窯坪地區(qū)石墨礦成因分析

吳曉勇

(陜西省一九四煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000)

0 引言

石墨是一種結(jié)晶形碳(C)。六方晶系，典型的層狀結(jié)構(gòu)，碳原子成層排列，每個(gè)碳與相鄰的碳之間等距相連。因具有耐高溫性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、潤滑性、化學(xué)穩(wěn)定性、可塑性、抗熱震性、高傳導(dǎo)透明性等特殊性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、新能源、信息技術(shù)、高端制造、環(huán)保、新材料等領(lǐng)域。曾有專家預(yù)言“20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，21世紀(jì)將是碳的世紀(jì)”(第四次世界工業(yè)革命)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用[1-3]。

1 區(qū)域成礦背景

該地區(qū)大地構(gòu)造位置總體屬于南秦嶺構(gòu)造帶，具體位置位于北部商丹蛇綠構(gòu)造混雜巖帶與南部勉略蛇綠構(gòu)造混雜巖帶之間的佛坪—留壩隆滑構(gòu)造區(qū)[4-6]。北部以留壩—黃柏源滑脫構(gòu)造與石炭紀(jì)至三疊紀(jì)的鳳太伸展盆地?cái)囫迬噙B，西部和南部以雙溪推覆構(gòu)造為界與石炭紀(jì)至三疊紀(jì)張家坪—窯坪裂陷盆地?cái)囫迬噙B。

1.1 區(qū)域地層

從區(qū)域地層空間分布特征與窯坪地區(qū)相鄰地層的相關(guān)性來看，關(guān)系密切的區(qū)域地層主要有古元古界低莊溝巖組(Pt1d)、沙壩巖組(Pt1s)、灣牛壩巖組(Pt1w)地層及其上部發(fā)育的石炭紀(jì)—三疊紀(jì)鳳太伸展盆地建造的地層[7-8]。其中古元古界地層主要分布于鐵河街—茅坪街一帶，呈構(gòu)造巖塊(片)產(chǎn)出，與周圍地層均呈構(gòu)造接觸，構(gòu)成了佛坪變質(zhì)核雜巖；伸展盆地建造的地層僅為大楓溝組細(xì)碎屑巖沉積建造。

低莊溝組(Pt1d)：含石榴石透輝石透閃石變粒巖、方解透輝石長石變粒巖、含石墨透輝變粒巖、含石榴石矽線石墨黑云斜長變粒巖等。

沙壩巖組(Pt1s)：粗晶大理巖、含石墨粗晶大理巖及白云質(zhì)大理巖。

灣牛壩巖組(Pt1s)：含石榴矽線石墨斜長片麻巖、含矽線石黑云斜長片麻巖、含石墨矽線黑云石英片巖等。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

從區(qū)域大地構(gòu)造位置來看，窯坪地區(qū)大地構(gòu)造位置總體屬于南秦嶺構(gòu)造帶，具體位置位于北部商丹蛇綠構(gòu)造混雜巖帶與南部勉略蛇綠構(gòu)造混雜巖帶之間的佛坪—留壩隆滑構(gòu)造區(qū)。北部以留壩—黃柏源滑脫構(gòu)造與石炭紀(jì)至三疊紀(jì)的鳳太伸展盆地?cái)囫迬噙B，西部和南部以雙溪推覆構(gòu)造為界與石炭紀(jì)至三疊紀(jì)張家坪—窯坪裂陷盆地?cái)囫迬噙B。

1.3 巖漿巖

區(qū)域侵入巖廣泛發(fā)育，主要分布于中、西、北部。區(qū)域巖漿巖帶為南秦嶺印支期巖漿巖帶，屬于華陽巖體(前人稱之為光頭山超單元)，由多個(gè)侵入體組成，主要侵入體特征如圖1所示。

