陜西省丹鳳縣庾家河石墨礦地質(zhì)特征及成因淺析

崔海洲，王菊嬋，馬 曄

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)，陜西 西安710024)

石墨被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，耐火材料行業(yè)、鎂碳磚、鋼鐵、石油、化工、機(jī)械、輕工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。隨著高新技術(shù)的發(fā)展、新材料產(chǎn)業(yè)將成為石墨產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，高性能石墨導(dǎo)電材料、密封材料、環(huán)保材料、熱交換材料、石墨烯等新興材料以及制品產(chǎn)業(yè)將會(huì)得到快速發(fā)展。為要滿足這些領(lǐng)域和行業(yè)的需求，我們必須加大石墨礦的找礦力度［1］。對(duì)庾家河石墨礦的地質(zhì)特征全面分析，總結(jié)其控礦因素、成礦規(guī)律和成因，對(duì)指導(dǎo)在秦嶺地區(qū)尋找同類礦床有重大指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)處于秦嶺緯向構(gòu)造帶北亞帶之南緣，商—丹區(qū)域性斷裂以北，居于分水嶺和蔡川兩條大斷裂之間，地層區(qū)劃屬太白—商縣分區(qū)。

區(qū)域地層主要為下元古界秦嶺群(Pt1qn)，為一套以陸源含炭硅泥質(zhì)碎屑巖為主，夾中基性火山巖、碳酸鹽巖的沉積建造，變質(zhì)建造為黑云斜長(zhǎng)片麻巖—變粒巖—大理巖建造，變質(zhì)相為低角閃巖相—高角閃巖相，中高溫中低壓變質(zhì)相系。

區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育、構(gòu)造線大致呈NWW—SEE向展布。秦嶺群在區(qū)域上組成一向南東東傾伏的巨型復(fù)式背斜構(gòu)造(巒莊復(fù)背斜)，除礦區(qū)北部的蔡川大斷裂帶外，還發(fā)育多條內(nèi)北東東向和近東西向壓性逆斷裂及次級(jí)小斷裂。

區(qū)內(nèi)巖漿巖廣泛分布秦嶺群變質(zhì)地層中，以加里東期的片麻狀黑云母混合花崗巖為主。巖體大小不一形態(tài)復(fù)雜，常呈脈狀、巖株?duì)?、巖床狀或不規(guī)則狀侵入地層，展布方向與地層、構(gòu)造線方向一致，較大的有黃柏岔巖體、太子廟巖體和石門巖體等。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)位于楊斜—巒莊復(fù)式背斜構(gòu)造帶中部，出露地層主要為下元古界秦嶺群第二巖性段(Pt1qn2－3)，以及少量第四系(Q)，由老到新分述如下:

1)第二巖性段(Pt1qn2)

主要分布于十里吊背斜，白家莊背斜的軸部及兩翼，最大厚度1 981.5 m。主要由一套變質(zhì)碳酸鹽巖石組成，間夾片麻巖、硅線石片麻巖、石墨大理巖及粒巖、石英片巖等碎屑巖。按照巖石組合特點(diǎn)，以較穩(wěn)定的四個(gè)含礦層為標(biāo)志層，劃分為A—I九個(gè)巖性層，表現(xiàn)為五個(gè)較大沉積韻律。各段之間均為整合接觸。礦區(qū)內(nèi)僅出露A—E層，敘述如下:

A巖層:大理巖層(Pt1qn2a)

分布于清水溝腦—王家溝一帶，由灰白—白色中厚層狀大理巖、白云石大理巖夾透輝條帶大理巖、鎂橄欖石大理巖組成，局部夾有石墨大理巖透鏡體。出露厚度20.2～280.4 m。

B巖層:石墨片麻巖及石墨大理巖層(Pt1qn2b)

分布于清水溝腦—王家溝一帶，為主要含礦層，區(qū)內(nèi)Ⅰ號(hào)石墨礦帶的賦存層位。主要由石榴石硅線石鉀長(zhǎng)片麻巖、石榴石硅線石片巖、含石墨片(麻)巖、石墨大理巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石墨長(zhǎng)英粒巖等組成。走向局部被巖體切截，總體連續(xù)，該巖層出露厚度 1.0～112.5 m。

