河南淅川縣徐家灣-李家營石墨礦床地質(zhì)特征及成因探討

賴群生

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450000）

河南淅川縣徐家灣-李家營石墨礦床地質(zhì)特征及成因探討

賴群生

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450000）

徐家灣-李家營石墨礦位于秦嶺造山帶東段南支，木家埡-內(nèi)鄉(xiāng)斷裂與淅川斷裂之間的小陡嶺-老灌河石墨成礦帶的東端。通過預(yù)查工作，在礦區(qū)內(nèi)古元古界大溝巖組中圈定出10個石墨礦體，礦體呈層狀且大致平行，產(chǎn)狀與地層一致，沿走向和傾向局部有分枝復(fù)合現(xiàn)象，礦床規(guī)模大型。礦石的自然類型為石墨斜長片麻巖型和石墨石英片巖型，工業(yè)類型為需選礦細(xì)鱗片晶質(zhì)石墨礦。礦床成因類型為沉積變質(zhì)礦床，并具有后期構(gòu)造、混合巖化和巖漿熱液疊加富集特征。

石墨礦；地質(zhì)特征；成因；徐家灣-李家營

徐家灣-李家營石墨礦位于河南省淅川縣毛堂鄉(xiāng)境內(nèi)，地處淅川縣小陡嶺-老灌河石墨成礦帶的東端，是一個大型晶質(zhì)石墨礦床。對該成礦帶石墨礦床成因類型的研究，以往地質(zhì)工作者僅做過初步探討［1-2］。本文在預(yù)查工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該礦的地質(zhì)特征，并根據(jù)礦石及圍巖的巖石化學(xué)數(shù)據(jù)分析整理，結(jié)合野外地質(zhì)情況，對該石墨礦床的成因進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

徐家灣-李家營石墨礦位于秦嶺造山帶東段南支，木家埡-內(nèi)鄉(xiāng)斷裂與淅川斷裂之間的小陡嶺-老灌河石墨成礦帶的東端。區(qū)域構(gòu)造線方向總體為北西西向，地層區(qū)劃屬秦嶺地層區(qū)南秦嶺地層分區(qū)［3］。

區(qū)域內(nèi)出露的地層有古元古界大溝巖組（Pt1d）、中-新元古界武當(dāng)巖群上巖段（Pt2-3w2）、新元古界耀嶺河巖組下巖段（Pt3y1）和新生界第四系（Q）。大溝巖組：北側(cè)未見底，南側(cè)與武當(dāng)巖群以韌性剪切帶接觸，多呈殘留體形態(tài)產(chǎn)出在侵入體之中。巖性組合可分為兩部分：下部為石榴黑云斜長片麻巖、（含石榴）斜長角閃巖、含石榴角閃斜長片麻巖夾石墨石英片巖；上部以（石榴）黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、黑（二）云石英片巖為主，夾絹云石墨片巖、石墨石英片巖，含赤鐵硅質(zhì)巖、石墨斜長片巖等。武當(dāng)巖群上巖段：北與大溝巖組及變質(zhì)侵入體以韌性剪切帶接觸，南與耀嶺河巖組以韌性剪切帶接觸。巖性主要為變流紋巖、變安山巖、變安山質(zhì)凝灰?guī)r、變流紋質(zhì)凝灰?guī)r、變流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r、變安山質(zhì)沉凝灰?guī)r、變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，夾變質(zhì)礫巖、變含礫中粒長石砂巖等。耀嶺河巖組下巖段：巖性以變玄武質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、變玄武玢質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、變玄武巖為主，夾變玄武質(zhì)沉凝灰?guī)r。

區(qū)域內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，以北西西向脆韌-韌性剪切帶最為發(fā)育，常成束成帶發(fā)育，具多期活動特征，各類剪切帶交織疊加，形成區(qū)內(nèi)網(wǎng)狀交織構(gòu)造格局；由南向北代表性剪切帶有淅川斷裂、石家營-行山韌性剪切帶、大華山-石船山韌性剪切帶、安溝-謝家莊韌性剪切帶、白龍廟-霸王寨-田關(guān)韌性剪切帶、內(nèi)鄉(xiāng)-木家埡斷裂。北東向和北西向斷裂為脆性斷裂，規(guī)模較小，多表現(xiàn)為扭性；北東向斷裂多切穿北西西向斷裂。

