河南雁嶺石墨礦床地質(zhì)特征與外圍找礦方向

喻廣軍，陳海濤，余悅發(fā)，王 濤，胡 偉

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

0 引言

雁嶺石墨礦床位于河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣，是通過實施河南省財政地質(zhì)勘查項目新發(fā)現(xiàn)的一處中型晶質(zhì)石墨礦床。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5條石墨礦帶，從中圈出7個石墨礦體。區(qū)內(nèi)石墨礦主要賦存在秦嶺群雁嶺溝組的片麻巖中，含礦巖層產(chǎn)出特征較為復(fù)雜。

本文對雁嶺石墨礦床地質(zhì)特征、控礦因素及找礦標(biāo)志等方面進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合區(qū)域上晶質(zhì)石墨礦床的野外勘查和前人研究成果，綜合分析研究了礦床成礦模式、礦床成因和外圍找礦方向，為今后北秦嶺褶皺帶石墨礦找礦工作提供一定的借鑒。

1 區(qū)域成礦背景

河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣雁嶺石墨礦床位于秦嶺造山帶東段北秦嶺造山帶秦嶺變質(zhì)地體，朱陽關(guān)—夏館深大斷裂和西官莊—鎮(zhèn)平大斷裂的夾持部位，屬秦嶺褶皺系北秦嶺褶皺帶朱陽關(guān)—柳泉鋪石墨成礦帶[1-2]。朱陽關(guān)—夏館深大斷裂是二郎坪地質(zhì)體的南部界線斷裂，西官莊—鎮(zhèn)平大斷裂則是華北、揚(yáng)子兩陸塊的拼合界線斷裂，兩者平行且呈NW向展布。區(qū)域內(nèi)出露地層主要為古元古界秦嶺群變質(zhì)巖系[3]，地層產(chǎn)狀呈NW—SE展布。研究區(qū)位于華北及揚(yáng)子兩古陸塊之間活動構(gòu)造帶處，成礦前景較好。

通過資料綜合分析，研究區(qū)處于極其復(fù)雜的大地構(gòu)造位置(圖1)。其位于秦嶺褶皺系北秦嶺褶皺帶，受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈作用，區(qū)內(nèi)斷裂及褶皺發(fā)育。構(gòu)造線方向為NWW向，地層、構(gòu)造、巖漿巖帶、變質(zhì)相帶、混合巖帶和山脈走向皆呈NWW向帶狀展布。在秦嶺褶皺帶中，位于其東段北秦嶺構(gòu)造帶與南秦嶺構(gòu)造帶交接處，根據(jù)板塊構(gòu)造觀點，則是華北板塊與華南板塊最終碰撞的縫合帶。該區(qū)在漫長的地史演化過程中，經(jīng)受了長期而又強(qiáng)烈的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動及巖漿活動，導(dǎo)致不同深度和不同類型的巖石部分重熔、混合巖化作用及區(qū)域變質(zhì)作用，變質(zhì)程度達(dá)角閃巖相。秦嶺群地層以火山巖建造為主，各種大的斷裂構(gòu)造運(yùn)動使其形成線性褶皺，并發(fā)生強(qiáng)烈區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化作用。雁嶺溝組原為一套正常淺海環(huán)境下的碎屑巖-碳酸鹽巖夾火山巖組合，經(jīng)變質(zhì)作用形成大理巖類和片麻巖類等變質(zhì)巖組合，并形成變質(zhì)礦產(chǎn)——石墨。在變質(zhì)作用過程中，變質(zhì)熱液較為活躍，促進(jìn)了石墨礦物的富集，并使其片徑增大。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)主要出露古元古界秦嶺群雁嶺溝組和石槽溝組，呈NW—SE向展布，河床和溝谷中分布第四系[4](圖2)。

圖2 雁嶺石墨礦區(qū)域地質(zhì)圖

雁嶺溝組(Pt1y)：分布于礦區(qū)中部和東南部，呈條帶狀斜穿礦區(qū)，礦區(qū)內(nèi)出露面積較大。巖層總體走向NW—SE，傾向變化較大，局部出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，傾角多在40°～75°，局部地層近乎直立，厚1500～1650 m。該段地層主要巖性為細(xì)粒白云石大理巖(圖3a)，夾有斜長角閃片麻巖(圖3b)、斜長角閃片巖。石墨礦主要賦存于該段地層。

