大柳沟—玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨.pdf

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 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 landmass.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.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 general.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 crystalline 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。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F2 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 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 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 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 1.97(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 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%，主量元素中，SiO2含量 42.21 64.18%，平均 54.85%；Al2O3含量 8.98 16.23%，平均 12.53%；MgO 含量1.054.49%，平均2.38%；CaO含量0.3813.08%，平均 12.77%。A/NK 值范围在 1.41 4.19，都大于1，属于富铝系列岩石；MgO/CaO 值大部分大于 1，有 3 件样小于 1，CaO 含量分别为 13.08%、4.16%、4.47%，属于片麻岩和变粒岩类，原岩属于钙质泥灰岩类；K2O高于Na2O，K2O/Na2O值范围1.449.25，2024 年第 1 期 中国非金属矿工业导刊 总第 163 期43K2O/(Na2O+K2O)值都大于0.5，A/CNK值大部分1，有4件样1，说明除这4件样含碳酸盐成分岩石外，其余 11 件样均为铝过饱和的硅酸盐岩类，显示副变质岩特征。说明含矿层岩石以副变质岩为主。微量元素：由 10 件光谱半定量分析微量元素中，富集大离子亲石元素 Cr、Rb、Sr、Mn、V，亲铜元素 Cu 含量较高。Rb 富与矿区副变质岩混合花岗岩化 K 的增加有关；Rb/Sr 值范围 0.23 1.10，平均值 0.69，仅一件样品为 0.23 低于陆壳平均值0.24(Taylor,1986)，表明循环沉积作用微弱；V/Cr 值范围 0.95 4.44，平均 2.87，仅一件样小于 1，V/(Ni+V)值范围 0.54 0.88，平均 0.71，显示贫氧至缺氧的弱还原环境；Sr/Ni 值范围 0.35 8.18，变化强烈，但多大于1，说明有正变质岩角闪质岩石存在。Nb/Ta 值范围 7.06 12.03，在上地壳(0.17 14.71)范围之内，属壳源。放射性元素 U 和 Th 值范围分别为 2.3 7.78 和 11.3 20.1，地壳丰度值分别为(2.7)和(9.6)，说明两者均有富集，Th/U 值范围为1.84 2.74，比 Th/U 地壳平均丰度比 3.56 低。