区内石墨矿是由泥质岩、碎屑岩和碳酸盐岩建造经角闪岩相区域变质作用后形成的, 与变质作用伴生的变形作用使含石墨地层褶皱及含矿层重复出现。后期岩浆活动及构造运动造成基底出露不连续, 石墨矿主要呈近EW向或NE向带状分布在华北陆块北缘隆起带南部及北部。

南矿带分布于尚义— 赤城断裂北侧张北— 崇礼— 赤城一线, 含矿地层为红旗营子岩群太平庄岩组下部, 主要岩石类型为变粒岩、浅粒岩和大理岩, 夹片麻岩、角闪岩和石英岩等。通过开展激电中梯面积测量, 在张北县大柳沟— 五福堂一带发现1个呈NE向带状展布的大规模矿化区, 长约6 000 m, 平均宽约900 m。经钻探工程验证, 提交义哈德大型石墨矿产地1处。该矿产地含矿层厚约150 m。在TC04探槽中共圈出5层矿体, 平均品位3.94%; 在ZK401钻孔中见2层矿体, 总厚约61.91 m, 平均品位4.70%; 在ZK301钻孔中见3层矿体, 总厚约66.13 m, 平均品位5.57%。矿体顶板为蛇纹石化含石墨橄榄大理岩、透辉透闪大理岩和石英岩; 矿体底板为黑云(角闪)斜长变粒岩和角闪黑云斜长变粒岩。矿石类型为变粒岩型晶质鳞片状石墨, 由含石墨二长浅粒岩、石墨浅粒岩和石墨变粒岩组成。矿石中石墨片度> 100目者占石墨鳞片的65%。

北矿带分布于康保县中南部, 西段从三百顷、郝车倌向东经兰城子、闫油坊延伸至内蒙古伊胡赛和东井子地区。该矿带含矿地层为红旗营子岩群东井子岩组, 主要岩石类型为变粒岩和浅粒岩, 夹大理岩透镜体。矿体呈似层状、透镜状, 矿石类型为变粒岩型, 主要有石墨斜长变粒岩、褐铁矿化石墨斜长变粒岩、含石墨透辉二长变粒岩和含石墨透辉钾长变粒岩。受两面井复背斜和东井子复向斜控制, 含矿层褶皱重复出现, 又可分为6个亚带, 由南向北依次为:

(1)哈必嘎— 黄花脑包亚带。分布于板申图— 下白井勿素— 黄花脑包一带, 长约20 km, 宽约1.5 km, 地表被第四系覆盖。该带有多个低阻-高极化激电异常, 经钻孔验证, 异常多数由石墨化变质岩引起。

(2)三百顷— 大兰城亚带。分布于三百顷、后大兴德、大兰城一带, 长约9 700 m, 平均宽约2 300 m, 该带有多个低阻-高极化激电异常, 地表见石墨二长变粒岩和含石墨黑云二长变粒岩。在三百顷— 后大兴德一带发现5个石墨矿致异常, 单个异常长1 670~2 280 m。通过探槽及钻孔对其中3个异常进行验证, 见矿厚度分别为11.32 m、12.07 m和17.50 m, 固定碳平均含量为2.87%~3.20%。矿石中石墨片度> 100目者占石墨鳞片的68%。

(3)尹家营子— 万隆店亚带。长约6 000 m, 平均宽约660 m, 该矿带东部已发现万隆店大型石墨矿1处。矿区含石墨地层厚50~100 m, 共探明2个矿体, 控制长度分别为480 m和960 m, 最大延深均为860 m, 矿体厚3.01~78.67 m, 平均厚度分别为13.17 m和26.84 m, 平均品位分别为3.47%和3.64%。矿石中石墨片度> 100目者占石墨鳞片的95%。

(4)三义公司村— 赵植村亚带。长约2 500 m, 宽1~15 m, 带内分布黑云斜长变粒岩、褐铁矿化含石墨变粒岩和浅粒岩, 固定碳含量为2.00%~3.69%。

(5)郝车倌— 闫油坊村亚带。长约5 800 m, 宽1~36 m, 带内分布角闪黑云斜长变粒岩和褐铁矿化含石墨变粒岩。该带发现2个石墨矿致异常, 经探槽揭露, 地表见4层褐铁矿化含石墨变粒岩, 单层厚1~4 m, 固定碳含量为2.84%~5.0%, 最高含量为14.02%。

