陜西省石墨礦成礦特征及成礦區(qū)帶劃分

壽立永

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

石墨礦物具有耐高溫、耐腐蝕的高化學(xué)穩(wěn)定性，同時具有導(dǎo)電性、潤滑性、可塑性等眾多特性，在耐火材料、摩擦材料、電碳材料等傳統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用較多，隨著新材料科技的不斷發(fā)展。目前，在密封材料、高耐涂料、電池負(fù)極材料等新材料領(lǐng)域有了越來越多的新的應(yīng)用，石墨礦是具有重要發(fā)展前景的原材料礦產(chǎn)。陜西省中部處于華北、揚(yáng)子兩大板塊銜接部位，具有多樣的沉積環(huán)境、廣泛的巖漿活動和復(fù)雜的變質(zhì)作用，為石墨礦形成提供了優(yōu)越的賦存條件。陜西省石墨礦總體勘查程度較低，對礦床特征缺乏系統(tǒng)梳理和研究。筆者是在充分收集相關(guān)資料基礎(chǔ)上，對陜西省石墨礦類型及其特征進(jìn)行了梳理，對石墨礦成礦規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，對石墨礦成礦區(qū)帶進(jìn)行劃分。

1 陜西省石墨礦類型及其特征

陜西省石墨礦具有分布廣、礦石類型豐富、礦床成因類型齊全的特點(diǎn)。根據(jù)成因類型可分為區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型2大類(表1)。區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床形成晶質(zhì)石墨礦床，接觸變質(zhì)型形成隱晶質(zhì)石墨礦。區(qū)域變質(zhì)作用范圍大，相同沉積時代不同位置產(chǎn)出的礦床東西可跨越近900千米；而接觸變質(zhì)型礦床與巖漿作用密切相關(guān)，影響范圍僅限于含碳地層與巖漿活動接觸帶附近。

表1 陜西省石墨主要成礦類型特征表Tab.1 Characteristics of main metallogenic types of graphite in Shaanxi

1.1 區(qū)域變質(zhì)型

陜西省區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床集中分布于華北地臺南緣、秦嶺造山帶南北邊緣，近于東西帶狀分布于板塊縫合帶南北兩側(cè)(李超等，2016)。礦體賦存于太古宇太華巖群、古元古界隴山巖群、古元古界秦嶺巖群、古元古界長角壩群古老變質(zhì)孔茲巖系，原巖為砂泥質(zhì)、半黏土質(zhì)黏土巖，富含碳質(zhì)的泥灰?guī)r及富鋁碳酸鹽系列。陜西省內(nèi)區(qū)域變質(zhì)型石墨礦變質(zhì)程度為角閃巖相-麻粒巖相。礦石品位為3%～10%，石墨鱗片為0.05～1.50 mm，通常賦礦地層越古老，變質(zhì)程度越高，巖漿活動越強(qiáng)，則晶質(zhì)石墨結(jié)晶越好，鱗片越大。

1.2 接觸變質(zhì)型

陜西省接觸變質(zhì)型石墨礦床形成于古生代志留紀(jì)以后，受原始沉積煤層、含碳地層與規(guī)模較大巖體雙重控制，分布于侵入巖體外接觸帶。留壩縣、勉縣境內(nèi)下志留統(tǒng)舟曲組上部含碳板巖與華陽、光頭山等大規(guī)模巖體外接觸角巖化帶為隱晶質(zhì)石墨礦體賦存位置。由于原巖碳含量相對較低，往往形成固定碳小于20%低品位隱晶質(zhì)石墨礦；鳳縣、太白縣、眉縣境內(nèi)上石炭統(tǒng)草涼驛組煤層、劣質(zhì)煤層與太白山、天臺山巖體接觸帶形成分布廣、規(guī)模大的大型接觸變質(zhì)型隱晶質(zhì)石墨礦。由于變質(zhì)作用持續(xù)時間相對較短，變質(zhì)條件為高溫低壓，變質(zhì)程度較低(吳春林等，1994；張蔚語，2010)，結(jié)晶程度差，所形成石墨大部分為隱晶質(zhì)或者微晶、隱晶質(zhì)石墨混合體。從接觸帶向外形成石墨—半石墨半煤—煤漸變過渡帶，石墨礦品位由原巖煤質(zhì)決定。