石槽溝組(Pt1s)：大面積出露于礦區(qū)中部。巖層總體走向為NW—SE，傾向25°～345°，傾角50°～70°，厚100～600 m。該段地層主要巖性為黑云斜長片麻巖、黑云二長片麻巖(圖3c)夾斜長角閃巖、透輝變礫巖、透輝大理巖、石榴矽線黑云斜長片麻巖。本區(qū)有一條石墨礦化帶出露于該段地層。

第四系(Q)：主要分布于河床、河漫灘沉積、殘破積物以及溝谷底部，以黏土、砂石、卵石、砂土層為主，有少量淤泥和砂質(zhì)黏土、耕地的砂質(zhì)黏土、黏土和腐殖土以及殘坡積碎石、黃土等，厚度一般小于10 m。

2.2 構(gòu)造特征

礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不甚發(fā)育，雁嶺溝組局部出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)及小型背斜、向斜構(gòu)造。礦區(qū)的基本構(gòu)造格局以單斜構(gòu)造為主體(圖4)。地層走向NWW—SEE，傾向345°～15°。礦區(qū)內(nèi)的斷裂較發(fā)育，斷裂近平行于地層，傾向10°～30°，寬4～20 m，為成礦前的斷裂。

圖4 雁嶺石墨礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖出露面積較小，主要出露于區(qū)內(nèi)東北部及西南部，呈脈狀侵入雁嶺溝組中?；◢弾r呈肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為鉀長石(55%～65%)、斜長石(10%～15%)、石英(20%～25%)、石榴子石(4%～6%)、黑云母(1%～5%)(圖3d)。

圖3 礦區(qū)巖石顯微照片

2.4 變質(zhì)作用

該區(qū)地處秦嶺變質(zhì)地區(qū)，以區(qū)域變質(zhì)作用為主，形成了一套中等變質(zhì)程度的變質(zhì)巖系。變質(zhì)巖石類型：①大理巖類：大理巖、白云石大理巖、含石墨大理巖等；②片(麻)巖類：黑云斜長角閃片巖、黑云角閃片巖、鉀長黑云片麻巖、石榴矽線片巖、斜長角閃片麻巖、石墨片巖等；③長英質(zhì)變粒巖、石英巖、長石石英巖等。秦嶺群雁嶺溝組含石墨地層，原為一套淺?！獮I海相的含炭質(zhì)的鈣質(zhì)沉積及泥沙質(zhì)沉積，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用使巖石中分散的炭質(zhì)集中結(jié)晶而形成石墨礦層。

2.5 圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)圍巖蝕變類型主要有黃鐵礦化、碳酸鹽化、硅化，另有少量的蛇紋石化、綠簾石化、絹云母化等。主要蝕變特征：

黃鐵礦化：在大理巖和片麻巖中均有分布。呈浸染狀均勻分布于巖石中，或呈細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀沿裂隙分布，脈體寬1～3 mm，團(tuán)塊直徑最達(dá)可達(dá)8 mm，他形—半自形晶。

碳酸鹽化：分布比較普遍，在各類巖石及構(gòu)造破碎帶均可見到。為方解石細(xì)脈或鈣質(zhì)膠結(jié)物，呈白色，斜交或順片理分布，寬1～10 mm。方解石以他形—半自形為主，細(xì)?！至?。

硅化：分布較普遍，以細(xì)脈狀或小透鏡狀、小團(tuán)塊狀分布在各類巖石中，順層或斜交地層層面，寬1～40 cm，呈白色、煙灰色，主要成分為石英。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)共圈出石墨礦體7條，主要賦存于古元古界秦嶺群雁嶺溝組的片麻巖中，自北向南編號分別為Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ。礦體呈脈狀、似層狀或大透鏡狀，沿傾向局部有分枝復(fù)合現(xiàn)象，總體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。代表性礦體有Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅶ號石墨礦體(圖5)[5]。

圖5 雁嶺礦區(qū)07勘查線剖面圖

Ⅰ1號石墨礦體：分布于礦區(qū)北部，礦體長約1026 m，沿傾向延深約330 m，賦存高程為95～561 m，埋深0～466 m，屬片麻巖型晶質(zhì)石墨礦(鱗片狀)，呈脈狀、似層狀，局部分枝復(fù)合。傾向NE12°～61°，傾角69°～81°，礦體厚1.20～25.42 m，平均厚7.02 m，厚度變化系數(shù)為25.14%。固定碳品位為2.31%～8.33%，平均品位為3.73%，品位變化系數(shù)為79.29%。

