狀石墨礦。通過對蘿北云山石墨礦床的系統(tǒng)研究，總結(jié)出礦床成礦模式圖、預(yù)測要素圖。確定了礦床的預(yù)測要素，采用地質(zhì)參數(shù)體積法估算出該礦床的石墨總礦物量為7 069萬t，是一超大型石墨礦床。

關(guān)鍵詞：石墨；資源特征；地質(zhì)參數(shù)體積法；潛力預(yù)測；云山石墨礦；黑龍江

0引言

石墨素有“黑金子”的美稱，從石墨薄片中剝離出的石墨烯是黃金價格的15～20倍，具有最堅(jiān)硬、透光性好(只吸收2.3%的光)、電子運(yùn)移速度快、電阻率小和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特性，未來的市場前景非常廣闊(高天明等，2015)。石墨也是我國繼稀土之后的又一優(yōu)勢礦產(chǎn),我國已將石墨確定為戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)(張福良等，2013)。因此，石墨在未來國家高新技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域具有不可替代的位置。

1黑龍江石墨礦床概況

黑龍江省已知的石墨礦床皆屬于變質(zhì)成因，分為區(qū)域變質(zhì)型和接觸變質(zhì)型(表1)。區(qū)域變質(zhì)型石墨礦多為晶質(zhì)鱗片狀石墨(片徑>1μm)，分布廣，儲量大，質(zhì)量佳，品位高，工業(yè)意義大。接觸變質(zhì)型石墨礦數(shù)量甚少，為隱晶質(zhì)石墨(片徑<1μm)，工業(yè)意義不大。石墨礦床主要是區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦，鱗片較大且開采條件和礦石可選性好，是目前主要開采利用的對象。

表1　黑龍江石墨礦床的主要類型

按照上述石墨礦床類型的劃分，對黑龍江省不同含礦地層以及不同類型的石墨礦床進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共發(fā)現(xiàn)54處礦床或礦化點(diǎn)，其中超大型礦床3處、大型礦床7處、中型礦床16處、小型礦床13處、礦化點(diǎn)15處。這些石墨礦主要分布在黑龍江東部，蘿北—雞西一帶形成1條南北長350km、東西寬100km的石墨成礦帶(孫向東，1994)(圖1)。該礦帶多產(chǎn)出于前寒武系的中—深變質(zhì)巖中，受區(qū)域大的褶皺系所控制。云山石墨礦床位于黑龍江省的中北部，已探明的石墨礦物量達(dá)4 000多萬t，為亞洲第一大石墨礦。

圖1　黑龍江云山石墨礦位置簡圖Fig.1　Simplified map showing location of the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province

2區(qū)域地質(zhì)特征

2.1區(qū)域成礦地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)大地構(gòu)造單元屬天山—興蒙造山系，佳木斯地塊。元古代構(gòu)造線總體呈南北向。新太古代地核構(gòu)成近東西向的古隆起構(gòu)造；早元古代興東巖群圍繞古陸核邊緣增生，形成古地塊；中元古代在地塊邊緣或內(nèi)部形成近東西向的裂谷環(huán)境，形成黑龍江巖群綠巖型裂谷盆地沉積，興東期花崗巖類侵入巖由內(nèi)向外逐步增生，使早期建造固結(jié)成穩(wěn)定的地塊。寒武紀(jì)之后發(fā)育蓋層建造。地塊具有雙層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自形成之后總體構(gòu)造特征以升降運(yùn)動為主。

2.2構(gòu)造對成礦的控制作用

礦床位于佳木斯地塊北緣(圖2)，賦礦地層為下元古界興東巖群大盤道組，為地塊的基底，構(gòu)造表現(xiàn)形式為北西向的復(fù)式褶皺(李寒濱等，2014；王東暄，2014)。石墨礦產(chǎn)地沿南北向呈帶狀分布，出露于云山復(fù)式向斜次級背斜的核部、翼部等，總之褶皺構(gòu)造控制了石墨礦帶的分布。褶皺過程中導(dǎo)致礦體形態(tài)的改變，在應(yīng)力較小之處礦體變寬、變厚有利于成礦，同時導(dǎo)致礦體的尖滅及形態(tài)復(fù)雜化。

