河南內(nèi)鄉(xiāng)葉坪—七里坪石墨礦地質(zhì)特征及礦床成因分析

喻廣軍，胡 偉，余芳菲

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

葉坪—七里坪石墨礦床位于河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣，為一處中型晶質(zhì)石墨礦床，區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4條石墨礦帶，從中圈出7個(gè)石墨礦體，區(qū)內(nèi)石墨礦賦存于秦嶺群雁嶺溝組地層大理巖和片麻巖中，含礦巖層產(chǎn)出特征較為復(fù)雜。本文對葉坪—七里坪石墨礦床從地層、構(gòu)造、巖漿作用、變質(zhì)作用、礦體特征、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造等地質(zhì)特征進(jìn)行了分析研究。結(jié)合礦區(qū)野外勘查和前人研究成果，分析了礦床成因，初步總結(jié)了成礦模式和找礦標(biāo)志，對今后北秦嶺褶皺帶的石墨礦找礦工作提供了一定的借鑒意義。

1 區(qū)域成礦背景

內(nèi)鄉(xiāng)縣葉坪—七里坪石墨礦床地處秦嶺褶皺系東段，屬秦嶺褶皺系北秦嶺褶皺帶朱陽關(guān)—柳泉鋪石墨成礦帶[1]。區(qū)域構(gòu)造線方向主要為北西西向，地層區(qū)劃屬秦嶺地層區(qū)、北秦嶺分區(qū)、西峽南召小區(qū)，該區(qū)出露地層以變質(zhì)地層為主，主要有古元古界秦嶺群(Pt1qn)和下古生界二郎坪群(Pz1er)，其余為中新生代沉積地層，主要有白堊系(K)[2]。大地構(gòu)造環(huán)境所屬性質(zhì)為邊緣活動地帶，具有多期旋回構(gòu)造、巖漿巖活動的特點(diǎn)，為本區(qū)石墨礦產(chǎn)的富集提供了有利條件。

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要為區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化作用，變質(zhì)程度達(dá)角閃巖相。秦嶺群地層以火山巖建造為主，各種大的斷裂構(gòu)造運(yùn)動使其形成線性褶皺，并發(fā)生強(qiáng)烈區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化作用，雁嶺溝組原為一套正常淺海環(huán)境下的碎屑巖—碳酸鹽夾火山巖組合，經(jīng)變質(zhì)作用形成大理巖類和片麻巖類等變質(zhì)巖作用組合，并形成變質(zhì)礦產(chǎn)—石墨。在變質(zhì)作用過程中，變質(zhì)熱液較為活躍，促進(jìn)了石墨礦物的富集，并使其片徑增大。

2 成礦地質(zhì)條件

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)主要出露古元古界秦嶺群地層，呈北西—南東向展布。由老到新依次為雁嶺溝組(Pt1y)、石槽溝組(Pt1s)、第四系(Q)地層(圖1)。

圖1 葉坪—七里坪石墨礦區(qū)地質(zhì)簡圖

秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)分布于礦區(qū)中南部，巖層總體走向近東西向。主要巖性為白云石大理巖，含石墨大理巖及片麻巖，是石墨礦的主要賦存層位。秦嶺群石槽溝組(Pt1s)分布于礦區(qū)西北部，巖層總體走向北西—南東。該段地層主要巖性為石榴石、斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖及大理巖。與下伏地層雁嶺溝組(Pt1y)呈整合接觸關(guān)系。第四系(Q)主要分布于礦區(qū)東北部，主要為近代河床堆積砂土、砂、砂礫層[3]。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)的斷裂較發(fā)育，斷裂傾向10～30°、寬約4～20m，為成礦前的斷裂。斷裂是巖漿及含礦熱液的活動通道，也是容礦的有利部位。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不甚發(fā)育，雁嶺溝組地層局部出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)及小型背斜、向斜構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)范圍內(nèi)巖漿巖出露面積較小，主要出露于礦區(qū)西北部。巖性為黑云母花崗巖：黃色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為長石(40%～45%)、石英(25%～30%)，次要礦物為黑云母(6% ～ 8%)。