區(qū)域內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，具活動期次多、延續(xù)時(shí)間長、規(guī)模大、巖石類型齊全之特征。古元古代侵入巖有靈官埡雜巖、團(tuán)山寨片麻雜巖、瓦房莊片麻巖體、閣老嶺片麻巖體和付子垛片麻巖體；新元古代侵入巖有柿樹溝片麻狀中細(xì)粒閃長巖、甘溝片麻狀中粗粒石英閃長巖和封子山片麻狀中?；◢忛W長巖；古生代侵入巖有寒武紀(jì)鷹爪山片麻狀閃長玢巖、泥盆紀(jì)邊桿嶺片麻狀石英閃長巖、石炭紀(jì)的肖山溝序列和二疊紀(jì)霸王寨序列巖石；中生代侵入巖有白堊紀(jì)黑溝花崗斑巖-隱爆角礫巖。區(qū)內(nèi)脈巖發(fā)育，巖石類型從超基性至酸性皆有出露。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主體為古元古界大溝巖組，溝谷中零星分布有第四系（圖1）。大溝巖組巖性主要為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、石墨石英片巖和石墨斜長片麻巖，局部夾少量的黑云斜長片巖、黑云（二云）石英片巖、斜長角閃片麻巖和大理巖。石墨礦體賦存在石墨石英片巖和石墨斜長片麻巖中。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)大溝巖組總體以單斜形式產(chǎn)出，走向270～330°，北傾，傾角50～80°；局部近直立或陡南傾，可見開闊褶皺、片麻理波折、緊閉褶皺、片內(nèi)無根褶皺等。

對礦體影響顯著的構(gòu)造是早期區(qū)域變質(zhì)作用過程中的同變質(zhì)構(gòu)造，由于礦體能干性弱，造成在礦體中形成碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、構(gòu)造透鏡體、糜棱巖化巖石，石墨鱗片產(chǎn)生破裂或撓曲；宏觀上礦體具流動性，沿走向和傾向局部富集成厚大礦體。成礦期后構(gòu)造主要表現(xiàn)為北西西向、北北東向兩組斷層。

北西西向斷層表現(xiàn)為三類：一類是分布于中東部規(guī)模較大的壓扭性斷層，長度1.74～3.35 km，寬度5～20 m，傾向10～60°，傾角50～75°；對礦體無影響。第二類為壓性順層斷層，分布于礦體或其底板中，長度多小于150 m，寬度0.3～10 m；對礦體總體形態(tài)影響小。第三類為走向斷層，長度100～200 m，寬度0.5～3 m，傾向35～50°，傾角50～75°；對礦體總體形態(tài)影響小。北北東向斷層表現(xiàn)為兩類：第一類是右旋平移斷層，斷距5～50 m，第二類是左旋平移斷層，斷距130 m左右，對礦體連續(xù)性有一定影響。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育，主要有古元古代靈官埡雜巖、新元古代柿樹溝閃長巖和甘溝石英閃長巖、泥盆紀(jì)邊桿嶺石英閃長巖，少量二疊紀(jì)霸王寨序列中粒似斑狀二長花崗巖。脈巖較發(fā)育，基性-酸性均有出露，主要有斜長角閃巖脈、輝長輝綠巖脈、花崗巖脈。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

預(yù)查工作主要進(jìn)行了1/10 000地質(zhì)測量33.8 km2、1/1000勘探線剖面測量20 km、槽探2044 m3、鉆探1157.6 m，采集各類測試樣品884件等。通過上述工作，在區(qū)內(nèi)圈定10個石墨礦體，規(guī)模較大的為K5、K7、K8三個礦體，其資源量占礦區(qū)總資源量的76.84%。區(qū)內(nèi)石墨礦體賦存于大溝巖組石墨石英片巖、石墨斜長片麻巖中，呈層狀，各礦體大致平行，產(chǎn)狀與地層一致，沿走向和傾向局部有分枝復(fù)合現(xiàn)象（圖2），礦床規(guī)模達(dá)到大型。主要礦體特征見表1。

