辽宁孙家沟石墨矿地质特征及找矿标志探讨

蔡新明 李昌松

(辽宁省矿产勘查院有限责任公司，辽宁 沈阳 110031)

0 引言

孙家沟石墨矿地处中朝准地台、燕山台褶带、北镇凸起、辽西台陷的北东端[1,2]，大巴-瓦子峪-后三角山韧性剪切带[3,4]上，行政区划隶属阜蒙县大巴镇东苇子沟村管辖。自20世纪60年代以来，辽宁省地质局多家地质单位在区内开展区域地质调查、水系沉积物测量和物探激电中梯测量等工作，积累了较多的基础地质资料，但一直未发现具有工业意义的金属矿体。2015年以来，通过在区内开展地质测量、槽探、钻探和室内鉴定分析工作，圈定石墨矿体8条，为区内的找矿工作提供了新的思路。

1 区域成矿地质背景

区域出露地层包括太古界小塔子沟组角闪黑云斜长片麻岩，元古界长城系大红峪组石英砂岩、高于庄组白云岩，蓟县系杨庄组白云岩、雾迷山组白云岩，白垩系义县组安山岩、阜新组砂岩粉砂岩、孙家湾组砂砾石，第四系冲积物。构造以北东向断裂构造为主，主要分布于区域西北部和东南部，走向35°～45°，长1.2～3.1 km，倾角40°～60°。侵入岩以燕山期侵入花岗岩和闪长岩为主，在区内中部成北东向展布，脉岩以闪长玢岩脉和花岗斑岩脉为主。区内变质变质作用比较复杂，以区域变质作用为主，受变质时温度和压力的影响，重结晶作用显著，受定向压力的作用，矿物常呈定向性排列，如含石墨片岩、硅质大理岩和白云质大理岩等。

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区范围内出露地层有太古代变质表壳岩组合、中元古界长城系、蓟县系、中生界白垩系及第四系。其中太古代变质表壳岩组合为小塔子沟组花岗片麻岩、斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩和斜长角闪岩，主要分布在北西部，呈北东方向狭长分布。中元古界长城系高于庄组要分布于孙家沟地区中部和南部狭长地带，岩性主要为灰白色粉晶白云岩、白云质大理岩、石英岩、石墨片岩、含石墨大理岩、片麻岩，为石墨含矿地层；蓟县系雾迷山组分布于苇子沟、小洞-架子山等地，组成岩性浅灰色中厚层-厚层或薄层燧石条带白云岩、细晶白云岩及灰黑色燧石结核白云岩。白垩系仅见有义县组出露，底部为复成分砾岩不整合于花岗岩之上，下-中上部以安山岩为主，夹有凝灰岩及火山碎屑岩。第四系分布广泛，由黄褐色含砾亚砂土夹细砂、粉砂层组成，发育于河流、山间沟谷中。

1—第四系砂砾石；2—白垩系义县组安山岩；3—燕山期花岗岩；4—中元古界蓟县系雾迷山组白云岩；5—中元古界长城系高于庄组白云岩；6—闪长岩脉；7—石英岩脉；8—矿体；9—地质界限；10—断裂。

2.2 构造

区内韧性剪切、变形、变质构造发育，呈带状分布，属递进演化的高效应变带[5]，呈北东方向穿过矿区，穿切区内中元古界长城系、蓟县系地层和花岗岩岩体边缘，使区内地层受到变质作用，区内部分地段片理化较明显，形成了花岗片麻岩、石墨片岩、白云质大理岩等。脆性构造以断裂构造为主，燕山旋回的构造在矿区内以断裂构造为主，按展布方位可分为的北北东向和近东西向2组断裂构造，即F1构造和F2构造，二者同为逆断层。其中F1构造长约1 600 m，位于矿区中部，其西侧为高于庄组地层和花岗岩，东侧为雾迷山组地层；F2构造位于矿区南部，呈北东向，贯穿于长城系高于庄组，与成矿意义不大。

