陜西勉縣廟坪石墨礦床地質(zhì)特征與成因初步探討

湯賀軍，張寶林，葉 榮，張國梁，張文斌

(1. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2. 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3. 陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二一四大隊(duì)，陜西漢中 723200)

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陜西勉縣廟坪石墨礦床地質(zhì)特征與成因初步探討

湯賀軍1,2，張寶林1，葉 榮2，張國梁1，張文斌3

(1. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2. 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3. 陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二一四大隊(duì)，陜西漢中 723200)

新發(fā)現(xiàn)的勉縣廟坪石墨礦床位于南秦嶺勉略縫合帶，目前已圈定11條以石墨礦化為主、并伴生釩、鉬、鈦的礦化帶，15條礦化體。該礦床賦存于志留系中統(tǒng)舟曲巖組上巖段炭質(zhì)板巖及粉砂巖中。本文在成礦地質(zhì)背景、礦床特征、鉆孔巖芯化學(xué)分析、礦石礦物賦存狀態(tài)及特征的研究基礎(chǔ)上，對礦床的成因進(jìn)行了初步的探討。研究表明，含礦巖性主要為含石墨黑云母變粒巖，其中伴生的釩與固定碳呈明顯的正相關(guān)，石墨中的碳質(zhì)來源為生物有機(jī)碳，礦床成因?yàn)槌练e變質(zhì)型礦床，具有層控后期熱液變質(zhì)的基本特征。

勉縣廟坪 石墨礦 地質(zhì)特征 礦床成因 陜西

Tang He-jun, Zhang Bao-lin, Ye Rong, Zhang Guo-liang, Zhang Wen-bin. Geological characteristics and genesis of the Miaoping graphite deposit in Mian county of Shaanxi Province[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(3):0534-0544.

0 引言

石墨是碳原子組成的自然元素礦物，俗名叫“黑鉛”，呈黑色、鋼灰色，半金屬光澤，不透明，易染手，有滑膩感，薄片具撓性，常呈鱗片狀或塊狀集合體出現(xiàn)。石墨通常產(chǎn)于變質(zhì)巖中，是煤或碳質(zhì)巖石(或沉積物)受區(qū)域變質(zhì)作用或巖漿侵入作用形成的。石墨用途十分廣泛，可制取耐火材料、導(dǎo)電材料、散熱材料、密封材料、隔熱材料、耐高溫材料和防輻射材料等(尹麗文，2011)。由于世界性的技術(shù)創(chuàng)新和突破，石墨在高精尖領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用，成為戰(zhàn)略性新材料。未來石墨烯(一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料)在智能手機(jī)、超高速寬帶、計(jì)算機(jī)芯片等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。燃料電池也是一種高效清潔能源，許多國家正努力研究開發(fā)使用清潔能源，以減少碳的排放，未來燃料電池對石墨的需求量是巨大的。

勉縣廟坪石墨礦位于陜西省南部、漢中盆地以北。2012年以來，陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二一四大隊(duì)對該礦區(qū)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)石墨礦化帶及伴生釩鉬鈦礦化信息。本文在對廟坪石墨礦成礦特征的研究基礎(chǔ)上，對其礦床成因進(jìn)行初步探討。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

勉縣廟坪石墨礦地處揚(yáng)子地臺北緣勉略縫合帶北端與南秦嶺加里東褶皺帶相毗鄰地區(qū)，處于白水江-白河褶皺束之中、尚家河-佛爺壩扇形復(fù)背斜南翼，屬紫柏山南側(cè)，光頭山系(圖1)。