圖1 陜西省花崗巖類主要巖體分布圖

1.4 區(qū)域礦產(chǎn)級(jí)分布規(guī)律

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)主要有鐵、銅、以及金紅石礦、石墨等10余種。其中在志留系碳酸鹽巖和石墨絹云母片巖中發(fā)現(xiàn)銅礦點(diǎn)及褐鐵礦點(diǎn)10余處，代表礦床有城固縣花廟子村銀硐灣銅礦、洋縣鐵河鄉(xiāng)上塔灣褐鐵礦、八里關(guān)銅礦、鐵河石墨、金紅石礦。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 礦區(qū)地層

區(qū)內(nèi)古元古界長角壩巖群地層分布范圍大，出露的主要地層有：低莊溝巖組(Pt1d)、沙壩巖組(Pt1s)、灣牛壩巖組(Pt1w)。

低莊溝巖組(Pt1d)：分布于區(qū)內(nèi)中東部及東部出露，主要分布于羅權(quán)溝、碾子溝至大東溝一帶。與頂部沙壩巖組(Pt1s)為平行接觸關(guān)系，以其間的石英巖為標(biāo)志進(jìn)行劃分。巖性以含黑云斜長變粒巖為主，局部夾有薄層狀黑云斜長片麻巖，底部有一層不甚穩(wěn)定的薄層石英巖。

沙壩巖組(Pt1s)：分布于區(qū)內(nèi)中部及東部大面積出露，分布于銀廠灣、八龍廟至大東溝一帶，分布范圍較廣。巖性以透輝石大理巖、含石墨大理巖為主，白色、灰白色，中厚層狀，粒狀變晶結(jié)構(gòu)。主要礦物為方解石，含少量的石英及透閃-透輝石，普遍含較多的黑色硅質(zhì)巖條帶為其特征，石墨均呈星點(diǎn)狀分布。

灣牛壩巖組(Pt1w)：區(qū)內(nèi)大面積出露，分布于區(qū)中部及東北部。通過地質(zhì)修測將其分為4個(gè)巖性段，即含石墨黑云斜長片麻巖段(Pt1w1)、大理巖段(Pt1w2)、含石墨黑云斜長片麻巖段(Pt1w3)及含石榴矽線石鈣質(zhì)片麻巖、鈣質(zhì)片巖巖性段(Pt1w4)。其中第一巖性段(Pt1w1)和第三巖性段(Pt1w3)為主要含石墨礦層位。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

在區(qū)域構(gòu)造位置上處于關(guān)帝廟—酉水復(fù)式背斜的北東翼，區(qū)內(nèi)構(gòu)造不太復(fù)雜，無較大的褶皺和斷層，褶皺均為寬緩的褶皺，區(qū)外圍以鐵河向斜為主，但層間小撓曲較發(fā)育。斷層則以北西向、北東向斜切斷層為主。區(qū)內(nèi)見有4條斜交斷層(F1、F2、F3、F4)。

F1斷層：西起大巖溝，東至毛家溝，是區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷層，該斷層屬于正斷層，沿?cái)鄬映Ｒ娪行〉幕◢弾r脈侵入、局部可見細(xì)小斷層破碎帶。

F2斷層：位于井壩溝北東方向一帶，為一層間斷層，規(guī)模較小，其形成時(shí)代晚于F1斷層，為逆斷層。

F3斷層：位于八龍廟一帶，為一層間斜切斷層，規(guī)模較小，為正斷層。該斷層遠(yuǎn)離石墨礦體，對礦體無影響。

F4斷層：位于羅權(quán)溝一帶，與F3斷裂近乎平行產(chǎn)出，為一層間斜切斷層，規(guī)模較小，為一正斷層。該斷層遠(yuǎn)離石墨礦體，對礦體無影響。

2.3 巖漿巖

窯坪鄉(xiāng)地區(qū)位于勉縣—洋縣深大斷裂北側(cè)，為秦嶺地槽區(qū)，屬南秦嶺褶皺帶。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)頻繁，熱液活動(dòng)強(qiáng)烈。

