摘要：张安北石墨矿，产于新太古界放甲铺组三段（Arf3）石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩地层中，矿体出露地表，呈层状产出，有五层矿体，规模较大。
关键词：张安北；石墨矿；地质特征；成因分析
河北省邢台县张安北乡张安北村西南1km赋存有石墨矿，矿石质量可达到工业利用要求，储量丰富，矿体形态简单，出露好，开采技术条件优越。
1、矿区地质特征
矿区位于中朝准地台（Ⅰ级），山西断隆（Ⅱ级），太行拱断束（Ⅲ级），赞皇穹断束（Ⅳ级）构造单元南部。区域内岩浆岩活动不强烈，主要为部分花岗片麻岩、角闪岩等小型基性岩体；构造较为简单，广泛发育小褶曲。岩石地层单位为新太古界赞皇群放甲铺组三段（Arf3）
1.1地层
矿区出露地层有新太古界放甲铺组三段（Arf3）和新生界第四系（Q）。由老到新如下：
（1）新太古界赞皇群放甲铺组三段（Ar3f3）
矿床内出露之地层皆为放甲铺组变质岩，总的岩层产状为：走向NE5°，倾向NW85°，倾角40一600°。构成矿床内的岩性为：花岗片麻岩（二长片麻岩）、角闪斜长片麻岩、黑云母斜长片麻岩及石墨片麻岩。地层的生成次序如下：
（1）花岗片麻岩（二长片麻岩）：
为矿床最老的地层，出露于矿区东部。
呈浅红色，肉红色，中粗粒花岗变晶结构，片麻状构造，主要由钾长石、斜长石、石英和少量黑云母组成，矿物形状不规则，镶嵌分布，斜长石绢云母化普遍，黑云母鳞片沿其矿的边缘分布。
（2）石英斜长角闪岩
整合于花岗片麻岩之上，由北向南逐渐变薄。
呈黑色，黑绿色，细中粒花岗变晶结构，块状构造，主要由角闪石、斜长石、石英组成，矿物形状均不规则，角闪石沿裂缝析出铁质，斜长石绢云母化非常强烈，与石英一起，不均匀的分布于岩石中，其量较少。此外，有少量榍石、石榴石及铁矿物分布。
（3）含石墨黑云母斜长片麻岩（第一含矿层）：
出露于矿床以东，向南多为黄土掩盖。整合于前者之上。
多呈浅灰色、红褐色，细中粒花岗变晶结构，片麻状构造，主要由斜长石、石英、钾长石和少量黑云母、白云母、石墨组成，矿物均呈它形不规则状，镶嵌分布，斜长石绢云母化普遍，云母、石墨多呈少量鳞片状沿其矿物的边缘分布，一般品位1—1.5%，无工业价值。
（4）石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩（第二含矿层）：
为主要含矿层，共有五层石墨矿组成。相间排列，围岩及矿层分述如下：
①石墨蓝晶石黑云母斜长片麻岩
呈灰色、灰褐色，鳞片花岗变晶结构，片麻状构造。由白云母、蓝晶石、石英、斜长石、石墨、黑云母组成，少量石榴石、钾长石、白云母为交代大片蓝晶石而成。斜长石绢云母化强烈。石墨、云母及绿泥石呈鳞片状或不规则状。岩石中矿物之长轴方向均有规则的定向分布，构成岩石的片麻状构造。石榴石、石英均呈粒状分布于片状矿物之间。
②石榴子石黑云母斜长片麻岩：
此层与前者相间产出。
呈褐色、灰褐色，鳞片花岗变晶结构，片麻状构造。主要由黑云母、斜长石、石英、钾长石、次石榴石、蓝晶石组成，石英、长石颗粒大小不等，现状不规则，颗粒长轴方向定向排列，石榴石呈不规则粒状分布，黑云母呈细小鳞片，沿矿物的边缘分布，其鳞片长轴方向多平行岩石的片理。
（5）角闪斜长片麻岩
整合复于第二含矿层之上。
呈灰黑色，细粒花岗变晶结构，由斜长石、石英、角闪石组成，矿物形状不规则，呈粒状镶嵌分布，岩石片麻状构造不明显。岩石致密坚硬，不易风化，多成山脊。
（6）石榴子石角闪斜长岩
与前者呈过渡关系。