秦嶺造山帶經(jīng)歷了元古宙古裂谷的形成與發(fā)展、新元古代晚期-中生代初期以現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制為特征的板塊構(gòu)造演化階段及中生代以來的陸內(nèi)造山三個(gè)重要演化過程，構(gòu)筑了現(xiàn)今華北、揚(yáng)子及其之間的秦嶺微地塊和分隔這些塊體的商丹、勉略縫合帶為主要格架的“三塊、兩縫”的構(gòu)造格局(Mattaueretal.，1985；Hsuetal.，1987；Mengetal.，2000；張國偉等，2001；Ratsehbaeheretal.，2003)。秦嶺造山帶經(jīng)歷了多次長期的地史發(fā)展演化過程，致使該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，變質(zhì)、變形強(qiáng)烈，成礦條件優(yōu)越，對石墨及金屬礦的空間分布具有重要的控制作用，使得區(qū)域上分布多時(shí)代的沉積變質(zhì)型石墨，構(gòu)成南秦嶺石墨礦成礦帶，如留壩縣青橋河石墨礦、佛坪縣唐灣石墨礦、城固縣板凳河石墨礦、洋縣鐵河石墨礦等(李明昌，1992；涂懷奎，1995)。新發(fā)現(xiàn)的勉縣廟坪石墨礦處于該成礦帶西段。

圖1 勉略地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)吳峰輝等，2009改編)Fig. 1 Geological sketch map of the Mianxian-Lüeyang area (modified from Wu et al., 2009) 1-第四系；2-石炭系；3-泥盆系；4-志留系；5-震旦系；6-下元古界；7-印支期侵入巖體；8-晚期侵入的二長花崗巖體； 9-礦區(qū)位置 1-Quaternary；2-Carboniferous；3-Devonian；4-Silurian；5-Sinian；6-lower Proterozoic；7- Indosinian rock mass； 8-adamellite mass formed in Late epoch；9- study areas

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露的地層較為單一，僅為下古生界志留系中統(tǒng)舟曲巖組上巖段(傅力浦，1983；崔永泉，1994；鄒光富，2000；王濤，2008)。地層出露面積較小，約占工作區(qū)總面積3%，均以光頭山巖體超單元及留壩超單元捕擄體形式存在，主要分布于研究區(qū)SW、SE部大、小獅子河一帶(圖2)。

該巖段(S2z2)巖性特征：

上部為炭質(zhì)板巖夾少量粉砂巖，細(xì)粒粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，主要礦物為石英、長石，次要礦物為黑云母、絹云母、綠簾石，具黃鐵礦化、褐鐵礦化、硅化。

中部為深灰色黑云母變粒巖、黑云母石英變粒巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，定向構(gòu)造，主要礦物斜長石含量20%～60%、石英含量10%～75%、黑云母5%～49%，次要礦物晶質(zhì)石墨含量3%～10%、黃鐵礦、磷灰石、白云母、板鈦礦均少量；具褐鐵礦化、硅化；局部含少許石英大理巖及混雜巖。

圖2 勉縣廟坪礦區(qū)地質(zhì)圖①Fig. 2 Geological map of the Miaoping graphite deposit，Mian county①1-楸樹埡單元淺灰白色細(xì)粒二云二長花崗巖；2-南天門單元淺灰色細(xì)粒黑云花崗閃長巖；3-廟坪單元淺灰白色中細(xì)粒斑狀黑云二長花崗巖； 4-燒房壩單元淺灰綠色中細(xì)粒石英閃長巖；5-青白-淺灰色大理巖；6-大理巖脈；7-石墨礦體及編號；8-深灰-灰黑色黑 云母變粒巖、石英變粒巖； 9-花崗斑巖脈；10-勘探線及編號；11-鉆孔及編號；12-探槽及編號 1-light gray fine-grained dimicaceous monzogranite in Qiushuya unit；2-light gray fine-grained biotite granodiorite in Nantianmen unit；3-light gray medium-fine grained biotite adamellite in Miaoping unit； 4-light gray green medium-fine grained quartz diorite in Shaofangba unit；5-bluish white-light gray marble；6-marble vein；7-graphite ore bodies and number；8-dark gray-grey black biotite-granulite； 9-granite porphyry vein； 10-prospecting profile and number；11-drill hole and number；12-trench and number

下部為灰色二云石英片巖、含石榴黑云變粒巖，細(xì)粒鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀條帶狀構(gòu)造，主要礦物為石英、長石，次要礦物為黑云母、絹云母、綠簾石，具黃鐵礦化、褐鐵礦化、硅化。