2 陜西省石墨礦成礦規(guī)律

陜西省石墨礦床系含碳地層受變質(zhì)而形成，其控制因素主要有賦礦地層因素、構(gòu)造因素和成礦作用因素，具有較為明顯的規(guī)律性。筆者通過對陜西省內(nèi)石墨礦床資料的收集、分析，對陜西省石墨礦床的成礦規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)(表2)。

2.1 賦礦地層因素

陜西省晶質(zhì)石墨礦含礦地層主要有太古宇太華群、古元古界秦嶺群、古元古界長角壩巖群、古元古界隴山群、古元古界峽河巖群；隱晶質(zhì)石墨含礦地層為早古生界舟曲組、晚古生界草涼驛組。從賦礦地層沉積時代來看晶質(zhì)石墨主要為太古宙、古元古代，與全國晶質(zhì)石墨礦一般規(guī)律一致；隱晶質(zhì)石墨賦礦地層沉積時代為古生代。

從巖性來看，晶質(zhì)石墨賦礦地層為一套以富含矽線石、石榴子石、石墨等變質(zhì)礦物為特征的富鋁、富碳碎屑-碳酸鹽巖孔茲巖系；隱晶質(zhì)石墨賦礦地層為煤層及碳質(zhì)板巖。黏土質(zhì)巖石致密、柔軟，在成礦作用中是良好的遮擋層，使區(qū)域變質(zhì)和巖漿活動提供的氣熱溶液不致逸散，為封閉的、還原環(huán)境的形成創(chuàng)造條件(鄂阿強(qiáng)等，2016)。

含礦建造沉積于近陸源淺海濱海有機(jī)質(zhì)豐富的還原環(huán)境，碳質(zhì)來源為生物有機(jī)碳，推斷原巖為濱海環(huán)境下碳酸鹽巖、泥質(zhì)碎屑巖，吸附生物有機(jī)碳，在長期變質(zhì)作用下，碳質(zhì)集中結(jié)晶形成了石墨。以陜西省丹鳳縣石墨礦為例，穩(wěn)定碳同位素分析δC13PPB為-13.89‰～-12.34‰，證明碳質(zhì)來源主要為有機(jī)質(zhì)(高治亂等，1984)。

2.2 構(gòu)造因素

陜西省晶質(zhì)石墨礦分布受區(qū)域構(gòu)造控制規(guī)律明顯。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的晶質(zhì)石墨礦床從宏觀來看均分布于華北板塊、揚(yáng)子板塊邊緣及板塊縫合造山帶。隴縣六橋石墨礦、潼關(guān)善車峪石墨礦、臨潼崇陽溝石墨礦位于華北板塊南緣；鳳縣曲家溝-官溝石墨礦、太白縣牛咬溝晶質(zhì)石墨礦、丹鳳縣庾家河石墨礦位于華北板塊南緣北秦嶺造山帶；佛坪唐灣石墨礦、洋縣鐵河石墨礦位于揚(yáng)子板塊北緣南秦嶺造山帶。區(qū)域變質(zhì)石墨礦床產(chǎn)于古老板塊周緣，可能主要與板塊匯聚、板塊升降過程中變質(zhì)作用、巖漿活動、混合巖化作用有關(guān)。

2.3 成礦作用因素

變質(zhì)作用對石墨礦的形成極為重要，它為成礦提供溫度、壓力和高度活潑的揮發(fā)性氣熱溶液，在某些地段造成封閉、還原環(huán)境，使碳質(zhì)得以還原，原巖中的有機(jī)質(zhì)在還原條件下發(fā)生脫氧、脫氫反應(yīng)，結(jié)晶成鱗片狀石墨。由于變質(zhì)作用持續(xù)時間長、變質(zhì)程度高，石墨往往結(jié)晶程度較高，通常為鱗片狀晶質(zhì)石墨(王廣等，2017)。變質(zhì)程度越高石墨鱗片粒度越大。例如，潼關(guān)善車峪晶質(zhì)石墨礦變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相-麻粒巖相，鱗片直徑可達(dá)4.21 mm。元古宙以后各含碳地層變質(zhì)程度低，一般形成接觸變質(zhì)型石墨礦，石墨礦物結(jié)晶細(xì)小且不均勻，石墨呈細(xì)鱗片狀，結(jié)晶不均勻、品位低，目前尚不具備利用價值。

