河南南召縣綿羊溝石墨礦床地質(zhì)特征及找礦前景分析

張道闊，徐衛(wèi)東，程繼鋒，張 旭

(河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450053)

河南省內(nèi)石墨資源較為豐富，載至2019年底保有石墨資源量2 934.6萬t[1]，礦床類型主要為區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦[2]。省內(nèi)主要有兩個(gè)石墨成礦帶：Ⅱ1華北地臺(tái)南緣靈寶—魯山—舞陽石墨成礦帶；Ⅱ2秦嶺—大別山褶皺系朱陽關(guān)—柳泉鋪石墨成礦帶[3-5]。南召縣綿羊溝石墨礦床即位于靈寶—魯山—舞陽石墨成礦帶內(nèi)，該帶成礦地質(zhì)條件較好，已發(fā)現(xiàn)礦床有靈寶市泉家峪中型石墨礦床、汝州市范莊(拉臺(tái))中型石墨礦床、魯山縣背孜大型石墨礦床、舞鋼市楊樹灣大型石墨礦床等[6-9](圖1)。綿羊溝石墨礦床是南召縣石墨勘查的新成果，與成礦帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)的上述大中型石墨礦床具有相同的成礦地質(zhì)背景。本文在總結(jié)礦床地質(zhì)特征基礎(chǔ)上，初步分析了礦床成因和找礦前景，認(rèn)為綿羊溝及附近地區(qū)具有中大型石墨礦的找礦前景。

圖1 河南石墨成礦帶礦床分布圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[4]修改)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

綿羊溝石墨礦床大地構(gòu)造位置屬華北板塊南緣構(gòu)造帶，橫跨盧氏—確山構(gòu)造帶和北秦嶺板內(nèi)增生帶兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。本區(qū)成礦劃為靈寶—舞陽與太古宙變質(zhì)有關(guān)的鐵、石墨礦床成礦亞系列[4]。地層分區(qū)屬于華北地層區(qū)—北秦嶺分區(qū)的南召小區(qū)，區(qū)內(nèi)地層主要有太古界太華群(Arth)片麻巖、中—上元古界寬坪群(Pt2-3K.)大理巖夾片巖、下古生界二郎坪群(Pz1E)和三疊系、侏羅系、白堊系。其中太華群為一套區(qū)域性中深變質(zhì)巖系，分布范圍廣，是區(qū)內(nèi)石墨的賦礦層。區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，且規(guī)模大、切割深，主要呈北西—南東向展布。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，以二長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖、花崗巖為主，少量閃長(zhǎng)巖(圖2)。變質(zhì)作用以區(qū)域變質(zhì)作用為主，動(dòng)力變質(zhì)作用和混合作用次之。在太古界太華群中普遍發(fā)生混合巖化作用，經(jīng)變質(zhì)作用形成片麻巖類和大理巖類等變質(zhì)巖組合，為石墨礦的形成提供了前提。

圖2 綿羊溝一帶區(qū)域地質(zhì)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層為太古界太華群(Arth)、中—上元古界寬坪群(Pt2-3K.)和第四系(圖3)。

圖3 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

太華群(Arth)分布最廣，出露寬大于1km，主要巖性有黑云斜長(zhǎng)混合片麻巖、角閃斜長(zhǎng)混合片麻巖、角閃二長(zhǎng)混合片麻巖、黑云角閃斜長(zhǎng)混合片麻巖及角礫狀、眼球狀混合花崗巖，局部夾斜長(zhǎng)角閃片巖、含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖透鏡體。已發(fā)現(xiàn)的石墨礦體均賦存于該地層中。

寬坪群(Pt2-3K.)分布于礦區(qū)中南部、欒川—維摩寺斷裂(F1)南側(cè)，主要巖性為淺灰—灰白色的厚—巨厚層狀大理巖、石英云母片麻、綠泥石英片巖。與下伏太華群呈斷層接觸關(guān)系。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡以斷裂為主，主要為欒川—維摩寺斷裂(F1)，呈北西—南東向延伸。礦區(qū)位于昭君垛—黑石頂復(fù)背斜的南西翼，褶皺不發(fā)育，地層總體為一單斜構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

巖漿巖分布于礦區(qū)南部，受斷裂控制明顯，巖性為晚元古代變花崗斑巖(Pt3γπ)；另有少量的細(xì)脈狀閃長(zhǎng)巖脈和石英脈分布。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)一條石墨礦化帶(Ⅰ)，產(chǎn)于太華群(Arth)含石墨混合片麻巖中，呈北西西—南東東向分布，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致。礦化帶內(nèi)共圈出5條礦體(編號(hào)Ⅰ-1～Ⅰ-5)，各礦體長(zhǎng)200～1 200m，真 厚 度1.53～26.28m，固 定 碳 含 量2.72%～ 8.79%(表1)。礦體呈似層狀、透鏡狀，沿走向和傾向有分枝現(xiàn)象；產(chǎn)狀多變，沿傾向變化較大，傾向172～256°，傾角48～86°，礦體局部?jī)A向北東或北西。

表1 礦體特征一覽表

3.2 礦石特征

本礦區(qū)礦石類型為片麻巖型晶質(zhì)石墨礦。礦石礦物為石墨，在偏光顯微鏡下呈分散的黑色片狀、彎曲狀充填于脈石礦物縫隙之間，含量3%～15%。單晶鱗片直徑一般0.12～0.6mm，最大1.725mm，聚晶集合體直徑一般2～7mm，最大可達(dá)10mm，正目(≥100目)石墨占比82%。在局部構(gòu)造作用強(qiáng)烈地段，石墨鱗片受到破壞，變得很小。