本巖段中部深灰色黑云母變粒巖、黑云母石英變粒巖即是礦區(qū)晶質(zhì)石墨及含Mo、V和石墨的礦化層位，也是出露最廣的地層。整體巖層呈NEE走向，傾向NNW，兩側(cè)均與圍巖花崗巖呈侵入接觸關(guān)系。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)處于連接?xùn)|、西秦嶺地帶的白水江-白河褶皺束之中，尚家河-佛爺壩扇形復(fù)背斜南翼，區(qū)內(nèi)未見較大規(guī)模的構(gòu)造跡象，區(qū)域性構(gòu)造亦未在本區(qū)通過，因此，本區(qū)構(gòu)造相對簡單(崔永泉，1994；張國偉等，1995)。

礦區(qū)構(gòu)造主要表現(xiàn)為不同期次巖漿侵入單元接觸部位的層間小型擠壓破碎帶及巖體節(jié)理、裂隙。其中破碎帶出露多處，發(fā)育于花崗巖體內(nèi)部及花崗巖與變粒巖捕擄體接觸帶部位，寬約0.1～5m，走向130o～160o，長度5m～200m不等，帶內(nèi)巖石強(qiáng)烈破碎，破碎物為花崗巖、變粒巖，具強(qiáng)鐵染，局部可見摩擦鏡面。

花崗巖體普遍具片理化，節(jié)理極其發(fā)育，最主要發(fā)育一組平行節(jié)理，走向及傾向與地層走向、傾向基本一致。

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，其產(chǎn)物均為侵入巖，主要為印支期(T)光頭山超單元，其次為海西期(C)留壩超單元(張成立等，2005；涂懷奎，2005；吳峰輝等，2009)。

光頭山超單元復(fù)式巖體屬于寧陜巖區(qū)，呈近等軸狀巖基侵位于勉略縫合帶以北，出露面積約900km2，巖石類型為一套中酸性到酸性花崗巖體。研究區(qū)位于光頭山巖體NW邊緣。從早期到晚期依次出露有楸樹埡單元(TQ)淺灰白色細(xì)粒二云二長花崗巖，礦物組成為斜長石(20%～30%)、鉀長石(35%～40%)、石英(28%)、黑云母(3%)、白云母(3%)；南天門單元(TN)淺灰色細(xì)粒黑云花崗閃長巖，具似斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以鉀長石為主，偶見斜長石斑晶。巖石的主要組成礦物為：斜長石(20%～40%)、鉀長石(28%)、石英(25%)、黑云母(6%)；廟坪單元(TM)淺灰白色中細(xì)粒斑狀黑云二長花崗巖，發(fā)現(xiàn)有暗色閃長質(zhì)微粒包體。

孫衛(wèi)東等(2000)對南秦嶺勉略構(gòu)造帶北側(cè)的光頭山花崗巖進(jìn)行的鋯石U- Pb年代學(xué)研究表明，該巖體的形成年齡為216Ma±2Ma，并據(jù)此認(rèn)為光頭山巖體屬于三疊紀(jì)印支期揚(yáng)子和華北板塊碰撞過程中的同碰撞型花崗巖。

海西期(C)留壩超單元為一套中酸性侵入巖，僅在研究區(qū)西南側(cè)出露少許燒房壩單元(CS)淡灰綠色細(xì)粒石英閃長巖。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)15條礦化體，其中11條以石墨礦化為主并伴生V、Mo、Ti。主要的礦體有4條，分別為Ⅰ號、Ⅱ號(礦區(qū)西部小獅子河礦段)、Ⅲ號、Ⅳ號(礦區(qū)東南部大獅子河礦段)V-Mo-石墨礦體。礦體走向整體呈NE-SW向，礦體形態(tài)呈斷續(xù)豆莢狀、透鏡狀、條帶狀展布，礦體地表出露標(biāo)高1520～1720m，礦體沿走向延伸300～850m，礦體平均真厚度為1.2～3.89m，傾向290°～340°，傾角25°～75°，與區(qū)域地層產(chǎn)狀大致相同。主要礦體特征詳見表1。以I號礦體為例，鉆探結(jié)果顯示該礦體沿傾斜方向延伸較穩(wěn)定(圖3)，并且沿走向具有自東而西的傾伏延伸趨勢。礦體主要由含炭絹云母石英片巖、含石墨黑云母變粒巖、黑云母石英變粒巖等組成。