稀土元素：2005 2008 年，河北省区调研究所在 1 25 万张家口市幅区调过程中，在此区域太平庄岩组取样 4 件，见表 3。其中样 1 石榴黑云斜长变粒岩，稀土分馏程度较高，轻稀土富集，负铕异常不明显，轻稀土部分斜率较大，重稀土部分趋向平缓；样 2 含黑云二长浅粒岩，稀土各种特征参数相差较大，稀土分馏程度较高。显示出轻稀土向右陡倾，重稀土向左微倾,呈一不对称“V”形；样 3石墨黑云斜长片麻岩和样 4 黑云角闪斜长片麻岩，REE、Ce/Y 及(La/Yb)N 相差较大，其它特征参数基本相近，稀土分馏程度较高，Ce/Y 31.97-39.79，(La/Yb)N=5.49 12.17；Eu=1.03，略 显 正铕异常。曲线模式总体平缓右倾，但轻稀土曲线部分差别较大，反映了片麻岩为不同的原岩类型，其中样品 3 的曲线模式近似于变粒岩，而样品 4 曲线模式与玄武安山岩曲线模式明显可比。稀土元素特征见表 4，曲线配分模式见图 6。表 3稀土元素分析数据一览表 (单位：10-6)样号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y 1 19.0 39.8 4.4 18.6 3.96 1.33 4.33 0.68 3.70 0.78 2.06 0.30 2.21 0.45 19.50 2 18.1 37.0 4.2 16.0 3.2 0.66 3.78 0.87 7.7 1.91 5.99 0.95 6.04 0.96 45.8 3 20.79 36.22 8.39 18.7 3.71 1.02 2.62 0.63 3.92 0.98 1.86 0.37 2.25 0.3 19.04 4 35.0 74.90 9.98 42.40 8.11 2.58 7.01 0.84 4.55 1.00 2.21 0.28 1.90 0.30 21.70 注：1 石榴黑云斜长变粒岩，2 含黑云二长浅粒岩，3 石墨黑云斜长变粒岩，4 黑云角闪斜长片麻岩。表 4稀土元素特征参数一览表 岩性 REE LREE HRE LREE/HREE(La/Yb)N Eu(Sm/Nd)N (Eu/Sm)N 石榴黑云斜长变粒岩 121.12 87.11 34.01 2.56 5.67 0.98 0.21 0.33 含黑云二长浅粒岩 153.16 79.16 74.00 1.08 1.78 0.32 0.20 0.21 石墨黑云斜长片麻岩 120.80 88.83 31.97 2.78 5.49 1.03 0.20 0.28 黑云角闪斜长片麻岩 212.76 172.97 39.79 4.35 12.17 1.03 0.19 0.32 图 6稀土元素曲线配分模式图有些为含石墨岩层，肉眼难以区分，依赖测试确定。顶、底板及夹层与矿层接触界限不规则，有的夹层呈似层状，分隔在矿体之间，有的夹层呈透镜状，包含在矿体内。3矿床成因探讨依据研究区勘查成果，总结分析含石墨岩系建造特征，依据含石墨岩系元素分析结果，结合岩石中特征矿物、岩石组合、岩石结构构造等因素分析和图解方法，恢复岩相古地理环境，通过研究区域变质、混合岩化等特征，综合探讨矿床成因。3.1 含矿岩系原岩恢复(1)岩石结构构造：该套岩石多呈片麻状、平行粒状，仅部分称脉状。大理岩、石英岩呈长轴顺层分布的透镜状，总体沉积特征明显，以副变质岩为2.6 矿体顶底板围岩及夹石矿体顶、底板及夹层，岩性为二长浅粒岩、斜长角闪岩片麻岩、变质侵入岩、长英质斜长角闪岩眼球状混合岩和云母钾长脉状混合岩，肉眼可区分，允跃等：大柳沟玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨44主体，正变质岩其次。推测大理岩原岩为硅质白云岩或含杂质的碳酸盐岩，石英岩为石英砂岩。斜长角闪岩、辉石角闪岩及橄榄角闪辉岩等基性中基性岩类，多呈透镜状夹层、其产状部分与基体大体一致，部分呈脉状，与基体不协调。前者是副变质岩，后者是正变质岩。