巖漿作用的疊加及混合巖化作用對石墨礦床的片度至關(guān)重要，同樣是賦存于太古宇太華群的臨潼崇陽溝石墨礦因巖漿作用弱，石墨礦物以中細(xì)鱗片為主；而潼關(guān)善車峪石墨礦由于巖漿作用強(qiáng)烈、混合巖化作用強(qiáng)烈，石墨礦物結(jié)晶粗大；同樣賦存于長角壩巖群的洋縣鐵河石墨礦結(jié)晶細(xì)小，佛坪唐灣石墨礦結(jié)晶粗大也符合此規(guī)律。晶質(zhì)石墨礦的形成是區(qū)域變質(zhì)作用、巖漿作用、混合巖化作用多種成礦熱活動復(fù)合疊加的結(jié)果，尤其是大鱗片晶質(zhì)石墨更是如此。

3 陜西省石墨礦成礦區(qū)帶劃分

3.1 成礦區(qū)帶劃分原則

本次陜西省石墨礦成礦區(qū)帶劃分中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級成礦區(qū)帶根據(jù)中國地質(zhì)科學(xué)院(徐志剛等，2008)對全國Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級成礦區(qū)帶的劃分；Ⅳ級成礦區(qū)帶參考《陜西省成礦單元劃分研究報告》(董王倉等，2015)；Ⅴ級成礦區(qū)帶為同一地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)礦床成因相同的礦集區(qū)及成礦潛力區(qū)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級成礦區(qū)帶冠名與全國成礦區(qū)帶一致；Ⅳ級成礦區(qū)帶冠名與陜西省成礦區(qū)帶一致；Ⅴ級成礦區(qū)帶冠名采用地理名稱+礦種+成礦區(qū)(帶)。

3.2 陜西省石墨礦成礦區(qū)帶劃分

在對陜西省石墨礦分布規(guī)律總結(jié)、成礦條件進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，針對礦石質(zhì)量好、價值高的晶質(zhì)石墨礦、隱晶質(zhì)石墨礦，在Ⅳ級成礦區(qū)帶基礎(chǔ)上，本次共劃分出6個石墨礦Ⅴ級成礦區(qū)帶(表3)(圖1)。

表3 陜西省石墨礦成礦單元劃分表Tab.3 Graphite metallogenic zone division table of Shaanxi Province

續(xù)表3

序號Ⅰ級成礦區(qū)帶(成礦域)Ⅱ級成礦區(qū)帶(成礦省)Ⅲ級成礦區(qū)帶Ⅳ級成礦區(qū)帶(成礦亞帶—若干礦田或遠(yuǎn)景區(qū)分布區(qū))Ⅴ級成礦區(qū)帶(礦田或遠(yuǎn)景區(qū))典型礦床3456Ⅰ-2 秦祁昆成礦域(疊加濱太平洋成礦域)Ⅱ-5 阿爾金祁連成礦省Ⅱ-7 秦嶺大別成礦省(東段)Ⅲ-21 北祁連成礦帶Ⅳ-21-1 隴山石墨成礦亞帶Ⅲ-66A 北秦嶺成礦帶Ⅳ-66A-2 太白商縣白云母紅柱石矽線石石墨成礦亞帶Ⅲ-66B 南秦嶺成礦帶Ⅳ-66B-4 白水江安康石墨滑石藍(lán)石棉成礦亞帶隴縣石墨成礦區(qū)……(Ⅴ-21-1-1)隴縣六橋石墨礦商洛沙河子—巒莊石墨成礦帶(Ⅴ-66A-2-1)庾家河石墨礦、黃柏岔石墨礦、王家溝石墨礦、大西溝石墨礦鳳縣—太白石墨成礦帶(Ⅴ-66A-2-2)鳳縣曲家溝—官溝石墨礦、太白縣牛咬溝晶質(zhì)石墨礦;銅峪、巖灣一帶隱晶質(zhì)石墨礦佛坪隆起及周邊石墨成礦區(qū)(Ⅴ-66B-4-1)洋縣鐵河石墨礦、佛坪縣唐灣石墨礦、秧田壩石墨礦