2.4 變質(zhì)作用

礦區(qū)地處秦嶺變質(zhì)地區(qū)，以區(qū)域變質(zhì)作用為主，形成了一套中變質(zhì)巖系。變質(zhì)巖石類型有大理巖類：大理巖、白云質(zhì)大理巖、白云石大理巖、含石墨大理巖等；片(麻)巖類：黑云斜長角閃片巖、黑云角閃片巖、鉀長黑云片麻巖、石榴矽線片巖、斜長角閃片麻巖、石墨片巖等；長英質(zhì)變粒巖類；石英巖、長石石英巖等。

秦嶺群雁嶺溝組含石墨地層，原為一套淺?！獮I海相的含碳質(zhì)的鈣質(zhì)沉積以及泥沙質(zhì)沉積，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用使巖石中分散的碳質(zhì)集中結(jié)晶，而形成石墨礦層。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦帶地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)出露地表的共有4條石墨礦帶，分別編號為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。對2個(gè)測區(qū)開展工作，Ⅰ號測區(qū)位于礦區(qū)東南部(圖2)，Ⅲ號石墨礦帶長度約940m，真厚度1.14～7.40m，呈似層狀，脈狀、透鏡狀，屬大理巖鱗片狀晶質(zhì)石墨礦帶；Ⅳ號石墨礦帶長度約1 500m，真厚度0.94～16.96m，呈脈狀、似層狀，屬片麻巖型鱗片狀晶質(zhì)石墨礦帶[4]。

圖2 Ⅰ號測區(qū)地質(zhì)簡圖

Ⅱ號測區(qū)位于礦區(qū)西北部(圖3)。Ⅴ號石墨礦帶長度約450m，真厚度1.42～10.33m，呈脈狀、似層狀，屬片麻巖型鱗片狀晶質(zhì)石墨礦帶；Ⅵ號石墨礦帶長度約700m，真厚度2～11m，走向近東南向，呈脈狀、似層狀，屬大理巖鱗片狀晶質(zhì)石墨礦帶。

3.2 礦體地質(zhì)特征

礦區(qū)在4條石墨礦帶內(nèi)共圈出石墨礦體7條，主要賦存在古元古界秦嶺群雁嶺溝組的片麻巖和大理巖中，各礦體呈似層狀、脈狀或透鏡狀，總體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致(表1)?，F(xiàn)對區(qū)內(nèi)主要石墨礦體Ⅲ-1、Ⅳ-2的特征詳述如下。

Ⅲ-1號石墨礦體主要分布于礦區(qū)中南部，礦體產(chǎn)于秦嶺群雁嶺溝組大理巖內(nèi)，長度約800m，延深約240m，賦存標(biāo)高為181～353m，埋深0～150m，厚度1.41～7.40m，平均厚度2.89m，厚度變化系數(shù)57.78%；品位3.96%～17.39%，平均品位6.98%，品位變化系數(shù)65.94%；產(chǎn)狀169～230°∠35～65°， 礦體形態(tài)呈似層狀、脈狀。

圖3 Ⅱ號測區(qū)地質(zhì)簡圖

Ⅳ-2號石墨礦體主要分布于礦區(qū)中南部(圖4)，礦體產(chǎn)于秦嶺群雁嶺溝組片麻巖內(nèi)，礦體與頂?shù)装逍遍L角閃片麻巖、鉀長黑云片麻巖、大理巖界限明顯，長度約950m，延深約196m，賦存標(biāo)高為228～360m，埋深0～149m，礦體形態(tài)呈似層狀、脈狀。厚度0.94～16.96m，平均厚度4.71m，厚度變化系數(shù)87.45%；品位2.63%～9.86%，平均品位3.51%，品位變化系數(shù)51.22%；產(chǎn)狀182～246°∠36～57°，受構(gòu)造影響，產(chǎn)狀局部變化明顯，使礦體沿走向、傾向方向有扭動彎曲現(xiàn)象。

