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煤系石墨矿产资源评价方法初探

刘亢 宁树正 曹代勇 吴国强 王路 林中月 王安民

刘亢,宁树正,曹代勇,等. 煤系石墨矿产资源评价方法初探[J]. 煤田地质与勘探,2023,51(4):1−10. doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.10.0809
引用本文: 刘亢,宁树正,曹代勇,等. 煤系石墨矿产资源评价方法初探[J]. 煤田地质与勘探,2023,51(4):1−10. doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.10.0809
LIU Kang,NING Shuzheng,CAO Daiyong,et al. A preliminary evaluation method for coal-based graphite[J]. Coal Geology & Exploration,2023,51(4):1−10. doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.10.0809
Citation: LIU Kang,NING Shuzheng,CAO Daiyong,et al. A preliminary evaluation method for coal-based graphite[J]. Coal Geology & Exploration,2023,51(4):1−10. doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.10.0809

煤系石墨矿产资源评价方法初探

doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.10.0809
基金项目: 国家能源局能源行业标准制定计划项目(20210092);自然资源行业标准制定计划项目(202111002);中国煤炭地质总局科技创新项目(ZMKJ-2022-B-6,ZMKJ-2022-B-7);中国地质调查局地质调查二级项目(DD20160187)
详细信息
    第一作者:

    刘亢,1985年生,女,河南洛阳人,博士,高级工程师,从事煤系矿产地质研究. E-mail:liukangluck@163.com

  • 中图分类号: P618.11

A preliminary evaluation method for coal-based graphite

  • 摘要: 煤系石墨属战略性矿产资源,在核石墨、军用飞机轮胎等方面具有独特优势,煤系石墨矿产资源评价对于煤系石墨矿产资源勘查开发、提级增储及战略资源保障至关重要 。由于煤系石墨与高变质煤存在连续过渡性质,导致部分煤系石墨被当作无烟煤处理,现有煤系石墨查明资源量可能被大大低估,实际上煤系石墨资源量与高煤级煤的资源量有直接关系。因此,在我国无烟煤等高煤级煤勘查区内,开展煤系石墨资源调查评价工作,将会取得较好效果,预期发现一批新的煤系石墨资源潜力区。通过分析我国目前已知的湖南、福建、吉林等地典型煤系石墨资源分布特征,总结了煤系石墨找矿标志,包括层位、矿化、岩体、构造和围岩蚀变等标志。在高煤级煤勘查区内,基于煤田构造、含煤岩系沉积环境、岩浆活动、煤岩煤质特征、煤类分布与变质情况等资料,结合煤系石墨找矿标志,进行煤系石墨资源调查评价。以科学性、系统性和可操作性为评价原则,依据工作程度、地质条件、矿产条件3类参数,采样点密度、构造变形程度、构造应力、岩体规模与热作用强度、岩体与煤层距离、初步鉴定、精确鉴定7个指标,初步提出了煤系石墨矿产资源评价方法。将实测数据分别与对应指标的预设值比较,利用平面直线拟合方程计算指数特征值,依据7个评价指标及权重对煤系石墨矿产资源进行评价,以期为我国煤系石墨资源评价工作提供科学依据。以闽西南龙岩−永定煤田漳平可坑矿区为例进行煤系石墨资源评价,其煤系石墨资源评估值为(A1, A2, A3)=(0.735, 0.793, 0.838),表明本研究区工作程度较好,地质条件较好,开采难度较小,矿产条件为煤系石墨一号,建议进一步加密采样点,布置资源勘查工作。

     

  • 图  煤系石墨矿产资源评价流程

    Fig. 1  Evaluation process of coal-based graphite

    图  研究区区域构造地质图[22]

    Fig. 2  Geological map showing the regional tectonic setting of the study area [22]

    图  构造应力指标值拟合线

    Fig. 3  Diagram showing the determination of the fitting line for tectonic stress indicator

    表  1  我国煤系石墨成矿区带划分(据文献[18-19],修改)

    Table  1  Division scheme of the metallogenic zones of coal-based graphite in China (modified after references [18-19])