礦體上下盤圍巖以細(xì)粒二云花崗閃長巖及二云二長花崗巖為主，礦體呈捕擄體形式存在，與礦體接觸界線較清楚。接觸部位礦物成分多受后期蝕變影響，片理發(fā)育，局部礦體與圍巖呈互層狀，固定碳含量可達(dá)邊界品位(2.64%)。

槽探和鉆探結(jié)果表明，石墨礦化帶的礦化體具有多層性，其間往往被二云二長花崗巖、含炭絹云母石英片巖相隔。圖4給出了固定碳含量隨鉆孔深度變化的關(guān)系，可以看出石墨礦體具多層分布的特點(diǎn)。類似多層石墨礦層的現(xiàn)象在槽探和其他鉆孔柱狀圖中屢屢見及。值得注意的是，隨著鉆孔深度的增加，固定碳的含量呈下降趨勢，這說明了高品位礦體主要富集在地表附近，基本在地表向下35～55m左右。

統(tǒng)計(jì)13個(gè)鉆孔中礦體厚度與固定碳含量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)大獅子河與小獅子河礦段礦體固定碳含量與礦體厚度有一定變化趨勢，隨著礦體厚度的增加，礦體固定碳含量有下降趨勢；而且可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)礦段的礦體厚度都集中在1～7m之間(圖5，圖6)。

表1 主要礦體特征一覽表Table 1 The feature of the main ore bodies in Miaoping graphite deposit

圖3 廟坪礦區(qū)60號勘探剖面圖②Fig. 3 No.60 prospecting profile in Miaoping graphite deposit②1-印支期光頭山南天門單元淺灰色細(xì)粒黑云花崗閃長巖；2-中志留統(tǒng)舟曲巖組上巖段；3-石墨礦體；4-黑云花崗閃長巖5- 黑云母變粒巖；6-已施工鉆孔及編號；7-已施工探槽及編號；8-石墨品位%/水平厚度m；9-巖層產(chǎn)狀 1-light gray fine-grained biotite granodiorite in Nantianmen unit of mount Guangtoushan, Indo-chinese epoch；2-upper rocks of Zhouqu formation of the middle Silurian；3-graphite ore bodies；4-biotite granodiorite；5-biotite-granulite；6-drill hole and number；7-trench and number；8-carbon content of graphite/horizontal thickness；9-attitude of rock formation

從鉆孔巖心來看，礦化帶空間展布受成礦后構(gòu)造的改造控制明顯。礦化帶被后期構(gòu)造切割而發(fā)生位移，帶內(nèi)小褶曲及軟硬巖層之間逆沖構(gòu)造破碎帶發(fā)育。受巖漿侵入作用及成礦前和成礦期構(gòu)造的控制，尤其是侵入接觸構(gòu)造影響，石墨礦體在空間上呈非連續(xù)性的條帶狀、豆莢狀及透鏡狀形態(tài)，深部礦體產(chǎn)狀與地表產(chǎn)狀具有不一致性，礦化體邊部常具有強(qiáng)烈的構(gòu)造形變現(xiàn)象等。因此，后期構(gòu)造形變一定程度上破壞了礦體的完整性。受區(qū)域巖漿侵入作用，加上石墨的易滑動(dòng)性及石英巖和變粒巖的巖性差異，舟曲組地層層間破碎帶廣泛發(fā)育。根據(jù)鉆孔工程揭露情況，多數(shù)礦石都遭受不同程度的擠壓破碎或蝕變。也正是由于巖漿侵入導(dǎo)致的熱變質(zhì)作用，礦石中石墨富集，鱗片變大。

3.2 礦石類型

根據(jù)本區(qū)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物共生組合特征，含礦巖性主要為含石墨黑云母變粒巖，其次為含石墨石英變粒巖、含炭絹云母石英片巖及少量含石墨二云二長花崗巖，礦體主要賦存于志留系舟曲組中及其與圍巖花崗巖接觸帶部位。