2.3沉積相與建造對成礦的控制作用

古元古代的沉積相及建造對礦床的形成起著至關(guān)重要的作用(李超等，2015)。淺海陸棚環(huán)境為生物的繁殖提供了理想的環(huán)境，提供了充足的有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)在成巖過程中轉(zhuǎn)變?yōu)樘抠|(zhì)，富碳沉積建造是沉積變質(zhì)型石墨礦形成的必要條件。沉積作用形成的炭質(zhì)具有一定的層位，變質(zhì)的石墨礦體基本上受沉積因素控制，多階段性的沉積旋回形成了多層的復(fù)礦層。新太古代后該區(qū)大部分長期處于隆起狀態(tài)，中生代發(fā)育上置盆地沉積了陸相碎屑巖及陸相火山碎屑巖。后續(xù)的沉積作用及建造對成礦沒有控制作用，可能覆蓋了部分石墨礦體。

2.4侵入巖對成礦的控制作用

該區(qū)含礦建造為變質(zhì)建造，侵入巖對成礦沒有控制作用，但對礦體完整性具有不同程度的破壞作用。

2.5變質(zhì)作用對成礦的控制作用

沉積作用只形成了礦源層，為石墨礦的形成提供了碳源，是區(qū)域變質(zhì)作用導(dǎo)致含碳有機(jī)質(zhì)的分解和炭質(zhì)的結(jié)晶形成石墨，經(jīng)富集最終形成石墨礦體。礦石質(zhì)量與變質(zhì)作用密切相關(guān)，變質(zhì)程度越深，礦石品位越高，石墨有序化程度就高，同時鱗片也增大。

2.6混合巖化作用對成礦的影響

云山石墨礦床的演化經(jīng)歷了沉積作用階段、變質(zhì)作用階段、混合巖化作用階段的演化歷程(陶維屏等，1994)。混合巖化作用階段總體上是對礦體的改造和破壞，于成礦不利。對品位的影響較復(fù)雜，即在某些部位導(dǎo)致石墨重結(jié)晶使石墨磷片粗化進(jìn)一步富集，在另外一些部位重熔導(dǎo)致部分炭質(zhì)遷移，導(dǎo)致礦體貧化。

2.7成礦系列及區(qū)域成礦模式

2.7.1成礦系列黑龍江省劃分的石墨Ⅲ級成礦帶3個、Ⅳ級成礦帶6個、Ⅴ級成礦帶(礦化集中區(qū))9個(王家昌等，2013)，其中云山石墨礦屬佳木斯—興凱地塊與阜平、呂梁沉積變質(zhì)-混合巖化作用有關(guān)的Fe、Au、W、石墨、矽線石、磷礦床成礦系列，佳木斯—興凱地塊與呂梁期興東巖群沉積變質(zhì)-混合巖化作用有關(guān)的Fe、Au、W、石墨、矽線石礦床成礦亞系列。

2.7.2區(qū)域成礦模式云山石墨礦床是典型的區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床，主要控礦構(gòu)造是云山復(fù)式向斜，賦礦地層主要是興東群大盤道組，賦礦巖石為石英石墨巖、石英石墨片巖、石墨石英片巖、矽線石墨石英片巖、石墨變粒巖、石墨透輝巖、石墨片麻巖、石墨混合花崗巖等，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出云山石墨礦成礦模式圖(圖3)。

圖3　云山石墨礦床區(qū)域成礦模式圖1-大盤道組；2-石英片巖；3-斜長片麻巖；4-大理巖；5-混合花崗巖；6-石墨礦體Fig.3　Regional metallogenic model of the Yunshan graphite deposit

3儲量預(yù)測

3.1預(yù)測要素

通過對云山石墨礦的系統(tǒng)研究，總結(jié)出蘿北云山石墨礦成礦要素預(yù)測表(表3)，其中主要預(yù)測要素包括賦礦地層和控礦構(gòu)造。礦床表現(xiàn)出層控礦床的特征(趙然然等，2013)，原始沉積的富含有機(jī)質(zhì)的巖層是后來石墨成礦的礦源層，因此興東群大盤道組為云山區(qū)域變質(zhì)型石墨礦預(yù)測的必要因素，無此類地層處即可認(rèn)為不存在石墨礦體。

3.2資源量及估算參數(shù)