Ⅰ2號石墨礦體：分布于礦區(qū)北部，礦體長度約1088 m，沿傾向延深約330 m，賦存高程為35～556 m，埋深0～521 m，屬片麻巖型晶質(zhì)石墨礦(鱗片狀)，呈脈狀、似層狀，局部分枝復(fù)合。傾向NE20°～57°，傾角51°～76°，礦體厚0.76～7.10 m，平均厚3.27 m，厚度變化系數(shù)為14.67%。固定碳品位為2.00%～6.22%，平均品位3.53%，品位變化系數(shù)為77.44%。

Ⅶ號石墨礦體：分布于礦區(qū)西南角，礦體長度約660 m，沿傾向延深約330 m，賦存高程為68～470 m，埋深0～402 m，屬片麻巖型晶質(zhì)石墨礦(鱗片狀)，呈似層狀。傾向NE43°～70°，傾角66°～88°，礦體厚2.90～10.73 m，平均厚4.72 m，厚度變化系數(shù)為64.61%。固定碳品位為2.03%～13.56%，平均品位為7.26%，品位變化系數(shù)為48.57%。

3.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、鱗(葉)片變晶結(jié)構(gòu)，偶見包含結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造主要為片麻狀構(gòu)造，其次為浸染狀構(gòu)造。

3.3 礦石礦物成

依據(jù)野外調(diào)查及鏡下觀察，礦區(qū)片麻巖型礦石的礦物成分主要為石英(20%～60%)、鉀長石(6%～35%)、斜長石(5%～25%)、黑云母(6%～20%)和石墨(2%～15%)，其次含少量黃鐵礦(2%～3%)、綠泥石、透輝石等礦物。

主要礦物特征：

石墨：以單礦物形式賦存于礦石中，呈銀灰色，鱗片狀及次鱗片狀，石墨片徑較大，大部分平行片麻理方向出現(xiàn)。局部富集呈塊狀、團(tuán)塊、條帶、條紋狀分布。石墨鱗片質(zhì)軟，手摸有滑感，黑色污手，在局部構(gòu)造作用強(qiáng)烈地段，石墨鱗片受到破壞，粒徑變得很小。

斜長石：主要存在于斜長片麻巖型石墨礦中，呈板柱狀—細(xì)粒狀，普遍具高嶺石化，即斜長石被高嶺石交代，高嶺石化后呈白色，硬度小，形成由纖維隱晶狀高嶺石構(gòu)成的集合體。含量占比5%～25%。

黃鐵礦：主要見于深部鉆孔中，以浸染狀、細(xì)脈狀分布于裂隙中，星點狀分布于礦石內(nèi)。

3.4 礦石化學(xué)成分

本次對片麻巖型的晶質(zhì)石墨礦石進(jìn)行了化學(xué)全分析，根據(jù)礦石化學(xué)全分析來看，礦石化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、C、MgO、K2O、CaO。石墨礦石化學(xué)成分詳見表1。

表1 化學(xué)全分析結(jié)果

3.5 礦石類型

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，區(qū)內(nèi)石墨礦的自然類型主要為片(麻)巖型。

晶質(zhì)(鱗片狀)石墨的片度不同，其工業(yè)用途及經(jīng)濟(jì)價值相差較大。根據(jù)區(qū)域石墨片度鑒定結(jié)果，區(qū)內(nèi)石墨一般粒徑(d)為0.08～0.615 mm，根據(jù)區(qū)內(nèi)的40個石墨粒度分析結(jié)果，粒徑大于50目的石墨平均面積含量占比為64.35%；粒徑在+50目～+80目之間的石墨平均面積含量占比為4.99%；粒徑在+80目～+100目之間的石墨平均面積含量占比為18.91%；粒徑小于100目的石墨平均面積含量占比為9.51%。石墨粒度統(tǒng)計表見表2[6]。