含石墨黑云母變粒巖：為該區(qū)主要礦石類型，約占礦床總礦石量的95%。新鮮礦石呈黑色-灰黑色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)、鱗片變晶結(jié)構(gòu)，次平行構(gòu)造，主要礦物為石英，長石，次要礦物為黑云母和石墨。石英、長石呈粒狀，石墨呈鱗片狀，分布于顆粒礦物，巖石極易污手，可見星點(diǎn)狀黃鐵礦化。

含炭絹云母石英片巖：灰褐色-灰黑色，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，強(qiáng)硅化，局部含石墨，沿層理發(fā)育亮黃色星點(diǎn)狀黃鐵礦化，巖石極易污手。

圖4 礦區(qū)鉆孔巖心固定碳含量隨鉆孔深度變化趨勢Fig. 4 The variation trend of fixed carbon content of drilling cores with the drilling depth in Miaoping graphite deposit

圖5 礦區(qū)礦體固定碳含量隨礦體厚度變化趨勢Fig. 5 The variation trend of fixed carbon content of drilling cores with the ore body thickness in Miaoping graphite deposit

含石墨石英變粒巖：比較破碎，呈灰白-淺灰色隱晶質(zhì)石英巖，小刀刻不動(dòng)，石英含量95%，可見較多綠泥石化，呈浸染狀分布。

含石墨二云二長花崗巖：巖石較破碎，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，局部夾變粒巖脈，極易污手。

圖6 礦區(qū)礦體厚度統(tǒng)計(jì)直方圖Fig. 6 Histograms of the ore body thickness in Miaoping graphite deposit

結(jié)合本區(qū)地質(zhì)特征及與國內(nèi)典型石墨礦的對比，認(rèn)為礦石自然類型為變粒巖混合巖化型礦石，工業(yè)類型為晶質(zhì)鱗片狀石墨礦石。鉆孔巖心含石墨巖石類型及固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表2。

3.3 礦石礦物成分

將礦區(qū)主要的礦石樣品(含石墨黑云母變粒巖)送北京礦冶研究總院磨制光薄片，鏡下觀察可見，礦石中的主要礦物有石墨、石英、長石類、黑云母、白云母、黃鐵礦，少量為磁鐵礦、褐鐵礦、方解石、磷灰石、金紅石、綠泥石。其中礦石礦物是石墨，其余是脈石礦物。

對礦區(qū)平硐、探槽40個(gè)含石墨黑云母變粒巖混合樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表3。

從以上分析結(jié)果可以看出，變粒巖型石墨礦石具有高Si、Al，而低Ca、Mg的特點(diǎn)。平硐、探槽的含石墨黑云母變粒巖礦石固定碳含量為5.62%，大于整體鉆孔巖心的含石墨黑云母變粒巖礦石固定碳含量，這也進(jìn)一步說明礦區(qū)埋深較淺的礦體，品位較高，深部礦體品位較低。

礦石中除含有固定碳外，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等元素，這與由X射線衍射分析得到原礦的雜質(zhì)礦物主要是石英、斜綠泥石、伊利石、方解石、云母、鈉長石等的結(jié)果是一致的。

據(jù)鉆孔樣品分析，礦石中除了含有固定碳外，還伴生V、Ti、Mo等元素，其中V2O5平均含量為0.114%，TiO2平均含量為0.576%，Mo平均含量為0.014%，V2O5作為伴生礦床達(dá)到了邊界品位，TiO2(金紅石)、Mo綜合利用價(jià)值較低?？偟膩碚fV與C的含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系；Mo與C有微小的正相關(guān)關(guān)系，但個(gè)別鉆孔出現(xiàn)了較大的相關(guān)性；Ti與C相關(guān)性不明顯(圖7)。

3.4 石墨礦物特征

將礦區(qū)礦石樣品進(jìn)行光薄片觀察統(tǒng)計(jì)，礦石中石墨大部分呈片狀或鱗片狀，片的長徑方向具有一定的定向性，延長方向和礦石片理的方向一致，石墨片長徑最大0.634mm，最小0.0017mm，一般0.037～0.105mm，石墨片的厚度最大1.5mm，最小0.001mm，一般0.002～0.005mm，此類為大片石墨；還有少量石墨長徑最大0.210mm，最小0.0017mm，一般0.074～0.010mm，石墨的厚度最大0.040mm，最小0.001mm，一般0.010～0.030mm，這類石墨比大片石墨的片徑小，但片的厚度大。