2.3 岩浆岩

矿区内侵入岩发育，分布广泛，以燕山期侵入岩为主，与太古宙变质岩及中元古代地层呈侵入关系，被义县组不整合覆盖，岩性为中细粒黑云母二长花岗岩，岩石呈灰白-浅粉色，中细粒花岗结构，块状构造。脉岩以石英斑岩脉和闪长岩脉为主。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

矿区共圈定8条石墨矿体，即①-⑧号石墨矿体。矿体大体呈北东走向分布于长城系高于庄组，地表多由探槽控制，延长大于延深，矿床平均品位4.60%，厚度变化系数87.12%，品位变化系数48%。各矿体见表1，主要矿体特征：

1)①号石墨矿体位于矿区北部，呈不规则脉状产出，矿体主要岩性为石墨片岩，其分布在35线、37线、39线之间，延长250 m左右，平均真厚度3.66 m，总体倾向290°，倾角40°，矿体埋深0～75 m，赋存标高178 m～103 m，固定碳平均品位3.51%。地表由TC35-1、TC39、TC37控制，深部由ZK3701、ZK3901控制。

2)⑤号石墨矿体位于矿区南部，呈不规则脉状产出，分布在1线、3线、5线，矿体延长260 m左右，矿体真厚度7.45 m，总体倾向285°，倾角54°，矿体埋深0～35 m，赋存标高199 m～164 m，固定碳平均品位6.58%。地表由TC1、TC3、TC5控制。

表1 矿体特征一览表

3.2 矿石特征

矿石的自然类型为片岩型石墨矿。矿石结构为鳞片状变晶结构，矿石构造为块状构造。矿石矿物成分以斜长石、石英和石墨为主，含少量磁铁矿、褐铁矿、黄铜矿和黄铁矿。脉石矿物主要为闪长岩和石英脉。

3.3 围岩和夹石

矿体顶板围岩主要为白云质大理岩，部分地段矿体围岩存在有花岗岩；矿体底板主要为白云质大理岩。白云岩呈黑白色、褐红色，等粒变晶结构，块状构造，主要矿物白云石、方解石，蚀变绿泥石化，碳酸盐化，部分地段见有溶蚀孔洞。花岗岩呈浅红色，中粒到中细粒花岗结构，块状构造，主要矿物石英、长石及少量角闪石组成。

3.4 围岩蚀变

区内的围岩蚀变较简单，主要有绿泥石化、蛇纹石化，有少量碳酸盐化、黄铁矿化、硅化。绿泥石化、蛇纹石化是指原岩为中-基性火成岩到泥质岩及变质岩，经过低温热液蚀变作用，其中的铁镁质矿物发生分解，产生绿泥石化和蛇纹石化。

4 矿床成因和找矿标志

基于孙家沟石墨矿的生成和赋存特点，结合矿石矿物特征，确定本区为区域变质型晶质石墨矿。本区地层的原岩白云岩，经历早期的区域变质作用[6]，碳元素发生迁移、富集和结晶，加之后期岩浆活动及构造运动产生的热量，为碳元素晶体颗粒长大提供热源，并使碳元素进一步富集，进而形成矿体[7,8]。矿床成因属于区域变质作用、中低温度和压力下形成的变质型石墨矿。明显的找矿标志包括：

1)矿体为石墨片岩，赋存于高于庄组大理岩之中，大理岩因含石墨，因此颜色差异明显，故黑白色高于庄组大理岩是重要的找矿标志；

2)由于风化作用，地表显示有灰褐色到灰黑色的颜色反映，是重要的找矿露头标志；

3)区内激电测量异常特征显示，石墨片岩电阻率明显高于赋矿围岩，矿体和围岩存在明显的电性差异，存在电法测量的地球物理基础，物探电法测量中正负异常交汇处是重要的找矿部位。

5 结语

孙家沟石墨矿赋存于高于庄组大理岩中，矿体受韧性剪切、变形、变质构造控制明显，矿床成因属于区域变质作用、中低温度和压力下形成的变质型石墨矿。区内黑白色高于庄组大理岩、地表显示有灰褐色到灰黑色的颜色反映部位和物探电法测量中的正负异常交汇处是重要的找矿指示标志。