陜西商洛市瓦窯溝晶質(zhì)石墨礦地質(zhì)特征及找礦方向

尚凱凱

(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)

近年來，晶質(zhì)石墨產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息、密封、航空航天等領(lǐng)域，晶質(zhì)石墨礦被多個(gè)國家列為“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)”[1]。本次發(fā)現(xiàn)的瓦窯溝石墨礦位于商洛地區(qū)，是一處中型晶質(zhì)大鱗片石墨礦床。區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)晶質(zhì)石墨礦體7 條，賦存于秦嶺巖群雁嶺溝組地層中。本文從地層、構(gòu)造、巖漿巖、變質(zhì)作用、礦體等方面總結(jié)了礦床地質(zhì)特征，探討了礦床成因，指出寶雞鳳縣—太白為晶質(zhì)石墨礦找礦的有利方向，為今后北秦嶺地區(qū)石墨礦找礦工作提供了一定的借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

礦區(qū)區(qū)域上處于北秦嶺復(fù)合島弧雜巖帶東部[2]，夾持于洛南—欒川斷裂和商丹斷裂之間，是秦嶺造山帶變質(zhì)變形最為強(qiáng)烈的地區(qū)[3](圖1)。礦區(qū)位于太白縣—商南Au稀有金屬白云母石墨成礦亞帶東段[4]，該成礦帶上發(fā)現(xiàn)的石墨礦床均賦存于秦嶺巖群雁嶺溝巖組。秦嶺巖群是北秦嶺變質(zhì)體的主體，為一套經(jīng)歷了多期變質(zhì)變形改造的中深變質(zhì)雜巖體[5]。區(qū)內(nèi)獨(dú)特的構(gòu)造格局及復(fù)雜的變形變質(zhì)作用，造就了商洛北部獨(dú)特的地質(zhì)格局，為晶質(zhì)石墨礦床的形成提供了條件。

圖1 北秦嶺地質(zhì)構(gòu)造簡圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[3])

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)主要出露古元古界秦嶺巖群雁嶺溝組b 巖段(Pt1yb)地層(圖2)?？傮w近東西向展布，為一套以碳酸鹽巖為主體的含石墨變質(zhì)巖。主要巖性為大理巖、石墨大理巖及(含)石墨片麻巖。自下而上可分為7 個(gè)巖性層(表1)，其中第一、二、四、六巖性層為主要石墨含礦層。

表1 雁嶺溝組b 巖段地層特征

圖2 礦區(qū)地質(zhì)略圖

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)處于強(qiáng)應(yīng)變構(gòu)造環(huán)境，經(jīng)歷了多期次構(gòu)造疊加。各期構(gòu)造的主體軸線方向基本保持一致，呈近東西向及北西西向。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺變形強(qiáng)烈。印支期南北秦嶺板塊持續(xù)擠壓，發(fā)生脆性變形，形成了張河—留仙坪—界嶺背斜。該背斜軸線近東西向，長約30 余公里，軸面近直立，向東傾伏，整個(gè)形態(tài)呈現(xiàn)出寬闊平穩(wěn)的特點(diǎn)。其直接控制了該區(qū)域石墨礦體分布形態(tài)。區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)的庾家河、十里吊、留仙坪石墨礦床礦體均受該背斜控制，呈南北對稱產(chǎn)出。礦區(qū)面積較小，只出露該背斜的北翼。區(qū)內(nèi)石墨礦的分布和區(qū)域構(gòu)造線的方向一致，呈近東西向展布[6]。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)主要出露泥盆紀(jì)黃柏岔巖體群(ηγD1)。在區(qū)內(nèi)呈東西向展布，地表呈現(xiàn)“生姜狀”，單個(gè)巖體形態(tài)比較復(fù)雜，常分叉合并[7]。巖性主要為灰白色二長花崗巖，塊狀構(gòu)造，似斑狀結(jié)構(gòu)。黃柏岔巖體群對區(qū)內(nèi)石墨礦體破壞較大，部分石墨礦被巖體侵位導(dǎo)致礦體的厚度降低，局部走向中斷。

2.4 變質(zhì)作用

區(qū)內(nèi)地層經(jīng)歷了較強(qiáng)的區(qū)域變質(zhì)作用，主要變質(zhì)巖類有大理巖、片麻巖、斜長角閃巖。大理巖中有透閃石、透輝石，片麻巖中有矽線石、鐵鋁榴石等特征礦物，變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相。在區(qū)域變質(zhì)作用過程中，來源于濱淺海環(huán)境下沉積的原巖中的有機(jī)質(zhì)在溫度、壓力、水及二氧化碳等揮發(fā)組分的影響下，發(fā)生重結(jié)晶作用，形成晶質(zhì)石墨[8]。高樹學(xué)等[9]認(rèn)為，晶質(zhì)石墨鱗片大小與變質(zhì)程度呈正比關(guān)系。