3.5 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

本區(qū)礦石可分為兩種，一種是在地表較淺部礦體的礦石(鉆孔深度一般在10～30m)，礦石呈暗灰-灰白不均勻顏色，污手(灰黑色)，有的地方具不均勻泥化、絹云母化、褐鐵礦化，而呈現(xiàn)黃褐色-淺灰黃色，不等粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。礦石中長英質(zhì)礦物多具兩向伸長狀，長徑方向與片狀礦物的排列方向一致，不同礦物分別聚集呈條帶狀趨勢，淺暗色礦物相間排列呈片狀構(gòu)造，其中的片狀礦物具彎曲現(xiàn)象。

另一種是埋藏較深的礦石，呈灰黑色，污手(灰黑色)，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀或塊狀構(gòu)造，其中的片狀礦物呈定向排列。

3.6 圍巖蝕變特征

礦區(qū)圍巖蝕變類型主要有黃鐵礦化、褐鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化、硅化，另有少量的鈉長石化、綠簾石化、絹云母化等。其主要蝕變特征如下：

表2 鉆孔巖心各類巖石固定碳含量一覽表Table 2 The fixed carbon content of different kinds of rock in drilling cores

表3 含石墨黑云母變粒巖主量元素特性值Table 3 Major element analysis of graphite-bearing biotite granulite

圖7 礦石中固定碳與V、Ti、Mo元素相關(guān)性Fig. 7 Correlation between fixed carbon content and V、Ti、Mo of Miaoping graphite deposit

黃鐵礦化：主要見于鉆孔中，在黑云母變粒巖和二云二長花崗巖中均有分布。呈浸染狀均勻分布于巖石中，或呈薄膜狀、團(tuán)塊狀沿層面或節(jié)理裂隙分布，脈寬一般 1～10mm，團(tuán)塊直徑最大可達(dá)1cm左右，他形、半自形。

綠泥石化：主要由角閃石蝕變形成，在黑云母變粒巖和二云二長花崗巖、石英巖中均有分布，呈浸染狀分布。

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。表現(xiàn)為方解石細(xì)脈或鈣質(zhì)膠結(jié)物，脈體呈白色，斜交或順片麻理分布，脈體寬多在 1～5mm。方解石以他形-半自形為主，細(xì)粒-粗粒結(jié)構(gòu)。

硅化：分布較普遍，以細(xì)脈狀或小透鏡狀、小團(tuán)塊狀分布于各類巖石中，順層或斜交地層，寬多在0.001～1m之間，呈白色、煙灰色，主要成分為石英。

4 礦床成因

4.1 礦體特征對比分析

將地處南秦嶺印支褶皺中的白水江-白河褶皺束中段的洋縣鐵河石墨礦床與廟坪礦床進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)礦床地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、礦體形態(tài)等非常類似。洋縣鐵河石墨礦床位于洋縣縣城北45km處，礦石類型同屬于晶質(zhì)鱗片狀石墨礦床。

洋縣鐵河石墨礦共生金紅石、矽線石，為復(fù)合型礦床，礦石中TiO2含量為1.7%～2.2%，Al2O3含量為14%～17%，SiO2含量為50%～52%，富集Ti以及高Si、Al的特征與廟坪石墨礦類似。洋縣石墨礦床賦存于深變質(zhì)系-片麻巖中，區(qū)域上花崗巖較發(fā)育，礦床屬于中部構(gòu)造層次環(huán)境下的沉積變質(zhì)型(李明昌，1992)。