表1 礦體特征

圖4 Ⅳ-2號石墨礦體地質(zhì)剖面圖

3.3 礦石質(zhì)量特征

區(qū)內(nèi)礦石類型簡單，主要為片麻巖型和大理巖型晶質(zhì)鱗片狀石墨礦石，以片麻巖型石墨礦石為主，大理巖型礦石主要為Ⅲ-1、Ⅵ-1兩個(gè)礦體，分布于礦區(qū)中南部Ⅰ號測區(qū)內(nèi)和西北部的Ⅱ號測區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)地表礦石較疏松，為風(fēng)化、半風(fēng)化礦石，深部鉆孔礦石致密堅(jiān)硬，為原生礦石。

3.3.1 礦石礦物成分

本區(qū)片麻巖型礦石的礦物成分主要是鉀長石(20%～25%)、斜長石(20%～25%)、石英(10%～40%)、石墨(7%～20%)和云母(6%～20%)，其次含少部分黃鐵礦(2%～9%)。

大理巖型礦石的礦物成分以方解石(47%～87%)為主，其次為白云石(10%～20%)、金云母(10%～15%)、石英(0%～15%)和石墨(1%～9%)，少見蛇紋石(2%)，金屬礦物僅見少量褐鐵礦，偶見黃鐵礦。

主要礦物特征：石墨以單礦物形式賦存于礦石中，呈銀灰色，鱗片狀及次鱗片狀，片度在0.05～0.3mm，大部分平行片麻理方向出現(xiàn)。局部富集呈塊狀、團(tuán)塊、條帶、條紋狀分布。石墨鱗片質(zhì)軟，手摸有滑感，黑色污手。在局部構(gòu)造作用強(qiáng)烈地段，石墨鱗片受到破壞，粒徑變得很小。黃鐵礦主要見于深部鉆孔中，以浸染狀、細(xì)脈狀分布于裂隙中。斜長石主要存在與斜長片麻巖型石墨礦中，呈板柱狀—細(xì)粒狀，普遍具高嶺石化，即斜長石被高嶺石交代，高嶺石化后呈白色，硬度小，形成由纖維隱晶狀高嶺石構(gòu)成的集合體，含量30%～80%。方解石主要存在于大理巖型石墨礦中，呈他形—半自形粒狀，大小在0.3～0.8mm，含量50%～80%。矽線石主要賦存于矽線石榴片巖中，呈纖維狀、纖柱狀結(jié)構(gòu)，定向排列。

3.3.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

根據(jù)鏡下鑒定及野外觀察，礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片變晶結(jié)構(gòu)，石墨呈顯微鱗片狀，鱗片有彎曲現(xiàn)象，定向排列，交代結(jié)構(gòu)，褐鐵礦交代黃鐵礦。

礦石構(gòu)造為片麻狀構(gòu)造、片狀構(gòu)造，局部呈塊狀、條帶狀構(gòu)造。片狀構(gòu)造：主要礦石中的鱗片狀石墨形成定向、平行、斷續(xù)和有規(guī)律的排列；條帶狀構(gòu)造：礦石中石墨礦物與脈石礦物呈條帶狀沿礦脈走向相間分布。

3.3.3 礦石化學(xué)成分

各礦體固定碳含量為3.51%～10.18%，平均品位5.2%。本次對礦區(qū)片麻巖型的礦石均進(jìn)行了化學(xué)全分析，根據(jù)礦石化學(xué)全分析來看，礦石化學(xué)成 分 主 要 為 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、CaO(表 2)。

表2 化學(xué)全分析結(jié)果

3.3.4 石墨片度

晶質(zhì)(鱗片狀)石墨的片度不同，其工業(yè)用途及經(jīng)濟(jì)價(jià)值相差較大。根據(jù)區(qū)域石墨片度鑒定結(jié)果，石墨鱗片一般大小為0.08～0.615mm。根據(jù)區(qū)內(nèi)的40個(gè)石墨鱗片分析結(jié)果(表3)，區(qū)內(nèi)+50目平均含量為64.35%；+50目～+80目平均含量為4.99%；+80目～+100目平均含量為18.91%；小于100目平均含量為9.51%。區(qū)內(nèi)石墨粒徑較大，開發(fā)利用前景較好。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

