河南省桐柏縣大河石墨礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律分析

張志娜，張春燕，歐長(zhǎng)可，李隨領(lǐng)，王 旭

（1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州450016）

河南省石墨礦資源豐富，人均占有量高于全國(guó)平均水平，長(zhǎng)期以來(lái)，石墨一直是我國(guó)非金屬優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)之一，開展石墨礦成礦規(guī)律研究，指導(dǎo)找礦評(píng)價(jià)，可以有效地指導(dǎo)該區(qū)的石墨礦特別是覆蓋區(qū)和中深部石墨礦找礦工作，實(shí)現(xiàn)該區(qū)石墨礦找礦的新突破。大河石墨礦區(qū)位于北秦嶺褶皺帶寨根—彭家寨地背褶皺束，國(guó)家重點(diǎn)成礦帶武當(dāng)—桐柏—大別成礦帶桐柏段，資源儲(chǔ)量較大，伴生有益成分較多，進(jìn)行成礦規(guī)律分析，對(duì)指導(dǎo)找礦、增加石墨礦石資源儲(chǔ)量具有理論和實(shí)際價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)

大河石墨礦在區(qū)域構(gòu)造上處于秦嶺造山帶東段核部，該帶是由多個(gè)形成于不同構(gòu)造環(huán)境、有著各自獨(dú)立的建造特征、變形變質(zhì)特征和構(gòu)造演化序列的構(gòu)造地層—地體，經(jīng)多次聚合、拼貼、變形、變質(zhì)并焊結(jié)為一體的復(fù)雜構(gòu)造帶。區(qū)域上以欒川—明港韌性剪切帶（羊明斷裂）和西官莊—松扒韌性剪切帶（龜梅斷裂）為界，北部為華北地臺(tái)南緣褶皺帶，中部為北秦嶺褶皺帶，南部為南秦嶺褶皺帶。

區(qū)域上巖漿巖發(fā)育。巖漿巖的侵入與區(qū)域性深大斷裂帶關(guān)系密切，巖體（脈）多呈帶狀分布。區(qū)域上變質(zhì)作用普遍，以區(qū)域變質(zhì)作用為主。礦產(chǎn)資源豐富，多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和頻繁的巖漿熱液活動(dòng)，為區(qū)域礦床的形成提供了熱動(dòng)力條件和部分礦物質(zhì)。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層由老到新為古元古界秦嶺巖群，中元古界龜山巖組，新元古界肖家廟巖組和歪頭山巖組，下古生界二郎坪巖群大栗樹巖組、張家大莊巖組和劉山巖組，上古生界南灣組和蔡家凹巖組，新生界古近系和第四系。區(qū)域基本構(gòu)造格架表現(xiàn)為透鏡狀弱應(yīng)變域和線狀強(qiáng)應(yīng)變帶的相間排列，而線狀強(qiáng)應(yīng)變帶控制了區(qū)域構(gòu)造格架的展布（見圖1）。

3 礦床地質(zhì)

礦區(qū)先后發(fā)現(xiàn)石墨礦脈2條，圈出石墨礦體5條（圖2）。主要賦存在古元古界秦嶺巖群雁嶺溝組的大理巖中。

3.1 礦體

區(qū)內(nèi)礦體K4-1、K4-2、K4-3分布在礦區(qū)西部，K5-1、K5-2礦體分布在礦區(qū)東部；其中K4-2、K4-3、K5-1、K5-2為隱伏礦體。

K4-1礦體位于礦區(qū)東部西莊一帶，賦存在古元古界秦嶺巖群雁嶺溝組的大理巖中，極少部分賦存于片麻巖中，礦體形態(tài)簡(jiǎn)單，呈層狀，地表連續(xù)性差，灰白色，粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要礦物為方解石、石英，石墨及極少量磁黃鐵礦（見圖3-1）；K4-2為隱伏晶質(zhì)石墨礦體，位于主礦體K4-1上部，賦存于大理巖層內(nèi)，緩傾斜產(chǎn)出，由鉆孔單工程控制。據(jù)見礦鉆孔資料，礦石固定碳品位在2.87%～4.86%之間，礦體長(zhǎng)150m，傾向延伸100m，厚3.78m，固定碳平均品位C：3.84%。整體產(chǎn)狀53°∠22°。礦體賦存標(biāo)高157～193m，埋深52.00～77.00m。

3.2 礦石

根據(jù)巖礦鑒定及野外觀察，石墨礦中共發(fā)現(xiàn)礦物12種，其中金屬礦物5種，主要有黃鐵礦、褐鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦。非金屬礦物7種，主要為石墨、方解石、白云石、透輝石、石英、絹云母、綠簾石。

礦區(qū)石墨礦石類型主要為含石墨大理巖，本次對(duì)石墨礦進(jìn)行了化學(xué)全分析，根據(jù)礦石化學(xué)全分析結(jié)果，石墨礦石化學(xué)成分見表1。