4.2 沉積環(huán)境及碳的來源

勉縣廟坪石墨礦的主要含石墨建造為變粒巖類、片巖類，屬低角閃巖相產(chǎn)物，變質(zhì)條件：溫度600～700℃，壓力4×108Pa～6×108Pa，變質(zhì)作用屬中壓相系區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)作用(吳春林，1994)。楊鐘堂等(2011)對秦嶺造山帶勉略地區(qū)發(fā)育的早寒武世和奧陶-志留紀(jì)等的含碳巖系地質(zhì)、地球化學(xué)特征及控礦因素進(jìn)行了總結(jié)，提出本區(qū)內(nèi)的含碳巖系形成于缺氧還原的近陸淺海沉積環(huán)境。根據(jù)廟坪礦區(qū)含石墨變質(zhì)巖系中礦層與巖層的組合特點(diǎn)，石墨礦體的多層性，礦石組構(gòu)、礦物共生組合特點(diǎn)及巖石化學(xué)特征，含石墨變質(zhì)巖系的原巖屬正常沉積巖，原始沉積物從炭質(zhì)板巖、粉砂巖，細(xì)粒粉砂質(zhì)到富含碳質(zhì)的泥灰質(zhì)及富鋁碳酸鹽系列，是陸源碎屑混積物，反映了一個(gè)淺海盆地-靜水水體較為穩(wěn)定的沉積環(huán)境。這一環(huán)境控制了泥質(zhì)、碳質(zhì)的陸源碎屑物的搬運(yùn)和沉積，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成了變粒巖、片巖的石墨礦石組合系列。黑云母變粒巖、含炭絹云母石英片巖都是來自正常陸源碎屑沉積，巖層中含有大量的有機(jī)質(zhì)物質(zhì)，為石墨形成的原始物質(zhì)。

表4 廟坪石墨礦床與洋縣鐵河石墨礦特征對比Table 4 Comparison between the Miaoping and the Tiehe graphite deposit

對廟坪石墨礦礦石化學(xué)組分統(tǒng)計(jì)研究表明，V元素與固定碳呈明顯的正相關(guān)，其中V已接近工業(yè)品位。這與V的高含量一般出現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)堆積最多的地方的認(rèn)識一致(鞏麗等，1998)。一般來說，沉積巖中高的V2O5含量與海生生物的富集有關(guān)(劉英俊等，1984；姜繼圣等，1992)，具的原巖大體與富鈣的碳質(zhì)頁巖、碳泥質(zhì)灰?guī)r及碳鈣泥質(zhì)粉砂巖相當(dāng)。V、Ti等金屬具有較高的電負(fù)性和穩(wěn)定的晶體場，常作為絡(luò)合物的中心離子以絡(luò)離子狀態(tài)在水溶液中進(jìn)行遷移。一些過渡金屬在水體中(主要為海盆地)與粘土礦物形成絡(luò)合物，以細(xì)小懸浮體形式進(jìn)行搬運(yùn)，其沉淀方式以粘土礦物吸附或進(jìn)入粘土礦物晶格中為主。含有機(jī)質(zhì)較高的碳泥質(zhì)頁巖中某些金屬含量特別高。粘土礦物的吸附能力取決于其膨脹性的大小，如蒙脫石、高嶺石為補(bǔ)償其正電荷的不足，須從溶液的懸浮物中吸附金屬離子。有機(jī)質(zhì)的吸附能力較高(一般>100 mg/g)，與粘土礦物共同攜帶某些金屬元素進(jìn)行搬運(yùn)和沉淀(柴靜等，1992；李光輝等，2008)。廟坪石墨礦的形成環(huán)境與雞西柳毛、東溝石墨礦(柴靜，1992)具有相似的特征，因此，原巖的沉積序列應(yīng)為富含有機(jī)質(zhì)的陸源碎屑沉積。