(2)特征矿物及岩石组合：部分岩石(包括部分片麻岩、变粒岩)矿物成分除石墨外，出现石榴子石、堇青石、矽线石等富铝矿物，其原岩可能是富铝质的泥质、泥砂质沉积岩。大部分岩石矿物成分长石、石英含量较高，未见富铝质特征矿物，属长英质系列，其原岩可能是砂岩、粉砂岩、中酸性岩浆岩(包括火山碎屑岩)等。含碳质类沉积岩与泥质灰岩、白云质灰岩处在类似沉积环境4。(3)副矿物，磷灰石、锆石、榍石、金红石、独居石多见他形粒状,单偏光下个别锆石见环带。多反映副变质岩特征。(4)图解分析。尼格理四面体投影，主量元素样投点及对应 区 域：QH1 化 学 沉 积 区；QH2、QH5、QH9、QH10、QH15 火成岩区；其余 9 样粘土质沉积区。以粘土质副变质岩为主，其次火成岩，个别化学沉积岩(图 7)。Wemer(1987)图解，该图解适应长英质岩类，除主量元素样 QH1、QH2 的硅质成分明显偏低外，QH5、QH9、QH10 三个样投在正片麻岩区，其余10 个样投在副片麻岩区，说明含石墨岩系中以副片麻岩为主(包括具轻片麻理的变粒岩)，正片麻岩也是存在的，但较少(图 8)。Walker 等人的 CaO-MgO-FeO 图解，该图解主要适应基性角闪岩类，仅有样 QH1 投在副变质角闪岩区,属沉积成因，样 QH9、QH10、QH12、QH14 投在正角闪岩区，样 QH11 压正角闪岩区界，说明角闪岩、含角闪质岩石是以正变质岩为主(图9)。河北省区调研究所在 1 25 万张家口市幅区调过程中,在太平庄岩组取了4件角闪岩类样品,SiO2 含量 45.32%50.64%,平均 47.99%，Na2O 明显高于 K2O，CaO 高于 MgO，表现出基性岩的特点。该岩类平均化学成分与中国及世界火成岩中玄武岩的平均化学成分最为相近。说明本区域斜长角闪岩、辉石角闪岩、橄榄角闪辉岩等的原岩为(橄榄)玄武岩，有少量为辉长岩类。与基岩片麻理方向一致的斜长角闪岩透镜体，系早期玄武岩经剥蚀搬运沉积变形变质的产物。3.2 岩相古地理综合含石墨岩系特点、原岩恢复、地球化学研究和区域资料，认为石墨含矿建造形成于华北古陆核北侧边缘增生带上，含有机质、碳质的泥砂碎屑沉积时，伴有(橄榄)玄武岩浆喷发和辉长岩类岩浆侵入，该套岩层总体为一套泥砂质陆源碎屑沉积中基性火山岩碳酸盐岩建造，具持续下降特点，位于古内蒙海槽盆地南边部，环境为大陆边缘的浅海陆棚沉积环境，循环沉积作用微弱，海水相对宁静，水温较高。属于贫氧至缺氧的弱还原环境,二氧化碳图 7尼格里四面体图解O：正片麻岩；P：副片麻岩against FeO diagram图 8Wemer(P2O5/TiO2-Mgo/CaO)图解图 9CaO-MgO-FeO 图解(转引自 Passchier er al.,1990.简化)2024 年第 1 期 中国非金属矿工业导刊 总第 163 期45浓度较大，二氧化碳与钙镁等金属离子形成重碳酸盐，集中沉积形成石灰岩、白云岩等，二氧化碳在生物光合作用形成有机体，集中沉积形成有机(碳)岩类。3.3 石墨矿化作用原岩建造中有机碳在地热增温、变形、变质过程中，富含有机碳质的原岩经重结晶后变成含石墨矿层15-21；古元古代晚期有二长花岗岩、石英闪长岩、钾长花岗岩、斑状二长花岗岩(变质侵入岩的原岩)等岩脉侵入，使周边石墨颗粒增大，在持续变质作用下矿物颗粒不断加大。吕梁运动，一些地段遭受强烈挤压发生紧闭同斜褶皱，石墨含矿层在褶皱翼部变薄或被拉断，而在转折端变厚，这些褶皱最终被改造为片理、片麻理构造，薄层大理岩、石英岩、斜长角闪岩被挤压拉断形成透镜体；强烈区域变质发生混合岩化和重熔岩浆注入等作用，使石墨发生转移，主期阶段，表现为硅、钾等矿物成分带入和铁镁等矿物成分的带出，新生的长英质熔浆对原岩组分进行交代反应，并以碱质交代为主(钾化、钠化)，同时挥发分也起了重要作用22，原长英质熔浆逐渐演变为热液。