3.6 礦體圍巖及夾石

礦體圍巖為各類斜長片麻巖、大理巖，固定碳含量一般小于1%，與礦體界線多數(shù)較清晰，少數(shù)固定碳含量較高，與礦體界線不清，呈漸變過渡關(guān)系，需要依靠化學(xué)分析結(jié)果確定。根據(jù)統(tǒng)計，圍巖各類斜長片麻巖所占比例約80%，大理巖約占20%。

礦體中的夾石呈薄層狀或透鏡狀，多在單工程中出現(xiàn)，分布較少，不具規(guī)模。夾石多為各類含石墨片麻巖，有少量大理巖、構(gòu)造角礫巖。夾石多與礦體界線不清，固定碳含量一般0～2.5%，其厚度一般小于10 m。

3.7 控礦因素

3.7.1 地層控礦

區(qū)域目前已發(fā)現(xiàn)的石墨礦床(點)幾乎全部產(chǎn)出于古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組(Pt1y)中，雁嶺溝巖組中的含石墨大理巖、含石墨片麻巖、含石墨石英片巖是石墨礦的主要含礦巖性。研究區(qū)石墨礦的控礦因素主要為原巖(建造)性質(zhì)和變質(zhì)作用，從原巖建造和沉積環(huán)境分析，雁嶺溝巖組為碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積建造，原巖巖性組合為白云巖、泥灰?guī)r和鈣質(zhì)砂巖、含碳的泥砂質(zhì)巖和灰?guī)r，夾長英質(zhì)和鐵鎂質(zhì)火山巖，原巖多含有泥質(zhì)和較高的鎂質(zhì)，反映其原始沉積環(huán)境雖相對碎屑巖穩(wěn)定，但仍較動蕩。綜合來看，雁嶺溝巖組中含碳原巖建造嚴(yán)格控制了調(diào)查區(qū)石墨礦的產(chǎn)出，是石墨礦形成的主要控礦因素之一。

3.7.2 構(gòu)造控礦

研究區(qū)石墨礦帶空間呈NWW向-SEE向帶狀，并與區(qū)域構(gòu)造方向一致。礦床所在的含礦巖系先后經(jīng)歷了多期的構(gòu)造熱運(yùn)動而發(fā)生變質(zhì)變形，導(dǎo)致含礦巖層產(chǎn)出特征比較復(fù)雜。但石墨礦體整體順層產(chǎn)出于雁嶺溝巖組中，反映與大的褶曲同步。

3.7.3 巖漿作用

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖出露面積較小，主要出露于區(qū)內(nèi)東北部及西南部，呈脈狀侵入雁嶺溝組中。由于本區(qū)后期巖漿的侵入引起圍巖溫度增高，有以硅化為主的混合巖化作用，致使石墨晶片隨脈石礦物顆粒增大過程中，亦再增大，并進(jìn)一步聚集，在巖體的外側(cè)接觸帶石墨鱗片較大，品位較高。

3.8 找礦標(biāo)志

地層標(biāo)志：區(qū)域上石墨礦主要產(chǎn)出于古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組(Pt1y)中，該地層是石墨礦的賦礦地層，對石墨礦成礦具有一定的成礦專屬性，是區(qū)域石墨礦找礦的地層標(biāo)志[7-8]。

礦物標(biāo)志：石墨礦是可見礦物，在野外由于污手而好識別。石墨礦礦石質(zhì)地松軟，容易形成負(fù)地形，并且負(fù)地形處植被發(fā)育，其土質(zhì)多為深黑色。在野外的原生露頭上，根據(jù)見到的石墨片晶大小和多少，一般就能做出是否可供工業(yè)利用的判斷。

4 礦床成因

該區(qū)地處秦嶺變質(zhì)地區(qū)，以區(qū)域變質(zhì)作用為主。含石墨巖系秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)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，有中酸性侵入巖，區(qū)內(nèi)石墨礦主要賦存于大理巖和片(麻)巖地層中，片麻巖系與大理巖系呈頻繁夾雜或交互出現(xiàn)，反映沉積環(huán)境為振蕩作用比較頻繁[9]。其原巖屬含炭鈣質(zhì)泥質(zhì)巖或含炭泥灰?guī)r，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用使巖石中分散的炭質(zhì)集中結(jié)晶，而形成石墨礦層，因此該區(qū)石墨礦受原巖巖性的控制十分明顯。