脈石礦物主要為石英，次為斜長(zhǎng)石、黑云母、透輝石、鉀長(zhǎng)石、方解石等，微量礦物有黃鐵礦、榍石、鋯石、磷灰石。

2個(gè)樣品的化學(xué)全分析結(jié)果：SiO2平均75.85%，Al2O3平 均7.42%，F(xiàn)e2O3平 均1.59%，F(xiàn)eO平均0.43%，CaO平均0.78%，K2O平均4.01%，MgO平 均0.86%，MnO平 均0.02%，Na2O平 均0.58%?；瘜W(xué)成分顯示礦石總體具有富Si、Al特征。

3.3 礦石組構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)為鱗片狀、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為片麻狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。當(dāng)?shù)V石中黑云母等片狀礦物含量高時(shí)，片麻狀構(gòu)造比較明顯；片狀礦物少時(shí)，主要由石墨及柱狀礦物定向分布形成弱片麻狀構(gòu)造或塊狀構(gòu)造。

3.4 成礦帶內(nèi)石墨礦床對(duì)比

靈寶—魯山—舞陽石墨成礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)并勘查5處石墨礦床，其中西北段為泉家峪中型石墨礦床，中段為范莊中型、背孜大型、綿羊溝小型石墨礦床，東南段為楊樹灣大型石墨礦床。各礦床均形成于太古代，與該時(shí)期形成的太華群老變質(zhì)巖系密切相關(guān)，為區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦。泉家峪礦床產(chǎn)于太華群觀音堂組黑云混合片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖中，范莊、背孜、綿羊溝礦床產(chǎn)于太華群水底溝組黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云二長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖中，楊樹灣礦床產(chǎn)于太華群楊樹灣組斜長(zhǎng)片麻巖、鉀長(zhǎng)片麻巖。就石墨的含礦巖系來說，西北段的觀音堂組、中段的水底溝組、東南段的楊樹灣組應(yīng)屬同一層位，巖性多為斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖。

石墨礦體呈似層狀、層狀和透鏡狀順層產(chǎn)于各片麻巖中。礦石類型主要為片麻巖型，少量透輝石大理巖型。礦石結(jié)構(gòu)有鱗片變晶、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造則多為片麻狀、塊狀構(gòu)造。石墨片度較大，正目石墨占40%～82%。各礦床平均品位相近，平均固定碳3.81%～4.72%。就礦石特征來說，綿羊溝礦區(qū)脈石礦物以石英為主，次為斜長(zhǎng)石、黑云母；而其他礦區(qū)脈石礦物以斜長(zhǎng)石、石英為主，次為鉀長(zhǎng)石、透輝石、黑云母。綿羊溝礦石SiO2平均含量75.85%，高出泉家峪(59.26%)、范莊(61.23%)、背孜(60.09%)、楊樹灣(60.4%)約15%。

4 礦床成因探討

綿羊溝石墨礦賦存于太華群含石墨混合片麻巖中，原巖組合為含碳砂泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖，夾少量長(zhǎng)英質(zhì)、鐵鎂質(zhì)火山巖，為一套有連續(xù)相序的淺海陸源碎屑—碳酸鹽含炭沉積建造[4]，是形成石墨的礦源層。含炭原巖建造嚴(yán)格控制了本區(qū)石墨礦的產(chǎn)出，是石墨礦形成的主要控礦因素。

在區(qū)域變質(zhì)作用過程中，含炭原巖建造在溫度、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。原巖中的炭質(zhì)物以重結(jié)晶的方式形成鱗片狀晶質(zhì)石墨[4]。由于后期構(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[10]。

關(guān)于形成石墨的碳來源，陳衍景等[11]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。區(qū)內(nèi)太華群主要為片麻巖組合，據(jù)此認(rèn)為形成該區(qū)石墨的碳來源于與原巖同沉積的有機(jī)炭，認(rèn)為本區(qū)石墨礦床成因類型為區(qū)域變質(zhì)型礦床。

5 找礦前景分析

成礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的大中型泉家峪、范莊、背孜、楊樹灣石墨礦床均產(chǎn)于太華群變質(zhì)巖系中，綿羊溝石墨礦床與上述礦床具有相同的構(gòu)造背景和成礦條件，含礦地層也為太古界太華群含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石墨矽線斜長(zhǎng)片麻巖、石榴石英片巖等，為一套孔茲巖系，普遍含石墨。

在欒川縣—南召縣—云陽鎮(zhèn)一帶北部，連續(xù)出露太華群變質(zhì)巖系，石墨礦化普遍。含礦層在區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)大于40km，寬1.5～5km，具有規(guī)模大、延伸穩(wěn)定的特點(diǎn)，局部地段極具成礦遠(yuǎn)景，已發(fā)現(xiàn)綿羊溝小型石墨礦床(估算石墨礦物18.7×104t)，總體找礦前景較好。綿羊溝礦區(qū)外圍大面積含礦層未開展石墨礦的專項(xiàng)找礦評(píng)價(jià)工作，因此加強(qiáng)綿羊溝石墨礦床及外圍地質(zhì)勘查工作，有望探獲中大型石墨礦床，取得新的找礦突破。