該區(qū)地處秦嶺變質(zhì)地區(qū)，以區(qū)域變質(zhì)作用為主，形成了一套中變質(zhì)巖系。秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)為一套淺海相含炭碎屑巖—鈣泥質(zhì)巖—碳酸鹽巖建造，夾基性火山巖，有中酸性侵入巖，區(qū)內(nèi)石墨礦主要賦存于大理巖和片(麻)巖地層中，其原巖屬含炭鈣質(zhì)泥質(zhì)巖或含炭泥灰?guī)r，后經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用使巖石中分散的碳質(zhì)集中結(jié)晶，而形成石墨礦層，因此該區(qū)石墨礦受原巖性質(zhì)的控制十分明顯。

表3 石墨粒度統(tǒng)計(jì)

秦嶺群地層以火山巖建造為主，各種大的斷裂構(gòu)造運(yùn)動使其形成線性褶皺，并發(fā)生強(qiáng)烈區(qū)域變質(zhì)作用及混合巖化作用，其成礦物質(zhì)來源于巖石中的有機(jī)碳，主要經(jīng)中壓高角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用形成石墨礦。從雁嶺溝組的變質(zhì)礦物組合來看，變泥質(zhì)碎屑巖出現(xiàn)特征的高溫矽線石、鐵鋁榴石、高溫硅灰石、透輝石，因此其變質(zhì)相主要應(yīng)屬高角閃巖相，結(jié)合區(qū)域變質(zhì)情況，應(yīng)屬中壓相系，推測其形成溫度為600～700℃，壓力為2×108～8×108Pa[5]。在變質(zhì)作用過程中，變質(zhì)溫度和壓力為主要控礦因素，變質(zhì)熱液較為活躍，促進(jìn)了石墨礦物的重結(jié)晶富集，由于后期構(gòu)造作用和鉀化、硅化為主混合巖化作用，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，最終形成晶質(zhì)石墨礦床[6-7]。本區(qū)礦床成因?qū)儆趨^(qū)域變質(zhì)型石墨礦床。

4.2 成礦模式

礦區(qū)石墨礦床成因類型為區(qū)域變質(zhì)型礦床，經(jīng)過對比分析可劃分為以下三個(gè)階段：①沉積成巖階段：太古代時(shí)期，在淺海穩(wěn)定的沉積環(huán)境中，泥質(zhì)、砂質(zhì)、粘土質(zhì)及含有機(jī)碳的泥灰質(zhì)、富鎂碳酸鹽形成有序沉積，在后期成巖過程中有機(jī)質(zhì)發(fā)生分解、遷移，使碳質(zhì)成分發(fā)生相對富集，出現(xiàn)碳質(zhì)富集巖段；②區(qū)域變質(zhì)階段：在中壓高角閃巖相區(qū)域變質(zhì)作用中，受巖漿熱液活動影響，碳質(zhì)組分發(fā)生了重結(jié)晶作用，并在有利層位富集，形成含石墨巖層；③混合巖化階段：后期熱液疊加發(fā)生混合巖化階段的重結(jié)晶作用，使石墨巖層中的石墨鱗片片度增大，混合巖化的重熔作用，使部分碳質(zhì)遷移，形成石墨礦體[8]。

4.3 找礦標(biāo)志

雁嶺溝組地層為本區(qū)石墨礦直接找礦層位，區(qū)域褶皺構(gòu)造發(fā)育，向斜的軸部和背斜的兩翼，并有擠壓破碎及輕微混合巖化地段為成礦有利部位，石墨礦物用肉眼易于鑒別，可直接指示石墨礦的存在[9]。

區(qū)內(nèi)含石墨大理巖與片麻巖交互出現(xiàn)，石墨礦主要賦存雁嶺溝組地層的大理巖和片麻巖中，巖石中一般也含有少量石墨，含石墨大理巖及含石墨斜長角閃片麻巖可直接作為石墨礦找礦標(biāo)志。