C巖層:大理巖層(Pt1

測(cè)區(qū)內(nèi)廣泛分布，巖性主要為由灰白—白色厚—中厚層狀大理巖、白云石大理巖、透輝石條帶大理巖夾鎂橄欖石大理巖、含石墨大理巖、含石墨石英大理巖、石墨石英片巖薄層及斜長(zhǎng)角閃巖等，厚 71.6～483.3 m。

D巖層:石墨長(zhǎng)英粒巖、石墨大理巖、石榴石硅線石片麻巖層(Pt1)

分布于小黃柏岔、清水溝腦一帶，為主要含礦層，區(qū)內(nèi)Ⅲ號(hào)石墨礦帶(體)的賦存層位。主要巖性為石榴石硅線石斜長(zhǎng)片麻巖、硅線石石榴石片巖，上部為石墨大理巖、石墨長(zhǎng)英粒巖、石墨石英片巖等，走向上不穩(wěn)定，出露厚度2.62～47.5 m。

E巖層:大理巖夾石墨大理巖、硅線石片麻巖層(Pt1)以中厚—厚層狀白云石大理巖，大理巖為主，夾含石墨大理巖、含石墨蝕變透輝石大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖和石墨含礦層，原資料根據(jù)大西溝—蔡凹一帶的石墨、硅線石含礦層，將該層分為三個(gè)亞段，本區(qū)未進(jìn)行細(xì)分。

(2)第四系(Q):分布于測(cè)區(qū)內(nèi)的河床、河漫灘、溝谷等處，由礫石、砂、粉砂、亞砂土、亞粘土組成，厚度2.5～8 m。

2.2 巖漿巖

測(cè)區(qū)內(nèi)混合花崗巖(hγ3)分布廣泛，巖體大小不一，形態(tài)復(fù)雜，多以順層或沿背斜軸部大片侵入為主，常呈脈狀、巖株?duì)?、巖床狀或不規(guī)則狀侵入地層，展布方向與地層、構(gòu)造線方向一致，約為290°～110°。區(qū)域上較大的有黃柏岔巖體和太子廟巖體，礦區(qū)位于兩個(gè)巖體之間。由于混合花崗巖體的侵入和穿插，破壞了地層、構(gòu)造、含礦層的完整性，使其僅以殘留體的形式存在于巖體之中。

2.3 構(gòu)造

1)褶皺構(gòu)造

礦區(qū)位于秦嶺群巒莊復(fù)式背斜構(gòu)造—十里吊背斜的東延伸部位，主要表現(xiàn)為北北東傾的單斜構(gòu)造，局部南傾或倒轉(zhuǎn);其軸向275°～285°，向東傾伏，傾伏角約20°。兩翼地層產(chǎn)狀較陡，北翼一般產(chǎn)狀 10°～30°∠45°～70°，南翼一般產(chǎn)狀190°～220°∠40°～70°。背斜核部由 Pt1qn2a大理巖組成。北翼被商縣—高躍斷裂(F1)所切造成地層缺失。

2)斷裂構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜，除礦區(qū)北部的蔡川大斷裂帶外，還發(fā)育多條內(nèi)北東東向和近東西向壓性逆斷裂及次級(jí)小斷裂。工作區(qū)內(nèi)主要有兩條主干斷裂F3、F13，呈近北西西—南東東向橫貫工作區(qū)，分述如下。

F3斷裂:分布在工作區(qū)西部，位于虎狼溝—十里吊一帶，全長(zhǎng)5公里以上，總體走向約280°，呈舒緩波狀，傾向不定，傾向北，傾角52°～80°。結(jié)構(gòu)面緊閉，有時(shí)可見數(shù)十米寬的擠壓帶，通過混合花崗巖，大理巖時(shí)常見構(gòu)造角礫巖、擠壓透鏡體和粉末狀破碎物，當(dāng)通過片麻巖時(shí)常見擠壓片理帶。