呈黑色，中粗粒花岗变晶结构，主由角闪石、斜长石、石榴石、石英和少量辉石组成。矿物形状不规则，镶嵌分布，石榴子石颗粒粗大，体内尚有石英、角闪石等包体，斜长石绢云母化强烈，分布于角闪石之间或角闪石体内，其矿物间裂隙多为黑云母赋存场所。
（7）含石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩
出露于矿床以西，为第三含矿层，但品味较低，在1—1.5%，意义不大。
呈黄褐色，中粗粒，鳞片花岗变晶结构，主要由斜长石、石英、黑云母、石榴子石、次蓝晶石、白云母等组成，斜长石绢云母化强烈，石榴子石多呈细粒散生。
（8）新生界第四系（Q）
区内不甚发育，主要分布在沟谷及其两侧，呈带状分布，沟谷为冲洪积砂、砾石、巨砾等组成。沟谷两侧由残坡积、洪积的黄土、碎石、砂砾组成。
1.2构造
矿床位于尧—张背斜东北翼，区内岩层呈NE向NW倾斜之单斜构造产出。地层内产有各种岩石透镜体，导致地层产生扭曲，一般规模较小。其中矿床以北角闪斜长粒岩及石榴子石角闪斜长岩引起的褶皱构造较为显著。岩体沿片理自北向南呈舌状楔入含矿层中，致使产状沿舌形边缘发生变化。位于西侧的地层倾向NW、NNW，倾角50°，舌端产状转为N、NNE，倾角70°，位于东侧的地层倾向NWW、SWW，倾角40°—50°，随着这一岩体形态的产出，亦导致了矿层厚度上的巨大变化。两侧岩层因均受侧压力作用，矿层变薄，仅1米且为贫矿。端部由于正压缩应力的影响，矿层聚集厚30多米富矿，一般品位≥3%。
1.3岩浆岩
区内岩层经受多期构造运动，变质较深，原岩难以推定。根据岩层产状，接触构造及矿物相变化规律可分为二期：生成于区域变质作用前的古老侵入体和区域变质作用同期产物脉岩类。
古老侵入岩体：
1、角闪斜长粒岩：黑色，灰黑色，纤状花岗变晶结构，主要有角闪石、斜长石组成，片麻状构造不清。岩体多沿片理方向呈舌状、透镜状产出。蚀变现象不发育，主要有斜长石绢云母化及少量辉石置换角闪石现象，与围岩有较明显的界线。按其化学性质及产状，可能为原生闪长岩岩浆的岩石。
2、石榴子石角闪斜长岩：黑色，中粗粒花岗变晶结构，主要由角闪石、斜长石、石榴子石和少量辉石组成，片麻状构造不清。斜长石绢云母化强烈，岩石中交代现象较明显，后生成的微斜长石，呈细粒集合体，充填和交代原生斜长石及辉石、角闪石等。
古老侵入岩体除从岩体产状、矿物相的变化可说属正变质岩，从岩石化学成分含量测定上：SiO2的含量一般在46.38—66.65%，AL2O3的含量一般在3.98—23.65%，一般16%，FeO+ Fe2O3的含量一般在8—19%，K2O与Na2O之比， Na2O皆大于K2O，副变质岩则反之。
古老侵入岩体均是大小不等的透镜体，团块状，沿片理产出，主要分布在矿床以北及矿层顶板，分布极为广泛。
2、矿床地质特征
2.1矿体特征
本区石墨矿赋存于新太古界放甲铺组三段（Arf3）地层石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩中，区内可分为五层，相间排列于石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩中，出露地表有三层，其余二层隐伏地下。由上到下编号为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ矿体，其特征为：