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為中生代三疊紀(jì)的華陽巖體，華陽巖體在區(qū)內(nèi)出露單元為天華山單元(TnrT)和木河單元(TnrM)，其巖性均為二長花崗巖，分布范圍廣，出露面積大，主要分布于該地區(qū)的西部、北部，成較大的巖基產(chǎn)出。其次為太古界的中粒角閃花崗巖、偉晶巖脈、石英脈分布于預(yù)查區(qū)的中部和南部，呈巖株及巖脈狀產(chǎn)出。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)3條石墨礦體(Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào))，均為晶質(zhì)石墨。且均近南北向呈平行條帶狀分布，層間夾層為片麻巖、大理巖，偶見1.0～2.3 m厚石英片巖。

Ⅰ號(hào)石墨礦體：賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第一巖性段，該段巖性主要為含石墨黑云斜長片麻巖，局部夾薄層含石墨石英片巖。該礦體地表出露標(biāo)高1 140～1 380 m，走向282°～347°，傾向192°～257°，傾角19°～34°，經(jīng)地表槽探揭露，其長約6.34 km，寬約2.8～26.5 m。通過樣品測試化驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，礦體品位(固定碳含量)為3.5～9.54%。品位變異系數(shù)0.31，品位較穩(wěn)定。

Ⅱ號(hào)石墨礦體：賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第三巖性段，該段巖性主要為：含石墨黑云斜長片麻巖，夾薄層含含石墨石英巖或透鏡體大理巖。該礦體地表出露標(biāo)高1 210～1 510 m。走向285°～346°，傾向195°～256°，傾角16°～37°，經(jīng)地表槽探揭露，其長約6.57 km，寬約3.5～30.0 m。通過樣品測試化驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，礦體品位(固定碳含量)為3.5%～10.22%，品位變異系數(shù)0.21，品位穩(wěn)定。

Ⅲ號(hào)石墨礦體：賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第三巖性段，該段巖性主要為：含石墨黑云斜長片麻巖，夾薄層含石墨石英巖或透鏡體大理巖。該礦體地表出露標(biāo)高1 270～1 590 m，走向68°～256°，傾向160°～338°，傾角21°～37°，經(jīng)地表槽探揭露，其長約3.07 km，寬約4.1～12.0 m。通過樣品測試化驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，礦體品位(固定碳含量)為3.5%～15.06%，品位變異系數(shù)0.30，品位較穩(wěn)定。

3.2 礦石特征

石墨礦石中的礦物成分主要為鋁硅酸巖礦物，碳酸鹽、硫化物礦物中等，故礦石易氧化。礦石中唯一的硫化礦物為黃鐵礦，地表露頭上可見到新鮮的黃鐵礦晶體和集合體，地表工程中常見黃鐵礦風(fēng)化成褐鐵礦，加之石墨礦石均為堅(jiān)硬的塊狀，因此認(rèn)為窯坪鄉(xiāng)地區(qū)礦石主要為原生礦石。礦石中的礦物成分比較復(fù)雜，有用礦物有石墨、硅線石、金紅石，含量占礦物總含量的22%；雜質(zhì)礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、炭質(zhì)、褐鐵礦，含量占礦石礦物總量的15%；脈石礦物有斜長石、鉀長石、石英、白云母、黑云母、方解石、透輝石、透閃石等，含量占礦物總量的63%。按礦石中礦物的結(jié)晶程度、礦物形態(tài)及嵌布關(guān)系，將礦石結(jié)構(gòu)分為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)。常見構(gòu)造類型有片麻狀構(gòu)造和片狀構(gòu)造，其次還有條帶狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造和星散狀構(gòu)造。