F13斷裂:位于F3北部，近于平行，通過王家溝—十里吊一線，全長(zhǎng)1.5 km以上，走向約274°，陡傾、傾向時(shí)南時(shí)北，傾角在68°以上。北盤上升約400 m，使測(cè)區(qū)東部十里吊背斜南翼Pt1q以上地層缺失。顯先壓扭—后張扭活動(dòng)特征。壓扭期表現(xiàn)為一系列擠壓面、構(gòu)造透鏡體、碳質(zhì)片巖的分布和混合花崗巖脈的粉末化的形成;張扭期表現(xiàn)為斷裂帶中大小不等雜亂分布的構(gòu)造角礫。

2.4 變質(zhì)作用及變質(zhì)巖

本區(qū)變質(zhì)作用主要為區(qū)域變質(zhì)作用，形成的變質(zhì)巖類型主要有大理巖、片麻巖、粒巖、片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖等，大理巖類是組成秦嶺群第二巖性段的主要巖石，占80%以上［2］。

本區(qū)變質(zhì)巖可分為兩大類:大理巖、白云石大理巖類;片巖、片麻巖、粒巖、石英巖等。經(jīng)巖石化學(xué)全分析和尼格里數(shù)值特征計(jì)算，恢復(fù)原巖:前者為石灰?guī)r、白云巖，富鈣、鎂，貧鉀，形成于深海及濱海環(huán)境，厚大形成環(huán)境穩(wěn)定。后者富硅、鋁、鐵，鉀大于鈉，以粘土質(zhì)沉積巖，砂質(zhì)粘土質(zhì)沉積巖為主，形成于淺海環(huán)境有機(jī)質(zhì)，僅以夾層出現(xiàn)形成于海退層序。經(jīng)中深區(qū)域變質(zhì)作用，前者形成各種大理巖、白云石大理巖，后者形成各種片巖、片麻巖、粒巖、石英巖。因此本區(qū)是一套典型的付變質(zhì)巖共生組合。

依據(jù)巖石中硅線石、十字石、鐵鋁榴石、鎂橄欖石、透輝石、白云石、黑云母、斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石的普遍出現(xiàn)可認(rèn)為本區(qū)變質(zhì)巖主要屬中壓型鐵鋁榴石角閃巖相。

3 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)石墨礦化帶二條，分別位于背斜構(gòu)造的兩翼，其中Ⅰ號(hào)帶位于背斜北翼，Ⅲ號(hào)帶位于背斜南翼，2條礦帶各發(fā)現(xiàn)礦體3條。主要產(chǎn)于秦嶺群第二巖性段(Pt1qn2)的石墨大理巖中、含石墨片(麻)巖、石榴石硅線石片巖、石榴石硅線石鉀長(zhǎng)片麻巖，區(qū)內(nèi)礦體走向基本一致，總體走向近北西西—南東東，Ⅰ號(hào)帶內(nèi)各礦體近南傾，Ⅲ號(hào)帶礦體近北傾，傾角均為中等偏陡，礦體層狀—似層狀，厚度變化較穩(wěn)定，品位分布均勻(見圖1)。

Ⅰ －1、Ⅰ－2、Ⅲ－2、Ⅲ－3號(hào)礦體均為大理巖型和片麻巖型石墨混合型礦體，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)于秦嶺群第二巖性段B巖層(Pt1qn2b)之中。Ⅰ－2、Ⅲ －2、Ⅲ －3號(hào)礦體上、下盤巖性為大理巖、含石墨大理巖，局部為花崗巖。Ⅰ－1號(hào)礦體下盤巖性為混合花崗巖。

Ⅰ－3號(hào)礦體為大理巖型石墨礦體，呈層狀產(chǎn)于秦嶺群第二巖性段B巖層(Pt1q)之中，上、下盤巖性為大理巖。

Ⅲ－1號(hào)礦體為片麻巖型石墨礦體，呈層狀產(chǎn)于秦嶺群第二巖性段D巖層(Pt1q)之中，上盤為大理巖、下盤巖性主要為花崗巖。

綜上所述，礦體受背斜構(gòu)造和地層控制，成礦與花崗巖也有密切關(guān)系，應(yīng)是變質(zhì)和熱接觸變質(zhì)共同作用的結(jié)果。