3.2 礦石特征

（1）礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦石類型

礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造主要為片狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造、平行構(gòu)造，局部為流狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。

K1、K5、K9三個礦體賦存于石墨斜長片麻巖中，其礦石的自然類型為石墨斜長片麻巖型（圖3-a）；K2、K3、K4、K6、K7、K8、K10七個礦體賦存于石墨石英片巖中，其礦石的自然類型為石墨石英片巖型（圖3-b）。根據(jù)礦體平均品位和石墨鱗片片度，本區(qū)石墨礦礦石的工業(yè)類型為需選礦細(xì)鱗片晶質(zhì)石墨礦。

（2）礦物成分

礦石礦物主要為石墨，含量2%～35%，另有極少量的黃鐵礦、褐鐵礦等；脈石礦物主要為斜長石、石英、黑云母，少量絹云母、白云母，含微量的金紅石、石榴子石、鱗灰石、鋯石等。石墨以單礦物形式賦存于礦石中，呈銀灰色，晶質(zhì)鱗片狀，多呈單晶，部分呈聚晶或連晶產(chǎn)出，且晶體多有彎曲、撓曲，鱗片長軸定向，多平行片理、片麻理方向，分布較均勻，局部富集呈條帶或條紋狀。石墨鱗片片度多為0.002×0.02 mm～0.04×0.2 mm，極少數(shù)達(dá)到0.3 mm；化學(xué)成分為C，固定碳含量99.31%，雜質(zhì)成分主要為Si，少量Al、K。

（3）礦石化學(xué)成分

礦區(qū)內(nèi)兩種礦石類型的化學(xué)成分見表2。從表2可見該區(qū)礦石的化學(xué)成分具富硅、鋁而貧鎂的特點(diǎn)，屬長英質(zhì)巖系。

3.3 頂、底板圍巖及夾石

礦體的頂、底板圍巖及夾石多為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖和花崗巖脈，不含或含極少量的石墨，與礦體界線清晰；少數(shù)為含石墨石英片巖和含石墨斜長片麻巖，固定碳含量0.58%～2.99%，與礦體界線過渡。

4 礦床成因探討

河南省已有兩個石墨成礦帶，一個是華北地臺南緣靈寶-魯山-舞陽石墨成礦帶，一個是秦嶺-大別山褶皺系北秦嶺朱陽關(guān)-柳泉鋪石墨成礦帶［6-9］。近年來，隨著石墨的應(yīng)用技術(shù)不斷取得新進(jìn)展和新突破，其需求量不斷增大并被列為國際導(dǎo)向性新材料礦種；隨著對南秦嶺古元古界大溝巖組認(rèn)識的加深和對石墨礦勘查的投入，淅川縣小陡嶺-老灌河成為河南省又一重要石墨成礦帶。該成礦帶向西延入陜西境內(nèi)；河南省境內(nèi)延伸約45 km，由2～3個礦層組成，最多可達(dá)7層，單層厚7～159 m，最大厚度525 m［1］。徐家灣-李家營石墨礦區(qū)位于該成礦帶的東端。

礦區(qū)內(nèi)石墨礦賦存于大溝巖組中，地層巖性主要為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、石墨石英片巖和石墨斜長片麻巖，局部夾黑云斜長片巖、黑云（二云）石英片巖、斜長角閃片麻巖和大理巖；礦區(qū)外圍的大溝巖組中具較多的斜長角閃巖。礦石及礦體圍巖的化學(xué)成分見表2，尼格里數(shù)見表3。