    成矿域成矿带主要矿区成矿条件
    I滨太平洋成矿域(1) 黑吉东部成矿带神树石墨矿区、
    尚志石墨矿区、
    仙人洞石墨矿
    含矿层位主要为二叠系土门岭组、三叠系大酱缸组,印支期花岗闪长岩侵位,发生接触变质作用,位于滨绥断裂两侧。燕山期仙人洞岩体为热源,矿层发育于褶皱一翼,小兴安岭–张广才岭构造–岩浆岩带形成有利的封闭式成矿条件。典型矿区为铁力一带石墨矿床、矿(化)点,含矿岩石为石墨质板岩,石墨为煤层变质型土状石墨,固定碳含量50%~60%[20]
    (2) 闽西南成矿带漳平可坑矿区、
    乌坑矿区、
    大田溪洋矿区
    含矿层位主要为二叠系龙潭组,燕山期大规模岩浆侵入,永安–晋江断裂和政和–大埔断裂成为有利成矿构造条件,闽浙火山岩带西侧形成多处煤系石墨产地。典型矿区为漳平可坑、乌坑、大田溪洋,漳平可坑石墨矿位于政和−大浦断裂带西侧4.7 km,印支末期−燕山早期,政和−大浦断裂带形成对冲式的逆冲推覆构造,使得中部含煤带煤系变形强烈,石墨矿层呈鳞片状、透镜状或鼓包状产出[21-22]
    II阴山−燕山
    成矿域
    (3) 巴彦淖尔成矿带乌拉特中旗乌
    不浪口石墨矿
    含矿层位为下二叠系大红山组,遭受华力西晚期的岩浆活动,使得地层中的碳受高温作用而形成石墨。典型矿区为乌拉特中旗乌不浪口,共圈定石墨矿体5条,矿石固定碳含量较高,含量为65.22%~75.22%[23]
    (4) 京西成矿带南安河石墨矿、
    房山车厂石墨矿
    含矿层位为石炭–二叠纪煤层,房山、独山、青龙涧等小型侵入体为热源,靠近岩体附近的煤发生石墨化。典型矿区为南安河和房山车厂各有一小型接触变质型石墨矿床,南安河石墨矿固定碳含量为 12.17%,车厂石墨矿的矿石固定碳含量为 6.62%~71.50%,平均 29.22%,因质量较差,基本无工业价值[24]
    (5) 通辽成矿带扎鲁特旗忙哈吐
    矿区、敖包营子
    矿区、板子庙
    矿区 、查干诺尔
    矿区
    含矿层位为下侏罗统红旗组,燕山期构造–岩浆活动频繁,强度较高,受苏尼特右旗褶皱带影响,形成有利的构造成矿条件。典型矿区为扎鲁特旗忙哈吐、敖包营子,从接触带向外渐次出现石墨—半石墨—无烟煤的渐变过渡带,矿体呈层状、似层状、带状及透镜状分布,长度几百米至数千米,矿石固定碳含量60%~80%[25]
    III秦岭−大别山成矿域(6) 北秦岭成矿带凤县岩湾石墨矿、
    铜峪石墨矿、
    桑园坝石墨矿
    含矿层位为石炭系草凉驿组,燕山期侵入太白山、天台山等岩体,东西向断裂、南北向挤压多期次构造活动,褶皱核部转折端为矿层富集区。典型矿区为陕西凤县贯沟–老厂–煤沟一带,东部(老厂至贯沟)矿体多、矿石质量较好,固定碳含量一般为 68%~89%[26],石墨矿层靠近岩体厚度大(>1.4 m),远离岩体厚度减薄(0.4 m)
    (7) 北淮阳成矿带马鞍山矿区含矿层位为石炭系杨山组,燕山期侵入商城、铁冲和桃花岭岩体为煤的石墨化提供热能,大别山造山带提供有利的成矿构造条件。典型矿区为马鞍山,构造–热变质类型位于燕山期(早白垩世)商城花岗岩基旁侧剪切变形带内,马鞍山煤矿样品d002为 0.335 5~0.3394 nm,平均值 0.3368 nm,高分辨透射电镜分析呈现接近平直石墨的 SAD 衍射环[18]
    IV南岭成矿域(8) 湘中湘南成矿带寒婆坳石墨矿区、
    鲁荷石墨矿区、
    梅田
    矿区
    含矿层位为石炭系测水组、二叠系龙潭组,印支–燕山期岩浆侵入骑田岭、天龙山岩体为主要热源,受 NW 向构造挤压影响,次级构造发育,形成封闭条件。典型矿区为骑田岭岩体西南的梅田矿区,岩体兜底,从三面将富炭岩层包围在中间,矿层呈复式背斜,长轴南北向,底部岩体边界与矿层相距 0~400 m,背斜轴距东西两侧岩体边界均小于 1 km,此范围内全部石墨化,滴水带石墨矿石墨化度 89.3%,固定碳含量88.51%[27-28]
    (9) 赣中赣南成矿带崇义矿区、
    萍乡–丰城矿区
    含矿层位为二叠系龙潭组,燕山期岩浆侵入活动强烈,区域性断裂带远程传热,低坑坳背斜储热盖层,褶皱翼部剪切应力集中,紧邻岩体附近煤的石墨化程度较高。典型矿区为崇义,煤系石墨样品已不同程度进入石墨化演化阶段,57个样品中有52个超过工业品位,占91%[29]
    (10) 粤北成矿带连平矿区、
    佛冈矿区
    含矿层位为二叠系龙潭组,岩体附近煤发生石墨化
    V特提斯
    成矿域
    (11) 青南乌丽成矿带乌丽−开心岭矿区含矿层位为上二叠统那益雄组/侏罗纪大煤沟组,中侏罗世末,羌塘地体完全拼接抬升,使中侏罗统褶皱上升,出现了较紧密的线型对称褶皱,多期断裂复活或发生,使得煤系产生断裂、揉皱。 伴随褶皱断裂活动同时发生了大规模的岩浆侵入活动,造成煤系的高变质和破坏[30]
    (12) 藏东昌都成矿带马查拉矿区含矿层位为下石炭统马查拉组,晚三叠世俄让—竹卡火成岩带内,酸性侵入岩(大规模二长花岗岩、花岗闪长岩)侵入早石炭世马查拉组及中三叠世俄让组火山岩中,造成煤系高变质[31]
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    表  2  煤系石墨矿产资源评价体系