3.2.1估算采用地質(zhì)參數(shù)體積法(肖克炎等，2010)

Z預(yù)=S預(yù)H預(yù)KαKS

(1)

式(1)中，Z預(yù)為預(yù)測資源量，S預(yù)為最小預(yù)測區(qū)面積，H預(yù)為最小預(yù)測區(qū)延深，K為模型區(qū)含礦系數(shù)，α為相似系數(shù)，KS為含礦地質(zhì)體面積比。

延深(H預(yù))的確定：云山石墨礦床剖面中(圖5)，2條主要斷層延長交匯，16、17號礦體在剖面上合并為一個礦體，將其沿產(chǎn)狀延深至斷層處，礦體的底界與斷層交匯點(diǎn)的深度為545.0m，可認(rèn)為剖面上礦體出露的底界即礦體的延深。

3.2.2儲量估算通過云山石墨礦床已經(jīng)查明的資源量以及深度可以得出查明資源量的計(jì)算參數(shù)(劉力男等，2014)，因?yàn)楹V地質(zhì)體即為礦體，故含礦地質(zhì)體的面積比為1，云山石墨礦作為云山式石墨礦的模型區(qū)，所以相似系數(shù)也為1。然后根據(jù)鉆孔控制深度及斷層交匯部位，計(jì)算出云山石墨礦床500m以淺的石墨資源量(表4)。

表3　蘿北云山區(qū)域變質(zhì)型石墨礦預(yù)測要素

圖4　云山石墨礦床A-B剖面圖1-大理巖；2-混合巖化花崗巖；3-石英片巖；4-斜長片巖；5-石墨礦體；6-大盤道組地層Fig.4　Geological profile A-B in the Yunshan graphite deposit

4結(jié)論

(1) 黑龍江省云山石墨礦是區(qū)域變質(zhì)型的超大型礦床，位于佳木斯地塊的北部四方山復(fù)式背斜東南翼，成礦時代為古元古代，賦礦地層為興東群大盤道組。

(2) 通過對云山礦床的系統(tǒng)研究，建立了云山式礦床成礦模式圖和預(yù)測要素表，并最終估算出蘿北云山石墨礦床的石墨礦物總資源量達(dá)7 096萬t(332+333+334)。

(3) 通過本次的預(yù)測工作，確定了蘿北云山石墨礦仍然是亞洲第一大石墨礦，可為我國新興礦產(chǎn)勘查和石墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

表4　云山石墨礦資源儲量表

致謝：

感謝朱裕生老師在論文撰寫過程中的悉心指導(dǎo)；對黑龍江省第六地質(zhì)勘察院所有參加預(yù)測的工作人員表示衷心的感謝！

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Resource potential prediction of the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province

LI Siyuan1, SUN Li2, MENG Fanlei3, ZHANG Jidan3, LI Yunguo3

(1.ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China； 2.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China; 3.SixthGeologicalExplorationInstituteofHeilongjiangProvince,Jiamusi154000,Heilongjiang,China)

Abstract：Graphite, one of the crystalline minerals of the element carbon, is a kind of strategic resources reputed as "black gold". It has unique metal and nonmetal double process characteristics, which determines the importance and irreplacebility of graphite products, and is China′s another dominant mineral followed by rare earth minerals. The graphite ore deposits in Heilongjiang Province are mainly regional metamorphic type, dominantly crystalline flake graphite ores. This work systematically analyzed the Yunshan graphite deposit in Heilongjiang Province, summarized the metallogenic model, completed prediction factors map, and then determined the deposit prediction factors. The geologic parameter volume method was utilized to estimate the amount of total graphite mineral to be 70.96 million tons, ranked as a large graphite ore deposit.

Keywords：graphite; resource characteristics; geological parameter volume method; potential prediction; Yunshan graphite deposit; Heilongjiang Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.288

收稿日期：2015-12-09；修回日期：2016-02-02；編輯：陸李萍

基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項(xiàng)“全國重要礦種成礦區(qū)劃部署研究”(12120114051501)

作者簡介：李思遠(yuǎn)(1991—)，男，碩士研究生，地質(zhì)工程專業(yè)，E-mail: lebronsy@sina.com

中圖分類號：P612; P619.25+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)02-0288-05