角閃斜長片麻巖呈層狀大面積分布，局部有薄層大理巖夾層，顯示副變質(zhì)巖石組合，原巖為泥灰?guī)r。斜長角閃巖呈透鏡狀、脈狀展布，顯示正變質(zhì)成因，原巖為島弧拉斑玄武巖及層狀堿性偏堿性火山巖［3］。

黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖和石墨斜長片麻巖，呈層狀大面積分布；副礦物組合主要為磁鐵礦、磷灰石、金紅石、榍石、鈦鐵礦、鋯石等；鋯石晶體呈雙錐柱狀，晶體內(nèi)有褐色點(diǎn)狀包裹體，錐體和柱體晶棱被熔蝕而渾圓；副礦物組合及鋯石形態(tài)表明其為副變質(zhì)成因。

在西蒙南圖解（圖4）中樣品落入砂巖區(qū)、粘土巖區(qū)；在威爾遜圖解（圖5）中樣品落入粘土巖區(qū)、鈣質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r區(qū)；在TiO2-SiO2圖解（圖6）中樣品落入副變質(zhì)巖的沉積巖區(qū)。

在(Al2O3+TiO2)-(SiO2+K2O)-∑i圖解（圖7）中，樣品落入單成分砂巖區(qū)、石英巖質(zhì)砂巖區(qū)、復(fù)成分砂巖區(qū)、巖屑砂巖區(qū)、復(fù)成分粉砂巖區(qū)；在log(Na2O/ K2O)-log(SiO2/Al2O3)圖解（圖8）中，樣品落入雜砂巖區(qū)、長石砂巖區(qū)。

在K2O-Na2O與構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系圖解（圖9）中，樣品落入冒地槽砂巖區(qū)、斷陷地槽砂巖區(qū)；利用Al2O3/(K2O+Na2O)統(tǒng)計(jì)其成熟度為2.70～4.70，差別較大，說明其沉積物接近物源區(qū)。

綜上所述，礦區(qū)內(nèi)黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖和石墨斜長片麻巖的原巖為活動環(huán)境下快速沉積的含碳質(zhì)雜砂巖和長石砂巖；大溝巖組主體為一套近源快速堆積的含碳質(zhì)陸源碎屑巖-基性火山沉積巖建造，局部夾少量碳酸鹽建造。

礦石中脈石礦物主要為斜長石、石英、黑云母等，石墨呈鱗片狀分布于脈石礦物顆粒之間，沿片理、片麻理出現(xiàn)，可見石墨聚集成的條帶或條紋等原始層紋構(gòu)造，說明石墨礦質(zhì)與地層巖石同時(shí)沉積，受地層控制，且明顯與含碳質(zhì)的砂巖密切相關(guān)，即含碳原巖建造為石墨成礦的礦源層。

在區(qū)域變質(zhì)作用過程中，含碳原巖建造在溫度、壓力及H2O、CO2等揮發(fā)組分的變化影響下，巖石發(fā)生重結(jié)晶、重組合及變形作用，改變了礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。在變質(zhì)作用過程中，原巖中碳以重結(jié)晶的方式結(jié)晶而成鱗片狀晶質(zhì)碳，變質(zhì)熱液促進(jìn)了石墨的重結(jié)晶富集。根據(jù)礦物共生組合，結(jié)合變質(zhì)礦物特征、P-T條件研究表明：大溝巖組的變質(zhì)作用溫度為650～700℃，壓力0.7～0.81 GPa［3］，屬中壓相系、高角閃巖相。

后期構(gòu)造作用及以鉀化、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，亦再生增大，并進(jìn)一步遷移富集。

后期巖漿熱液在巖石中滲透和擴(kuò)散，產(chǎn)生交代作用和同化作用，使貧礦石變成富礦石，巖礦石中斜長石蝕變?yōu)榻佋颇?；長英質(zhì)巖系的副礦物組合及鋯石形態(tài)顯示與巖漿熱液作用有關(guān)。