因礦石中的石墨有90%以上呈葉片狀及鱗片狀產(chǎn)出，僅有10%以下為微晶質(zhì)及隱晶質(zhì)，但礦石中石墨礦物含量較低，平均僅5%左右，且石墨片徑大部分較小。因此，將礦石的工業(yè)類型劃分為中品位，細(xì)-中粒鱗片晶質(zhì)石墨礦石。

4 礦床成因分析及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

成礦物質(zhì)來源：區(qū)內(nèi)古元古界為濱-淺海相泥炭質(zhì)碎屑巖及碳酸鹽巖沉積，經(jīng)區(qū)域中-低溫動(dòng)力變質(zhì)作用，泥炭質(zhì)碎屑巖變質(zhì)成片麻巖，碳酸鹽巖結(jié)晶成為大理巖，炭質(zhì)成為石墨。古元古界長角壩巖群普遍含有石墨，在灣牛壩巖組片麻巖中富集成礦。此外，礦區(qū)北邊有印支期的華陽花崗巖基，在礦區(qū)的西部和南部分布較多的印支期花崗巖、花崗偉晶巖的巖株、巖枝和巖脈。由于它們的侵入，發(fā)生區(qū)域熱流動(dòng)力變質(zhì)作用，使巖石中的炭組份進(jìn)一步分解、運(yùn)移、聚集、結(jié)晶而形成鐵河石墨礦床。

礦床類型：窯坪鄉(xiāng)地區(qū)石墨礦主要賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第一巖性段和第三巖性段中的片麻巖中，其分布和富集受層位和巖性控制，區(qū)域動(dòng)力熱流變質(zhì)對石墨的形成和富集起到了至關(guān)重要的作用。因此，根據(jù)有關(guān)石墨礦床成因類型劃分的要求，將礦床成因類型劃為濱-淺海相沉積-區(qū)域變成礦床，其工業(yè)類型劃為中-深變質(zhì)巖系中的晶質(zhì)石墨礦床。

4.2 找礦標(biāo)志

石墨礦床賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組地層中，區(qū)內(nèi)西起毛家溝，東到倒西溝均有分布，并發(fā)現(xiàn)有多處石墨礦點(diǎn)，是尋找石墨礦的理想地層層位。黑云斜長片麻巖、大理巖交替出現(xiàn)地段的片麻巖中往往形成石墨礦層，而片麻巖在地貌上大多形成負(fù)地形。石墨呈灰-深灰色的鱗片狀，易于識(shí)別，礦石中伴生有矽線石、金紅石及少量黃鐵礦，黃鐵礦風(fēng)化后形成褐鐵礦侵染或斑點(diǎn)，是尋找石墨較明顯的標(biāo)志。

5 結(jié)語

洋縣窯坪鄉(xiāng)地區(qū)石墨礦，處于秦嶺褶皺系，南秦嶺印支期褶皺帶白水江-白河褶皺束中部，這是礦床形成和分布的區(qū)域構(gòu)造條件；含礦巖系屬古元古界長角壩巖群灣牛壩巖組，為一套濱-淺海相沉積的含碳泥砂質(zhì)碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，石墨礦體賦存于碎屑巖之內(nèi)，這是石墨形成的地層和巖性條件；區(qū)內(nèi)地層和巖石均遭區(qū)域變質(zhì)，由于該區(qū)印支期酸性侵入巖活動(dòng)，使其進(jìn)一步產(chǎn)生熱流變質(zhì)，因此，區(qū)內(nèi)巖石變質(zhì)較深，這是區(qū)內(nèi)石墨礦形成的最重要的條件。初步認(rèn)為礦床成因類型應(yīng)屬于沉積—區(qū)域變成礦床，其工業(yè)類型應(yīng)屬于中-深變質(zhì)的晶質(zhì)石墨礦床。在該工作區(qū)之外，特別是區(qū)域上，含礦巖系分布廣泛，并發(fā)現(xiàn)有多處石墨礦點(diǎn)，通過進(jìn)一步勘查工作，有可能形成更大規(guī)模的工業(yè)礦床。