在雁嶺溝組大理巖、斜長角閃片麻巖和斜長角閃片巖的變質(zhì)礦物組合中出現(xiàn)特征的高溫矽線石、鐵鋁榴石、不純變碳酸鹽巖、高溫硅灰石、透輝石，據(jù)此判斷，其整體變質(zhì)相應(yīng)屬高角閃巖相，結(jié)合區(qū)域變質(zhì)情況，應(yīng)屬中壓相系，推測其形成溫度為600℃～700℃，壓力為2×108～8×108Pa[10-11]。在變質(zhì)作用過程中，變質(zhì)溫度和壓力為主要控礦因素，變質(zhì)熱液較為活躍，促進(jìn)了石墨礦物的重結(jié)晶富集，由于后期構(gòu)造作用和鉀化、硅化為主混合巖化作用，使石墨晶片隨脈石礦物顆粒增大過程中，亦再生增大，并進(jìn)一步遷移富集，最終形成晶質(zhì)石墨礦床[12-13]。

綜上，礦區(qū)含石墨巖系為經(jīng)變質(zhì)作用形成大理巖類和片麻巖類等變質(zhì)巖組合，原巖為一套正常淺海環(huán)境下的碎屑巖-碳酸鹽夾火山巖組合，反映出適宜微古生物繁殖活動及生長的淺海相沉積環(huán)境，這就為石墨礦的形成提供了一定數(shù)量的有機(jī)碳。礦區(qū)處于秦嶺古地槽的活動帶內(nèi)，經(jīng)歷了巖漿活動過程，產(chǎn)生廣泛的區(qū)域變質(zhì)作用，由于溫度壓力的持續(xù)作用，使原巖建造中不具工業(yè)價值的有機(jī)質(zhì)氣化或液化帶出，經(jīng)遷移在有利成礦的環(huán)境冷卻結(jié)晶，富集成有工業(yè)價值的石墨礦。其礦床成因?qū)儆趨^(qū)域變質(zhì)型石墨礦床。

5 外圍找礦方向

研究區(qū)位于秦嶺—大別山褶皺系北秦嶺朱陽關(guān)—柳泉鋪石墨成礦帶，石墨礦帶空間呈NWW向-SEE向帶狀展布，與區(qū)域構(gòu)造方向一致，石墨礦體賦存在古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組中，主要含礦巖性為含石墨斜長角閃片麻巖、含石墨斜長角閃片巖、石墨大理巖等。研究區(qū)的北部、東西兩側(cè)雁嶺溝巖組中已發(fā)現(xiàn)多個礦點，其中北部的前莊和西側(cè)的宋莊一帶已申請省財政地質(zhì)勘查項目獲批并取得了較好的找礦成果，顯示了良好的找礦前景，研究區(qū)外圍經(jīng)踏勘在礦區(qū)西北部的北山根及東側(cè)的符竹園一帶發(fā)現(xiàn)一些較有規(guī)模的石墨礦體，預(yù)測礦床規(guī)模可達(dá)大型，有一定的找礦前景，可作為下一步外圍找礦的工作方向[14-15]。

6 結(jié)論

1)研究區(qū)石墨礦帶主要沿NW-SE向展布，與區(qū)域構(gòu)造方向一致，礦體主要呈脈狀、似層狀或大透鏡狀整體順層產(chǎn)出于古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組中，礦體形態(tài)與大的褶曲形態(tài)相吻合。

2)研究區(qū)含石墨巖系原巖為一套正常淺海環(huán)境下的碎屑巖-碳酸鹽夾火山巖組合，經(jīng)變質(zhì)作用形成中壓變質(zhì)相的大理巖類和片麻巖類等變質(zhì)巖組合。其礦床成因類型屬于區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床。

3)區(qū)域上，秦嶺群雁嶺溝組地層具有明顯的石墨礦成礦專屬性，經(jīng)歷了多期次變質(zhì)作用、構(gòu)造改造及巖漿巖的侵入活動，巖石面貌非常復(fù)雜，原始沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造已被破壞殆盡，含礦巖層產(chǎn)出特征比較復(fù)雜，但是就目前發(fā)現(xiàn)的及圈定的石墨礦體的空間展布特征來看，基本上都產(chǎn)于該巖組。該地層內(nèi)石墨礦質(zhì)量較好，找礦標(biāo)志明顯，研究區(qū)外圍找礦潛力和開發(fā)前景較好。