關(guān)于碳質(zhì)來源，陳衍景等［10］認(rèn)為有機(jī)成因和無機(jī)成因并存，且不同的巖石類型成因不同：片巖、片麻巖中石墨主要為有機(jī)成因，大理巖、混合巖化巖石中石墨為有機(jī)和無機(jī)的混合成因。徐家灣-李家營石墨礦的礦石類型為石黑石英片巖型和石黑斜長片麻巖型，碳質(zhì)來源于原巖沉積的有機(jī)質(zhì)，原巖沉積的生物腐殖質(zhì)在區(qū)域變質(zhì)作用過程中，氣化溢出，再結(jié)晶成鱗片狀石墨，即有機(jī)碳成礦。

總之，徐家灣-李家營石墨礦的形成，系在區(qū)域變質(zhì)、混合巖化和巖漿熱液作用下成礦。特別是區(qū)域變質(zhì)作用，在還原環(huán)境中原巖中有機(jī)碳以重結(jié)晶方式結(jié)晶而成鱗片狀晶質(zhì)碳，形成石墨礦床。含碳沉積建造和區(qū)域變質(zhì)作用是本礦區(qū)石墨礦床的主要成礦因素。

5 結(jié)語

（1）徐家灣-李家營石墨礦位于秦嶺造山帶東段南支，木家埡-內(nèi)鄉(xiāng)斷裂與淅川斷裂之間的小陡嶺-老灌河石墨成礦帶東端。

（2）礦區(qū)內(nèi)出露的地層主體為古元古界大溝巖組，石墨礦體賦存在石墨石英片巖和石墨斜長片麻巖中。大溝巖組總體以單斜形式產(chǎn)出；對礦體影響顯著的構(gòu)造是早期區(qū)域變質(zhì)作用過程中的同變質(zhì)構(gòu)造，成礦期后構(gòu)造主要表現(xiàn)為北西西向、北北東向兩組斷層；北西西向斷層對礦體無影響或影響小，北北東向斷層對礦體連續(xù)性有一定影響。

（3）通過預(yù)查工作，在礦區(qū)內(nèi)圈定10個石墨礦體，礦體呈層狀且大致平行，產(chǎn)狀與地層一致，沿走向和傾向局部有分枝復(fù)合現(xiàn)象，礦床規(guī)模達(dá)到大型。礦石的自然類型為石墨斜長片麻巖型和石墨石英片巖型，工業(yè)類型為需選礦細(xì)鱗片晶質(zhì)石墨礦。

（4）本區(qū)石墨礦床成因類型為沉積變質(zhì)礦床，并具有后期構(gòu)造、混合巖化和巖漿熱液疊加富集特征；碳質(zhì)來源于有機(jī)碳。

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Discussion on geological characteristics and origin of the Xujiawan-Lijiaying graphite deposit in Xichuan County,Henan province

LAI Qun-sheng

(The First Geological Exploration Institute of Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Zhengzhou 450000,China)

The Xujiawan-lijiaying graphite deposit is located in the southern border of eastern block of the Qinling orogenic belt,between Mujiaya-Neixiang fault and Xichuan fault,and it lies in the eastern end of the Xiaodouling-Laoguanhe graphite metallogenic belt.Through reconnaissance geological work,we found the deposit is with a large scale.It is delineated 10 graphite ore bodies in Paleoproterozoic Dagou group.The ore bodies are layered and roughly parallel with the strata,and appear branching along the trend and tendency.The ore natural type is graphite plagiogneiss and graphite schist,and its industrial type is beneficiation for fine flake graphite ore.The genetic type of the deposit is sedimentary metamorphic,and it is characteristic of the subsequent structure,migmatization and magmatic-hydrothermal superimposed enrichment.

graphite deposit;geological characteristic;origin;Xujiawan-lijiaying

P619.252

A

1672－4135（2017）01－0041-07

2016-10-24

河南省地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目“河南省淅川縣徐家灣-李家營一帶石墨礦預(yù)查（豫國土資發(fā)〔2015〕96號）”

賴群生（1968-），男，高級工程師，1989年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）煤田地質(zhì)勘查專業(yè)，長期從事地質(zhì)調(diào)查和找礦工作，電話13598204348，Email：laiqunsheng@126.com。