1.Ⅰ級成礦區(qū)(帶)；2.Ⅱ級成礦區(qū)(帶)；3.Ⅲ級成礦區(qū)(帶)；4.Ⅳ級成礦區(qū)(帶)；5.Ⅴ級成礦區(qū)(帶)；6.石墨成礦區(qū)帶；Ⅰ級成礦帶；Ⅰ-2.秦祁昆成礦域(疊加濱太平洋成礦域)；Ⅰ-4.古亞洲成礦域(疊加濱太平洋成礦域)；Ⅱ級成礦帶；Ⅱ-5.阿爾金-祁連成礦?。虎?7.秦嶺-大別成礦省(東段)；Ⅱ-14.華北(陸塊)成礦??；Ⅲ級成礦帶；Ⅲ-61.山西斷降(渭河盆地)成礦帶；Ⅲ-63.華北陸塊南緣(小秦嶺)成礦帶；Ⅲ-21.北祁連成礦帶；Ⅲ-66A.北秦嶺成礦帶；Ⅲ-66B.南秦嶺成礦帶；Ⅳ級成礦帶；Ⅳ-61-2.臨潼-藍(lán)田石墨非金屬成礦亞帶；Ⅳ-61-1.太華斷隆石墨蛭石成礦亞帶；Ⅳ-21-1.隴山石墨成礦亞帶；Ⅳ-66A-2.太白-商縣白云母紅柱石矽線石石墨成礦亞帶；Ⅳ-66B-4.白水江-安康石墨滑石藍(lán)石棉成礦亞帶；Ⅴ級成礦帶；Ⅴ-61-2-1.臨潼石墨成礦區(qū)；Ⅴ-63-1-1.潼關(guān)石墨成礦區(qū)；Ⅴ-21-1-1.隴縣石墨成礦區(qū)；Ⅴ-66A-2-1.商洛沙河子-巒莊石墨成礦帶；Ⅴ-66A-2-2.鳳縣-太白石墨成礦帶；Ⅴ-66B-4-1.佛坪隆起及周邊石墨成礦區(qū)圖1 陜西省石墨礦成礦單元劃分圖Fig.1 The division map of graphite metallogenetic，Shaanxi province

3.2.1 潼關(guān)石墨成礦區(qū)(Ⅴ-63-1-1)

位于潼關(guān)蒿岔峪至陜豫界。出露地層為太古宙太華群板石山組。該區(qū)內(nèi)賦礦地層老，經(jīng)歷了長期的區(qū)域變質(zhì)作用，變質(zhì)程度為角閃巖相-麻粒巖相，在此基礎(chǔ)上又疊加了強(qiáng)烈混合巖化作用、巖漿作用，使得該區(qū)內(nèi)石墨礦具有鱗片大、品位高的特點(diǎn)。

目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)潼關(guān)馬蜂峪、銅峪、銅峪李家溝、善車峪、碾頭岔、立峪6處礦床及礦點(diǎn)，顯示出良好的成礦條件和找礦前景。本區(qū)石墨礦找礦方向?yàn)閮?yōu)質(zhì)超大鱗片晶質(zhì)石墨礦。

3.2.2 臨潼石墨成礦區(qū)(Ⅴ-61-2-1)

位于臨潼南部驪山南麓。出露地層為太古宇太華群板石山組，變質(zhì)程度為角閃巖相，該成礦區(qū)巖漿活動較弱，石墨礦物以中細(xì)鱗片為主。

目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)崇陽溝石墨礦、驪山石墨礦、粟溝石墨礦，具有良好的成礦條件和找礦前景。根據(jù)陜西省礦產(chǎn)資源規(guī)劃本區(qū)屬于驪山風(fēng)景名勝區(qū)保護(hù)范圍，不適宜進(jìn)行勘查開發(fā)。

3.2.3 隴縣石墨成礦區(qū)(Ⅴ-21-1-1)

位于隴山北麓隴縣固關(guān)鎮(zhèn)、天城鎮(zhèn)一帶。出露地層為古元古界隴山巖群，含礦巖系為石英片巖、大理巖系夾石墨片巖段，變質(zhì)程度為角閃巖相，該成礦區(qū)巖漿活動強(qiáng)烈，石墨礦物以中-大鱗片為主。

目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)隴縣六橋石墨礦，區(qū)內(nèi)含礦地層分布廣泛、巖漿活動強(qiáng)烈，具有良好的成礦條件和找礦前景。本區(qū)石墨礦找礦方向?yàn)閮?yōu)質(zhì)大鱗片晶質(zhì)石墨礦。

3.2.4 商洛沙河子-巒莊石墨成礦帶(Ⅴ-66A-2-1)