石墨礦石結(jié)構(gòu)為鱗片結(jié)構(gòu)、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、自形半自形結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)，局部構(gòu)造強(qiáng)烈地段為碎裂結(jié)構(gòu)。

（1）包含結(jié)構(gòu)：礦石中可見石墨層間包裹脈石礦物等，構(gòu)成包含結(jié)構(gòu)。

（2）交代結(jié)構(gòu)：礦石中可見褐鐵礦交代黃鐵礦，構(gòu)成交代結(jié)構(gòu)。

（3）自形—半自形結(jié)構(gòu)：礦石中部分石墨等礦物結(jié)晶較好，晶形完整，構(gòu)成自形—半自形結(jié)構(gòu)。

（4）他形粒狀結(jié)構(gòu)：礦石中部分石墨等礦物晶形較差，呈他形粒狀結(jié)構(gòu)。

礦石的構(gòu)造分為片狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造。

3.3 礦石類型

（1）自然類型。石墨根據(jù)礦石原巖性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物共生組合、有用組分含量差異等特征，礦體K4-1、K4-2、K4-3、K5-1、K5-2礦石自然類型為含石墨大理巖礦石和片麻巖型礦石。

（2）工業(yè)類型。按照《玻璃硅質(zhì)原料、飾面石材、石膏、溫石棉、硅灰石、滑石、石墨礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》中對(duì)晶質(zhì)石墨礦床的劃分標(biāo)準(zhǔn)，礦區(qū)K4-1、K4-2、K4-3、K5-1、K5-2為晶質(zhì)石墨礦。

3.4 礦石品級(jí)

石墨礦市場(chǎng)需求大，用途廣，石墨礦品位大于等于3%即為工業(yè)礦石?；痉治鼋Y(jié)果顯示，礦區(qū)K4-2、K4-3、K5-2礦體中晶質(zhì)石墨礦品位整體在3%～8.16%之間，均在3%以上，K5-1中，ZK3332單孔圈定出一個(gè)低品位塊段；K4-1礦體中ZK3203固定碳品位為2.60%，沿該孔走向和傾向固定碳品位均在3%以上，無(wú)法單獨(dú)圈出低品位礦體，故在礦體連接中，均圈為工業(yè)礦體。

表1 石墨礦礦石化學(xué)成分一覽表[單位：ω（B）/%]

續(xù)表1 石墨礦礦石化學(xué)成分一覽表[單位：ω（B）/%]

3.5 礦體圍巖及夾石

圍巖的種類主要為大理巖、少量為斜長(zhǎng)角閃片麻巖。

石墨礦體圍巖蝕變，主要表現(xiàn)為沿礦體兩側(cè)的大理巖矽卡巖化，蝕變圍巖的顏色為灰白色，蝕變厚度一般2～3m，具線狀蝕變和分帶現(xiàn)象。蝕變強(qiáng)度與礦體距離遠(yuǎn)近有關(guān)，近礦圍巖蝕變較強(qiáng)，向兩邊迅速減弱至無(wú)；蝕變強(qiáng)度與所在礦體厚度亦有關(guān)，礦體厚度大，圍巖蝕變相對(duì)就強(qiáng)。

4 成礦規(guī)律

4.1 空間分布特征

河南省石墨礦床(點(diǎn))廣泛分布于豫西、豫西南和豫北等地區(qū)，依據(jù)礦床的分布特征，大致可以分為3個(gè)石墨礦(化)帶，即靈寶小秦嶺石墨礦帶、盧氏朱陽(yáng)關(guān)—鎮(zhèn)平柳泉鋪石墨礦帶和魯山石墨礦帶。草帽嶺石墨礦就屬于朱陽(yáng)關(guān)—柳泉鋪石墨礦帶延伸到桐柏地區(qū)的部分。根據(jù)《河南省主要礦產(chǎn)的成礦作用及礦床成礦系列》[4]（2000），本區(qū)石墨礦成礦屬于北秦嶺桑坪、隱山與元古宙變質(zhì)作用有關(guān)的紅柱石、藍(lán)晶石、夕線石、石墨礦床成礦系列。

該石墨礦帶在秦嶺褶皺帶朱陽(yáng)關(guān)—夏館—大河大斷裂帶兩側(cè)，呈北西西—南東東向展布，分布面積較廣，礦帶總長(zhǎng)130km以上，南北寬4～8km，石墨礦化較好，目前已發(fā)現(xiàn)礦床(點(diǎn))80余處，主要分布在西峽、內(nèi)鄉(xiāng)、鎮(zhèn)平等縣境內(nèi)。

本區(qū)的石墨礦特征如下：

（1）秦嶺群雁嶺溝組賦礦地層分布嚴(yán)格受北西向構(gòu)造控制，本區(qū)處于大河韌性剪切帶和劉山巖破碎帶之間，地層產(chǎn)狀基本與構(gòu)造一致，礦體順層產(chǎn)出。