Ⅴ矿体：为本区主矿体，矿体呈似层状产出，产状与围岩基本一致，倾向275°，倾角40°～50°，南北长430m，宽300m。沿走向矿体厚度变化较大，中间厚度20.74m，北部100m始逐渐变薄至1m左右，南部200m始逐渐变薄至10m左右，继而南延至50m渐厚至20.0m。沿倾斜厚度变化较小，平均厚度12.01m。矿体内夹有厚1～4m含石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩夹层，长200m。
矿体品位沿走向和倾向变化不大，但垂直矿层则分级明显，边部品位≥3%，中部品位2.5—3%，平均品位3.07%。矿体与围岩界线明显，矿石为石墨蓝晶石黑云母斜长片麻岩。
Ⅳ矿体：矿体呈似层状产出，产状与围岩基本一致，倾向275°～280°，倾角40°～50°，南北长400m，宽300m。位于Ⅴ矿体下部，相距10～20m，沿走向矿体厚度变化亦大，中间厚度6.49m，向北延伸200m始逐渐变薄至尖灭，南部50m始逐渐变薄至1m，继而南延至50m渐厚至11.35m，又50m渐薄厚至5m，沿倾斜厚度变化较小，多厚度在3～5m之间，平均厚度5.05m。
矿体品位沿走向变化较大，分异明显，北部品位≥3%，中南部品位3—2.5%，最南部品位降低至2.5—2%，因品位相差±0.5%甚微，矿石类型相同，故没有明显分界，呈过渡关系。沿倾斜品位变化不大，平均品位2.75%。
在Ⅴ矿体和Ⅳ矿体之间，Ⅳ矿体的中北部，有一小矿层，矿体长68m，延伸150m，最大厚度2.19m，平均品位2.44%。矿石均为石墨蓝晶石黑云母斜长片麻岩。
Ⅲ矿体：矿体呈透镜状产出，倾向275°，倾角35°，矿体长73m，最大厚度19.68m，倾斜延伸50m尖灭，矿体边部品位≥3%，中部品位≤3%，平均品位3.11%。矿体与围岩界线明显，无蚀变现象，矿石仍为石墨蓝晶石黑云母斜长片麻岩。
Ⅱ矿体：矿体呈巨大透镜体，隐伏深度100m，位于Ⅳ矿体下盘，相距50～90m。倾向275°，倾角30°～35°，矿体顶板埋藏深度100～250m，矿体长250m，倾斜延伸180m。矿体沿走向变化较大，为一中心巨厚，边缘渐薄的不规则巨形透镜体，钻孔控制最大厚度40m，北部50m尖灭，向南部50m变薄为10m，继而向南部50m变薄为2m，平均厚度13.98m。
矿体品位变化亦大，矿体边部品位较高，3.2%左右，中心品位逐渐低至≤2.5%，平均品位2.99%。矿体与围岩界线明显，矿石仍为石墨蓝晶石黑云母斜长片麻岩。
Ⅰ矿体：，矿体顶板埋藏深度150～250m，呈似薄层状，倾向275°，倾角30°～40°，矿体长200m，倾斜延伸150m。最大厚度3m，平均厚度2.66m，矿体品位变化不大，在2.5%左右，平均品位2.70%，一般品位低且厚度薄，非主要矿体。
2.2矿石类型
矿石为石墨蓝晶石黑云母斜长片麻岩，呈褐色，灰褐色，鳞片状变晶结构，片麻状构造。矿石矿物主要为石墨；脉石矿物为黑云母、斜长石、正长石、石英、绢云母、白云母、矽线石、红柱石和少量石榴石、蓝晶石、金红石、锆石、磷灰石、白铁矿、蛇纹石等。
矿石中主要矿物特征：
石墨呈鳞片状，与黑云母、白云母、矽线石等均呈同一方向分布，具明显的定向排列；蓝晶石呈柱状，多为白云母交代；斜长石绢云母化，石英、长石呈他形粒状镶嵌产出，与前者片状矿物相间分布，石英粒度不均匀，部分园粒包于长石中；黑云母中含有不混溶作用生成的金红石针状包体。石墨与黑云母共生，多为粗晶，鳞片长一般3mm，宽0.4mm。
随着埋藏深度的变化，矿物变化为：蓝晶石、黑云母、长石、铁质。
矿石矿物成分及含量见下表：
3、矿床成因