圖1 礦體厚度和品位分布圖

4 礦石質(zhì)量

4.1 礦石類型

礦石自然類型主要?jiǎng)澐譃榇罄韼r型石墨礦石和粒巖型—片麻巖型(多為過渡類型)石墨礦石兩種。根據(jù)礦石中石墨多呈自形—半自形及它形鱗片狀，石墨晶體長(zhǎng)軸片度0.1～1 mm者大于90%，確定其工業(yè)類型為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦石。

4.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)有自形—半自形及它形鱗片變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為疊層狀、浸染狀、片狀和片麻狀構(gòu)造(見圖2)。

圖2 礦石顯微照片

4.3 礦石礦物成分

大理巖型石墨礦石具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。礦物成分為方解石75%，水云母、滑石、綠泥石12%，石墨3% ～7%，石英5%，透輝石1%。石墨呈黑色不透明片狀，反射光下為亮鉛灰色，大部分片徑(長(zhǎng))0.08 ～0.80 mm，(寬)0.01 ～0.10 mm，呈斑點(diǎn)狀集中、不均勻分布方解石間(見圖3)。

片(麻)巖—粒巖型石墨礦石具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)。礦物成分為石英60%，石墨10% ～15%，鐵質(zhì)(褐鐵礦)15%，滑石、綠泥石(均為蝕變產(chǎn)物)10%。石墨呈黑色不透明片狀，反射光下為亮鉛灰色，大部分片徑(長(zhǎng))0.06～0.64 mm，(寬)0.01～0.14 mm，長(zhǎng)軸半定向分布石英、長(zhǎng)石間，石英透鏡體中不含石墨。此外，局部可見石墨較集中呈斑點(diǎn)狀分布(見圖4)。

圖3 礦石顯微照片

圖4 礦石顯微照片

5 礦床成因淺析

經(jīng)巖石化學(xué)全分析和尼格里數(shù)值特征計(jì)算，恢復(fù)礦區(qū)原巖為一套富含有機(jī)質(zhì)的濱淺海沉積巖，為礦源層。該套含礦母巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用后形成了石墨大理巖、石墨片麻巖、石墨長(zhǎng)英粒巖、石榴石硅線石片麻巖。伴隨著區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)生的了較強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)［3］，為成礦提供了熱源和動(dòng)力。

工作區(qū)賦礦地層為秦嶺群第二巖性段(Pt1qn2)的石墨大理巖、含石墨片(麻)巖，礦體近順層產(chǎn)于背斜兩翼，斷層中未見明顯礦化，可見礦體主要受背斜構(gòu)造和地層控制，與斷層關(guān)系不大。

依據(jù)巖石中硅線石、十字石、鐵鋁榴石、鎂橄欖石、透輝石、白云石、黑云母、斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石的普遍出現(xiàn)可認(rèn)為本區(qū)變質(zhì)巖主要屬高溫中壓型鐵鋁榴石角閃巖相。

6 結(jié)語

(1)礦體受背斜構(gòu)造和地層控制，成礦與花崗巖也有密切關(guān)系，應(yīng)是變質(zhì)和熱接觸變質(zhì)共同作用的結(jié)果。

(2)礦石結(jié)構(gòu)有自形—半自形及它形鱗片變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為疊層狀、浸染狀、片狀和片麻狀構(gòu)造。

(3)該石墨礦床是海相沉積巖中的有機(jī)質(zhì)在高溫區(qū)域變質(zhì)和接觸變質(zhì)作用下，發(fā)生重結(jié)晶并重新聚集，形成順層分布的石墨礦體。

［1］陳剛，李鳳鳴，彭湘萍.新疆玉泉山石墨礦床地質(zhì)特征及成因探討［J］.新疆地質(zhì).2009，27(4):325－329.

［2］王鳳茹，薛基強(qiáng).河南省魯山縣背孜晶質(zhì)石墨礦地質(zhì)特征及成因淺析［J］.礦產(chǎn)勘查.2010.1(3):248 －253.

［3］保廣普，拜永山，付軍，等.東昆侖地區(qū)石墨礦地質(zhì)特征及找礦前景初探［J］.青海大學(xué)報(bào).2013，31(5):74 －78.