    Table  2  Evaluation system of coal-based graphite

    条件指标权重指标指数特征分类
    不好[0,0.6)好[0.6,0.8)很好[0.8,1.0)
    A1工作程度1B1采样点密度/(点·km−2)<33~6>6
    A2地质条件0.30B2构造变形强度简单中等复杂
    0.20B3构造应力/MPa<2020~30>30
    0.30B4岩体规模与热作用强度岩脉、岩墙和岩床侵入,热作用时间短酸性和中酸性岩基、岩株侵入,热量作用时间较长大规模酸性花岗岩类或中酸性闪长岩类侵入,热量充足,作用时间长
    0.20B5岩体侵位深度较远(>10 km)间接接触(>3~10 km)直接接触(1~3 km)
    A3矿产条件0.40B6基础指标Vdaf/%>4.5~6.53.8~4.5<3.8
    Rmax/%5.0~<6.56.5~8.0>8.0
    0.60B7精确指标d002/nm0.3400~<0.34400.3380~<0.34000.3354~<0.3380
    G<0.50.5~0.7>0.7
    R2>0.600.50~0.60<0.50
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    表  3  闽西南龙岩–永定煤田煤系石墨资源评价

    Table  3  Evaluation of coal-based graphite in Longyan-Yongding coalfield, southwest Fujian

    条件指标权重指标指数特征分类评估值
    不好(0,0.6)好[0.6,0.8)很好[0.8,1.0)
    A1工作程度1B1采样点密度/(点·km−2)50.735
    A2地质条件0.30B2构造变形强度0.80.240
    0.20B3构造应力/MPa400.200
    0.30B4岩体规模与热作用强度0.70.210
    0.20B5岩体侵位深度/km70.143
    A3矿产条件0.20B6基础指标Vdaf/%2.20.177
    0.20Rmax/%8.00.159
    0.20B7精确指标d002/nm0.33620.172
    0.20G0.80.160
    0.20R20.3790.170
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-28
  • 修回日期:  2023-02-20
  • 录用日期:  2023-04-25
  • 刊出日期:  2023-04-25
  • 网络出版日期:  2023-04-15

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