矿床形成于为一不稳定的浅海相沉积环境中，沉积了含有机质的页岩或碳酸盐类之沉积岩之后，经受了区域性的剧烈多相变质，在新的物理环境下，致使碳质分离重新结晶。除原生沉积环境沉积了含碳岩石，给以后成矿碳质来源奠定了基础，及区域变质促进碳质的结晶分离成矿等因素之外，古老侵入体（古闪长岩或辉长岩）的侵入，均是导致碳质集中，厚度变化的因素之一。
从矿物生成次序一般为：石英-斜长石-蓝晶石-黑云母-石墨-石榴石-透闪石-绢云母或白云母-绿泥石
综上所述，本区石墨矿床为沉积变质矿床。
其沉积变质证据：
①矿床产于副片麻岩，具有一定层位。②矿体呈似层状，大凸镜状，且产状与围岩一致。③矿层与围岩有明显的分界，无围岩蚀变现象。④矿石含量均匀，一般在2.5—3%.5、Ⅴ矿体和Ⅳ矿体矿层中有碳酸盐变质残骸存在。
4、找矿标志
⑴岩性。本区石墨矿（化）体均位于新太古界放甲铺组三段（Arf3）地层中，石墨矿床均产于副片麻岩中，多呈似层状，大透镜体状，且具稳定层位，因此石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩是寻找石墨矿的岩性标志。
⑵围岩。石墨石榴子石黑云母斜长片麻岩与石榴子石黑云母斜长片麻岩相间产出，寻找石榴子石黑云母斜长片麻岩也是寻找石墨矿的岩性标志。
⑶地球物理。石墨具有良好的导电性，因此高极化率、低电阻率异常地段可反映石墨矿化的存在。
5、应用前景
现代科技革命和新兴产业发展开创了广泛应用非金属矿的新时代，非金属矿物原（材）料加工业已经被视为21世纪的朝阳工业。进入21世纪，化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统产业将不断引入新技术和使用新材料，进行技术革新和产业升级，这些进步技术革新和产业升级与非金属矿深加工产品密切相关。例如，机电工业的技术进步需要以石墨为原料，制造高性能的柔性石墨密封材料和石墨盘根；汽车工业的发展需要大量以石墨等非金属矿为基料的摩擦材料。
天然石墨的4个主要市场：耐火材料、制动衬垫、润滑剂和铸造业。石墨最大的消费市场是耐火材料工业，主要用于生产镁碳和铝碳耐火砖，要求石墨粒度100目，含碳量95%-99%。耐火材料的消费主要依赖于钢铁工业需求，我国用于耐火材料方面的石墨约占总耗量的60%。石墨的第二消费市场是制动衬垫，在制动衬垫生产中可用石墨代替石棉。其用量取决于运输机械的生产，国内市场已趋于饱和。
随着石墨加工技术的不断进步，不断开发出各种深加工产品，石墨在工业部门及高科技领域中是不可缺少的原材料之一。如利用超细高纯技术生产含碳量在99.95%以上的高纯石墨，应用各种深加工技术生产膨胀石墨、柔性石墨、胶体石墨、石墨纤维等，其发展潜力很大。此外，浸硅石墨材料、膨胀石墨环保吸附材料和膨胀石墨医用材料应用快速发展，市场需求巨大。随着科学技术的发展，石墨及其复合材料应用前景十分广阔。
参考文献
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[3]廖强、马俊强、陈政，青海乌兰向前沟地区石墨矿床地质特征及成因[J]，现代矿业，2016（6）：171～173
论文作者:焦红建 闫领军
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年8月下
论文发表时间:2019/3/13
标签：矿体论文; 石墨论文; 黑云母论文; 片麻岩论文; 长石论文; 矿层论文; 矿床论文; 《新材料·新装饰》2018年8月下论文;