4.3 礦床成因

本區(qū)經(jīng)歷了早古生代深部擴(kuò)張與上部地殼破裂的差異性升降運(yùn)動(dòng)，破壞了晉寧運(yùn)動(dòng)以來揚(yáng)子板塊北緣統(tǒng)一的古地理格局。地幔上隆引起區(qū)域性拉張導(dǎo)致上部地殼的差異性升降。南部繼承了揚(yáng)子板塊北緣構(gòu)造體制，北側(cè)近EW向陸內(nèi)裂谷的快速沉降接受勉略帶深水泥質(zhì)富硅鋁質(zhì)和碳酸鹽沉積，形成各變質(zhì)巖的原巖(王濤，2008)，原巖變質(zhì)后形成變粒巖、片巖類巖石。在特定的海盆沉積環(huán)境，導(dǎo)致水下障壁，環(huán)境閉塞，底水滯流。被搬運(yùn)到水體中的原始植物，在堆積分解中，生成和逐漸增加H2S、CH4等氣體，使水體缺氧，有益厭氧菌生存、繁衍，進(jìn)一步使水體呈還原環(huán)境。被分解出的有機(jī)碳，不易氧化成CO2氣體逸出，在地層中保存下來，成為富含有機(jī)質(zhì)的沉積物。經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，原巖中的有機(jī)碳重新結(jié)晶形成石墨含礦巖系(礦源層)。后又經(jīng)印支期光頭山花崗巖體侵入混合巖化及重熔交代作用，一方面對石墨礦床起破壞作用，另一方面發(fā)生接觸熱變質(zhì)使含礦巖系中的石墨鱗片增大、富化形成石墨礦床。

5 結(jié)論

廟坪石墨礦床含礦巖石主要為含石墨黑云母變粒巖，變粒巖型石墨礦石具有高Si、Al而低Ca、Mg的特點(diǎn)，隨著鉆孔深度的增加，礦體固定碳有下降趨勢；礦石中V2O5作為伴生礦床達(dá)到了邊界品位，且V與C的含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系；根據(jù)野外地質(zhì)特征及鉆孔巖心分析推斷，勉縣廟坪石墨礦的原巖形成于缺氧還原的近陸淺海沉積環(huán)境，石墨中的碳質(zhì)來源為生物有機(jī)碳。石墨礦層明顯受層位、巖相和巖性的控制。礦源層為富含碳質(zhì)的泥質(zhì)巖、碎屑巖及碳酸鹽類巖石，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用，使含碳巖石富化成礦。因此，礦床成因應(yīng)屬沉積變質(zhì)型礦床，具有層控后期熱液變質(zhì)的基本特征。

[注釋]

① 陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二一四大隊(duì).2014.1∶10000陜西省勉縣張家河鄉(xiāng)廟坪鉬金銀多金屬礦及石墨礦普查區(qū)域地質(zhì)圖[R].

② 陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二一四大隊(duì).2014.1∶10000陜西省勉縣張家河鄉(xiāng)廟坪鉬金銀多金屬礦及石墨礦普查60號勘探線剖面圖[R].

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[附中文參考文獻(xiàn)]

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Geological Characteristics and Genesis of the Miaoping Graphite Deposit in Mian County of Shaanxi Province

TANG He-jun1,2, ZHANG Bao-lin1, YE Rong2, ZHANG Guo-liang1, ZHANG Wen-bin3

(1.KeylaboratoryofMineralResources,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029;2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083;3.No.214Team,ShaanxiNuclearIndustryGeologicalBureau,Hanzhong723200)

The newly discovered graphite ore deposit in Miaoping, Mian county is located in the Mian-Lue suture zone of the southern Qinling Mountains. So far 11zones and 15 bodies of mineralization have been delineated, which are dominated by graphite with associated vanadium, molybdenum, and titanium. This deposit occurs in carbonaceous slate and siltstone of the Zhouqu rock group of the middle Silurian System. This paper was on the basis of the metallogenic geological background, ore deposit characteristics, analysis of ores in drilling cores, ore mineral occurrence state and ore characteristics. The objective is to explore the genesis of this deposit. Research shows that the ore-bearing rocks include biotite-granulite where the concomitant vanadium is positively correlated with the fixed carbon in graphite. The carbon in graphite is from biological organic carbon. The genesis of this deposit belongs to sedimentary metamorphic type, which possesses basic characteristics of layer-controlled late hydrothermal metamorphism.

Miaoping in Mian county, graphite deposit, geological characteristics, deposit genesis

2015-1-5；

2015-03-16；[責(zé)任編輯]郝情情。

企業(yè)委托項(xiàng)目“陜西漢源巨龍礦業(yè)有限公司多金屬勘查區(qū)找礦預(yù)測”資助。

湯賀軍(1987年-)，男，碩士研究生，主要從事礦床地球化學(xué)研究工作。E-mail: tanghejungeo@163.com。

P618

A

0495-5331(2015)03-0534-11