（2）石墨礦的分布嚴(yán)格受地層控制。

（3）礦體順層產(chǎn)出，呈似層狀、透鏡狀，并且見多層石墨礦。

（4）礦體位置與激電異常位置較吻合，在極化率值大于6%的位置，一般都能見到石墨礦化。

（5）石墨礦體圍巖蝕變，主要表現(xiàn)為沿礦體兩側(cè)的大理巖矽卡巖化，蝕變強(qiáng)度與礦體距離距離有關(guān)，近礦圍巖蝕變較強(qiáng)，向兩邊迅速減弱至無(wú)；蝕變強(qiáng)度與所在礦體厚度亦有關(guān)。

4.2 時(shí)空分布

古元古界的秦嶺群是華北陸塊南緣裂解的產(chǎn)物，也是大陸邊緣裂陷的產(chǎn)物，形成于古元古代。賦礦巖系秦嶺群雁嶺溝組的含碳、富鋁的碎屑巖—鈣泥質(zhì)巖—碳酸巖鹽建造，在總體變質(zhì)程度較高的中壓高角閃石相和麻粒巖相條件下形成石墨礦等沉積變質(zhì)型礦產(chǎn)。

4.3 成礦控制因素

成礦亞系列礦床為變質(zhì)礦床，故控礦因素主要為原巖建造的性質(zhì)及變質(zhì)溫度、壓力條件。

4.4 礦床成因

區(qū)域上的石墨礦產(chǎn)于秦嶺群雁嶺溝組含碳變泥質(zhì)碎屑巖—碳酸鹽巖中，其成礦物質(zhì)來(lái)源于巖石中的有機(jī)碳，主要經(jīng)中壓高角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用形成。石墨形成之后，受巖漿作用影響，使細(xì)晶石墨再結(jié)晶形成部分較大片度的石墨鱗片。總體講，其成因應(yīng)屬沉積變質(zhì)礦床（見圖3）。

4.5 成礦規(guī)律

區(qū)內(nèi)的石墨礦產(chǎn)主要分布于北西向的大河韌性剪切帶和劉山巖破碎帶之間，沿該構(gòu)造帶進(jìn)一步勘查是總體方向；雁嶺溝組地層是賦礦地層，是尋找石墨礦基礎(chǔ)，尤其是大理巖巖性段找礦潛力更大；石墨礦的分布在走向上的分布較穩(wěn)定，因此，在已知礦體走向方向上延拓?cái)U(kuò)展也是尋找石墨礦的有利地段；石墨礦具有典型低阻高極化的物性特征，因此，進(jìn)一步開展物探激電工作，圈定找礦靶區(qū)，在物探激電異常處是尋找石墨礦的重點(diǎn)部位；已知礦體的深部由于前期控制深度較小，其深部延伸位置也是很好的找礦地段。

5 結(jié)論

（1）該區(qū)石墨礦床的形成受地層、構(gòu)造、巖漿巖控制，賦礦地層主要為秦嶺巖群雁嶺溝組（Pt1y），其中含石墨大理巖與片麻巖交互出現(xiàn)的巖性組合中，局部矽卡巖化較強(qiáng)烈地段為成礦有利部位。

（2）區(qū)內(nèi)的石墨礦產(chǎn)總體受區(qū)域構(gòu)造控制，區(qū)域性朱陽(yáng)關(guān)—夏館—大河深斷裂與區(qū)內(nèi)脆、韌性剪切帶的疊加部位是成礦的有利地帶，主要分布于北西向的大河韌性剪切帶和劉山巖擠壓破碎帶之間。

（3）物探激電工作在區(qū)內(nèi)石墨礦找礦工作中效果較好，成礦元素物探激電異常可作為石墨礦的找礦標(biāo)志。

（4）礦區(qū)石墨礦石類型主要為含石墨大理巖，礦床類型屬沉積變質(zhì)型；含礦巖石建造和變質(zhì)作用的壓力和溫度是區(qū)內(nèi)石墨礦的2個(gè)重要控礦因素。秦嶺群雁嶺溝組的原巖為一套淺海相含炭碎屑巖—鈣泥質(zhì)巖—碳酸鹽巖建造，夾基性火山巖；其中的含炭鈣泥質(zhì)巖或含炭泥灰?guī)r原巖是主要成礦基礎(chǔ)。成礦變質(zhì)作用主要屬中壓型高角閃巖相，推測(cè)其形成溫度為600℃～700℃，壓力為（2～8）×108Pa。

（5）區(qū)內(nèi)石墨礦的找礦方向主要為成礦構(gòu)造帶、賦礦地層與巖性、已知礦體的走向延拓與深部延伸和物探激電異常靶區(qū)。