位于商洛市沙河子至丹鳳、商南一帶。出露含石墨地層主要為古元古界秦嶺巖群雁嶺溝組,含石墨的雁嶺溝組為區(qū)域變質(zhì)作用形成低角閃巖相-高角閃巖相變質(zhì)巖系，其次局部范圍經(jīng)歷了混合巖化，為富碳地層變質(zhì)，為石墨礦體提供了有利條件。該區(qū)石墨礦物以大鱗片為主。

根據(jù)陜西省礦產(chǎn)資源規(guī)劃本區(qū)屬于石墨螢石重點(diǎn)調(diào)查區(qū)。目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)庾家河石墨礦、黃柏岔石墨礦、王家溝石墨礦和大西溝石墨礦等，區(qū)內(nèi)含礦地層分布廣泛、巖漿活動強(qiáng)烈，顯示出良好的成礦條件和找礦前景。本區(qū)石墨礦找礦方向?yàn)閮?yōu)質(zhì)大鱗片晶質(zhì)石墨礦。

3.2.5 鳳縣-太白石墨成礦帶(Ⅴ-66A-2-2)

位于鳳縣唐藏至太白鸚鴿一帶。出露含石墨地層主要為古元古界秦嶺巖群雁嶺溝組,含石墨的雁嶺溝組變質(zhì)程度達(dá)到高角閃巖相，石墨礦物以中-大鱗片為主。同時該區(qū)域零星分布有石炭系草涼驛組，巖性為砂礫巖泥質(zhì)巖互層夾煤層，北部廣泛分布有天臺山巖體，煤層受接觸熱變質(zhì)作用影響形成高品位隱晶質(zhì)石墨。

目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鳳縣曲家溝-官溝石墨礦、太白縣牛咬溝晶質(zhì)石墨礦，銅峪、巖灣一帶隱晶質(zhì)石墨礦等，區(qū)內(nèi)含礦地層分布廣泛，巖漿活動強(qiáng)烈，具有良好的成礦條件。該區(qū)石墨礦找礦方向?yàn)橹?大鱗片晶質(zhì)石墨礦及隱晶質(zhì)石墨。

3.2.6 佛坪隆起及周邊石墨成礦區(qū)(Ⅴ-66B-4-1)

位于佛坪縣城周邊及南部洋縣鐵河至秧田壩一帶。區(qū)內(nèi)出露地層為下古生界長角壩巖群，為一套達(dá)高角閃巖相變質(zhì)的富鋁富碳碎屑-碳酸鹽巖孔茲巖系，其中低莊溝巖組，黑龍?zhí)稁r組為石墨主要賦礦地層。元古宙、古—中生代侵入巖侵入長角壩巖群，造成長角壩巖群呈殘片狀、殘塊狀構(gòu)造巖片、巖塊、殘留體產(chǎn)出。佛坪熱隆構(gòu)造活動為石墨礦物的結(jié)晶提供了持續(xù)、豐富的熱源，石墨礦物結(jié)晶程度具有熱隆構(gòu)造核心向外逐漸減弱的趨勢，佛坪周邊以中粗鱗片石墨為主，南部鐵河—秧田壩一帶以中細(xì)鱗片石墨為主。

目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有洋縣鐵河石墨礦、佛坪縣唐灣石墨礦、秧田壩石墨礦等，區(qū)內(nèi)含礦地層分布廣泛，具有較好的成礦條件。本區(qū)石墨礦找礦方向佛坪周邊以中粗鱗片石墨為主，南部以中細(xì)鱗片石墨為主。

4 結(jié)論

陜西省石墨礦床按成因可劃分為區(qū)域變質(zhì)型和接觸變質(zhì)型。石墨礦床系含碳地層受變質(zhì)而形成，其控制因素主要有賦礦地層因素、構(gòu)造因素和成礦作用因素，具有明顯的規(guī)律性。優(yōu)質(zhì)的大鱗片晶質(zhì)石墨礦形成是區(qū)域變質(zhì)作用、巖漿作用、混合巖化作用多種成礦熱活動復(fù)合疊加的結(jié)果。依據(jù)陜西省石墨礦分布規(guī)律、成礦條件、礦石質(zhì)量和礦產(chǎn)價值等，共劃分出6個Ⅴ級成礦區(qū)帶。其中，潼關(guān)石墨成礦區(qū)鱗片片度大，全國罕見，應(yīng)用前景好；商洛沙河子-巒莊石墨成礦帶、佛坪隆起及周邊石墨成礦區(qū)成礦條件好，石墨礦物片徑大，礦床規(guī)模大，具有較好的找礦前景。