随着这一过程的进行，进入中晚期阶段，变质热液中含有较大量的 Fe、Mg、Ca 等组分，在变质热液和含 CO2、OH-等挥发分作用下，与碳元素或碳质化合物(但非碳酸盐)反应或使碳元素活化，主要以一氧化碳方式，由强应变高压区域向弱应变低压区域(片理、片麻理、裂隙、褶皱转折端等构造空间)迁移沉积，或在侧向分泌作用向附近裂隙中迁移沉积，或在新生花岗质脉体边部岩性差较大的接触部位沉积，同时带出的铁镁质等暗色矿物一同迁移沉积，这就是裂隙中石墨与黑云母伴生明显的原因。石墨迁移距离小者没有脱离原含矿建造层位，有少部分因迁移距离较远，而散失了。综上，本矿床为经过混合岩化的区域变质矿床23，主成矿期是吕梁期24。4讨论(1)本矿床石墨品位不高，与原岩有机碳含量低有关。虽然石墨矿的碳质来源有“有机”和“无机”两种成因观点，就区域变质石墨矿的成因来说更趋向于前者，虽然有含石墨大理岩存在，但未发现由大理岩提供碳质的有利证据。没有外来碳质的加入，石墨成矿属于等化学系列，在强烈混合岩化作用下石墨迁移只是使一地段石墨贫化，而使另一地段石墨叠加富集。当石墨迁移距离较远时，离开矿源层无叠加一般不能成矿，相当于散失了。(2)一般晶质石墨，时代越老结晶程度越高4，变质程度越高结晶程度越高25。另一方面，石墨迁移离开矿源层越远石墨结晶越好，但伴生迁移的云母也越多，石墨鳞片大，有时呈团块状，有时呈薄膜状，出现大鳞片高品位假象，在康保、尚义这种现象非常普遍，石墨晶片大而分散，但圈不出矿体。(3)曾认为石墨鳞片加大品位增高，但由本研究区看并非如此，石墨迁移、沉积，鳞片加大，但并没有富集；品位高的地段是石墨颗粒相对较细、分布均匀、未明显迁移地段。认为混合岩化使石墨片度加大且质量提高的同时，也造成不同程度数量(矿床中石墨品位)的降低。(4)研究区物探圈定的石墨异常区范围界限，北东、南西两端都没有闭合，预测石墨含矿层沿走向外围还有延伸。根据断层特征，上盘向东北移动，下盘向南西移动，矿床在断层下盘对应的含石墨矿层在矿床西侧，推测在义哈德至东壕堑一带地下深部。(5)在研究区外围三面井村附近激电异常区经ZK3401 钻孔验证，在孔深 143.25m 之下见 3 层石墨矿，石墨含量为 2.7%3.41%，上部为火山熔岩，下部为含石墨变质岩，显然位于断层下盘，但与研究区含矿层非对应层位。说明太平庄岩组至少有两套集中分布的石墨含矿层。(6)关 于 晶 质 石 墨 矿 形 成 的 温 压 条 件：本区域变质岩主要属于低角闪岩相，变质温度在530 680，对应的压力值为 3 7Kb,平均为 4.8 Kb。变质作用的温压条件不均衡，局部地段地下热流值更高，矿区内可见铁铝石榴石、堇青石共存，铁铝石榴石、堇青石的平衡(3Crd=2Gt+4Sil+5Q)条 件 是 温 度 700 825，压 力 2 4Kb26。说明矿区热峰温度高于 700。在矿区 ZK1402 钻孔31.7 49m 见角砾状碳酸熔岩，出现在斜长角闪变粒岩的夹层(薄层大理岩)中，见气孔构造，具爆破角砾岩特征(本区域康保境内也有类似现象)，与一般碳酸岩27不同，其形成说明存在使大理岩部分熔融的温度(825)和含大量挥发分产生较大的压力条件。认为矿区含石墨变质岩以角闪岩相为主，局部达麻粒岩相。(7)关于晶质石墨矿的原岩建造和后期保存：石墨矿赋存受成矿物质来源和沉积的岩相古地理环境控制，还受构造条件的制约和改造28。原岩建造的含矿性是形成区域变质矿床的基础29-30，矿床品位高低、规模大小取决于原有机碳质岩层的有机碳含允跃等：大柳沟玉带湾一带石墨矿床地质特征及成因探讨46量和分布规模31，这肯定了石墨矿原岩建造的重要性。我国石墨分布具有“东多西少”的现状32、区域变质石墨矿常产于古老地台周缘33，如华北陆块南缘的灵宝石墨矿34鲁山背孜石墨矿35、华北陆块东缘的南墅石墨矿36，佳木斯地块边缘的鸡西的柳毛石墨矿37-38)、寨山石墨矿39，这些反映了石墨矿原岩建造的分布位置，如古陆增生带。巨型构造控制的地块中的隆起带上，以及断隆部位常有石墨矿赋存，这反映了石墨矿的有利赋存部位，也反映了不被破坏的有利保存部位。