(6)郭油坊— 陈小铺亚带。长约6 200 m, 其中郭油坊村出露长约2 250 m, 宽30~120 m, 出露岩性为含石墨浅粒岩, 局部为褐铁矿化变粒岩, 目估品位≤ 1%。在陈小铺村北发现1个低阻-高极化异常, 经ZK19-2钻孔验证, 石墨含矿层厚约60 m, 圈出的2个石墨矿体厚度分别为5.04 m和17.92 m, 平均固定碳含量分别为4.83%和3.61%。矿石为含石墨黑云斜长变粒岩, 矿石中石墨片度> 100目者占石墨鳞片的75%。

含矿建造主要有太平庄岩组和东井子岩组。

(1)太平庄岩组(P t12t)。下部以黑云(角闪)斜长变粒岩、角闪黑云斜长变粒岩为主, 夹(含石墨、石榴石)黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、(石榴)斜长角闪岩、含石墨大理岩及条纹状浅粒岩和少许长石石英岩; 上部以角闪黑云斜长片麻岩为主, 夹角闪黑云斜长变粒岩、含黑云二长浅粒岩及斜长角闪岩等。太平庄岩组原岩为一套中、基性火山岩-砂岩、泥质岩-碳酸盐岩组合, 中、基性火山岩发育, 沉积岩以杂砂岩及粉砂岩为主, 反映岛弧及大陆边缘弧剧烈动荡的构造环境^[3]。

(2)东井子岩组(P t12d)。下部以二长浅粒岩为主, 夹黑云斜长变粒岩、含石墨黑云斜长变粒岩、含石墨浅粒岩; 上部以含石榴黑云二长变粒岩、黑云斜长变粒岩、含石墨黑云二长变粒岩、石墨二长变粒岩为主, 夹二长浅粒岩、石榴二长浅粒岩及大理岩透镜体; 顶部为含石墨大理岩夹透闪透辉大理岩。东井子岩组原岩为富铝黏土岩-砂岩及粉砂岩-碳酸盐岩组合, 与太平庄岩组相比, 东井子岩组火山活动微弱, 沉积岩中黏土质增多, 反映相对稳定的浅海陆棚沉积环境^[3]。

研究区主期区域变质作用主要发生于吕梁构造运动晚期(古元古代晚期), 变质含碳泥质砂岩类(含石墨石榴黑云斜长变粒岩)典型矿物组合为斜长石、石英、黑云母、石榴子石、石墨, 其中石墨呈鳞片状, 片径为0.1~0.5 mm。主期区域变质作用温度为530~680 ℃, 压力为0.3~0.7 GPa^[3], 变质相为角闪岩相, 变质带为十字石变质带, 属中温-中低温-中低压型角闪岩相。

研究区位于NEE向大型复式向形褶皱南翼, 发育次级束带状褶皱或褶皱束。褶皱是区内主要控矿构造, 复式同斜倒转褶皱造成含矿层重复出现, 含矿带受褶皱控制。成矿后的断裂或造成含矿层重叠, 矿体加厚, 或造成矿层错移, 矿体被破坏, 如义哈德石墨矿即受逆冲推覆断层破坏, 造成上、下盘矿体拉开距离较远, 目前找到的仅是上盘矿体。

伴随吕梁晚期构造运动, 该区发生了混合岩化作用, 以钾长花岗质混合岩化为特征。混合岩化较强地段多位于古元古代晚期变质钾长花岗岩周围、韧性剪切带、断裂带及其附近, 变质钾长花岗岩与断裂关系最密切。

研究区不同岩(矿)石的电性差异较大。含石墨岩石(变粒岩、浅粒岩、大理岩)的视极化率一般≥ 6%, 最高达23%, 视电阻率较低, 一般为20~350 Ω · m。红旗营子岩群不含石墨的变粒岩、浅粒岩、侏罗系火山沉积岩及侵入岩的视极化率一般< 2%, 视电阻率较高, 一般为100~1 500 Ω · m。

区内大部分地段视极化率为1.0%~1.5%, 且变化平缓, 构成该区背景场。当视极化率为2.5%~6.0%时, 指示存在多金属矿; 当视极化率≥ 6%时, 形成强激电异常, 这类异常一般规模较大, 形态较规则, 异常边界梯度大, 其展布与含石墨地层有关。在低阻(视电阻率≤ 350 Ω · m)-高极化(视极化率≥ 6%)情况下, 异常区往往与含石墨地层关系密切。