矿床是能被开发利用的最终矿产，后期保存应当属于广义成矿条件范畴的组成部分。在石墨矿调、勘查的地质填图过程中发现，在含石墨岩系中的韧性剪切带、强烈挤压带不含石墨；在康保深大断裂附近次生裂隙非常发育，一些张列带中有大鳞片晶质石墨分布，但非常零散，可能是在远距离迁移过程分散了的结果。说明石墨在强挤压区不宜保存，在深大断裂附近较开放地段也不宜集聚。地质构造相对稳定地块，类似于现代构造应力场中“安全岛”40，相对松弛而封闭的地段石墨矿适宜保存。本矿床得以保存的原因，就是它处在华北陆块北缘隆起带内，地质构造相对稳定地段。5结论(1)本矿床矿为大型晶质石墨矿床，由 7 个矿体组成，分布较为集中，矿床平均固定碳含量为3.64%，较低。石墨矿物量预估达 500 余万吨，正目石墨含量达 75.98%，较高。为冀北较好的石墨矿床，可作为战略储备资源。(2)本矿床总体呈似层状，但其内包含有脉状石墨体，这类脉状石墨体是由于强烈区域变质发生混合岩化和重熔岩浆注入等作用，使石墨发生近距离迁移，在岩石裂隙中或新生花岗质脉体边部沉积形成，具有层带复合岩浆叠加特点41，但仍然属于层控矿床，是典型区域变质晶质石墨矿床，主成矿期在吕梁期，矿化与后期断层无关。(3)邻区兴和石墨矿由碳元素极负的属性确定为有机成因，本研究区与之处在相同成矿带上，同时也没有发现无机碳的加入(如大理岩提供碳质、碳酸岩岩浆提供碳质)，表明是有机成因。(4)石墨矿形成后，后期保存尤为重要，巨型构造控制的地块中的隆起带内，地质构造相对稳定地块内，相对松弛而封闭的地段石墨矿适宜保存。(5)孔兹岩(孔达岩)系与含石墨岩系原岩建造密切相关，大理岩、石英岩是其组成部分，大理岩、石英岩透镜体可以作为石墨矿的间接找矿标志。(6)激电法是找石墨矿的有效手段。在冀北地区石墨矿勘查中，物探激电异常视极化率值 6%，电阻率 100m，作为石墨异常区圈定指标是可行的。(7)矿床外围还有找矿空间，玉带湾东北一带和大柳沟西南一带；义哈德至东壕堑一带的地下深部可以作为重点找矿靶区。【参考文献】1 王 时 麒.内 蒙 兴 和 石 墨 矿 含 矿 建 造 特 征 与 矿 床 成 因 J.矿 床 地质,1989,8(1):92-95.2 肖克炎,孙莉,李思远,等.我国石墨矿产地质特征及资源潜力分析 J.地球学报,2016,37(5):607-614.3 颜玲亚,高树学,陈正国,等.中国石墨成矿特征及成矿区带划分 J.中国地质,2018,45(3):421-440.4 谭均.蒙西南 冀北石墨矿化带成矿地质特征及矿床成因探讨 J.矿产勘查,2019,10(1):17-32.5 王起超.红旗营子群的时代归属及所经历的地质热事件 J.地质科学,1992(A12):17-14.6 胡学文,张江满,权恒.冀北红旗营子群同位素年龄及其时代归属 J.地质通报,1996(2):186-192.7 王启超,牛树银.冀北红旗营子群的时代商榷 对冀北红旗营子群有关地质问题的商榷 J.河北地质矿产信息,2002(3):2-10.8 张春华,王启超,高文明,等.河北省早前汉武纪变质作用 M.北京:地质出版社,1990.9 钱会文,时明诃,王忠义,等.冀北红旗营子岩群变质与变形的温压条件研究 J.华北地质矿产,1995,10(1):42-50.10 刘增校,张立国,等.河北省北京市天津市区域地质志 M.北京:地质出版社,2013.11 张哗卿,张振利,刘增校,等.河北省、北京市、天津市区域地质志 M.北京:地质出版社,2013,1-16,39-48.12 自然资源部.石墨、碎云母矿产地质勘查规范:DZ/T0326-2018/XG/-2020S.北京:地质出版社,2020.13 齐新国,付茂英,王立考,等.电法在张家口地区晶质石墨找矿中的应用 J.中国非金属矿工业导刊,2019(S1):88-9214 齐新国,谭均,孙宝臣,等.万隆店一带石墨矿地质特征及成矿规律初探 J.中国非金属矿工业导刊,2018(4):4