3 礦體特征

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4 條近東西向展布的晶質(zhì)石墨礦化帶，圈定出7 條晶質(zhì)石墨礦體(表2)。其中KI-1、KII-1、KIII-1 為主要礦體，特征如下：

表2 礦體特征一覽表

KI-1 礦體呈層狀產(chǎn)于雁嶺溝組b 段第六巖性層內(nèi)，產(chǎn)狀180°～215°∠75°～87°；礦體長度1 340m，厚度2.15 ～17.14m，平均厚度12.97m，厚度變化系數(shù)72.87%；礦石類型為片麻巖型，石墨品位2.55%～13.72%，平均品位4.84%，品位變化系數(shù)18.74%。

KII-1 礦體呈層狀產(chǎn)于雁嶺溝組b 段第四巖性層內(nèi)，產(chǎn)狀245°～300°∠14°～36°；礦體長約1 600m，厚度13.43 ～17.14m，平均厚度15.28m，厚度變化系數(shù)17.12%；礦石類型為大理巖型，石墨品位5.53%～6.09%，平均品位5.78%，品位變化系數(shù)6.82%。

KIII-1 礦體呈似層狀產(chǎn)于雁嶺溝組b 段第二巖性層內(nèi)，產(chǎn)狀305°～24°∠10°～65°；礦體長約2 530m，厚度1.06 ～3.86m，平均厚度2.45mm，厚度變化系數(shù)14.38%；礦石類型以大理巖型為主，次為片麻巖型，石墨品位3.39%～10.92%，平均品位7.38%，品位變化系數(shù)45.35%。

4 礦石質(zhì)量

4.1 石墨礦石類型及礦物特征

區(qū)內(nèi)礦石類型主要為大理巖型和片麻巖型晶質(zhì)石墨礦。其中以大理巖型為主，在發(fā)現(xiàn)的7 條礦體中均可見到。片麻巖型石墨礦主要見于KI-1、KI-2、KIII-1、KIV-1 礦體中。兩種類型礦石礦物特征詳述如下。

(1)大理巖型。

大理巖型石墨礦石呈鋼灰—黑色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造。由40%～70%的方解石和15%～25%的石墨組成，其次石英含量3%～7%，長石含量5%～15%，透輝石含量5%～10%。石墨以碎粒狀充填于方解石顆粒之間，局部呈團(tuán)塊狀富集(圖3、圖4)。

圖3 石墨大理巖

圖4 石墨以填隙式生長于方解石礦物顆粒之間

(2)片麻巖型。

片麻巖型石墨礦石呈灰黑—黑色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。礦物組成主要為斜長石(30%～45%)、石英(15%～25%)、黑云母(10%～20%)等，其次為石墨(5%～15%)。石墨主要呈鱗片狀、稠密浸染狀定向富集于片麻理之間，一般順著片麻理方向生長(圖5、圖6)。

圖5 石墨定向排列，褐鐵礦、赤鐵礦充填

圖6 石墨片麻巖

4.2 石墨品位

對各類型礦石進(jìn)行石墨固定碳分析，大理巖型固定碳含量2.04%～29.52%，平均7.01%；片麻巖型固定碳含量2.29%～13.72%，平均6.21%。通過光片測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，全區(qū)石墨鱗片片徑+100 目(大于0.147mm)占比約83.12%，主要為大鱗片晶質(zhì)石墨礦。

5 礦床成因分析及找礦方向

5.1 礦床成因分析

雁嶺溝組原巖為砂泥質(zhì)、半粘土質(zhì)、粘土質(zhì)、富含炭質(zhì)的泥灰?guī)r及富鋁碳酸鹽巖組合，反映了一個(gè)濱淺海沉積環(huán)境。在此環(huán)境下原巖吸附了周圍生物的有機(jī)質(zhì)，為成礦提供了原始物質(zhì)來源[10]；至元古代中期，在晉寧運(yùn)動(dòng)加持下秦嶺群發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，在角閃巖相高級變質(zhì)作用過程中，有機(jī)質(zhì)在溫度、壓力、水、二氧化碳等揮發(fā)性組分的影響下，重結(jié)晶形成晶質(zhì)石墨，再結(jié)晶作用使晶體比表面積較小，表面能降低，石墨晶體增大，晶體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，形成具有工業(yè)品位的晶質(zhì)石墨礦體[11]，變質(zhì)程度越高，石墨鱗片越大、石墨質(zhì)量越好[9]。本文類比其他類似的石墨礦床，認(rèn)為瓦窯溝晶質(zhì)石墨礦礦床成因?yàn)槌练e+區(qū)域變質(zhì)型。

5.2 找礦方向

本區(qū)晶質(zhì)石墨礦賦存于秦嶺巖群雁嶺溝組地層中。礦體分布嚴(yán)格受地層控制[9]，具有分布連續(xù)廣泛、規(guī)律性強(qiáng)的特點(diǎn)。北秦嶺地區(qū)寶雞鳳縣—太白等地有相同的成礦地質(zhì)條件，具有較好的找礦前景。

6 結(jié)論

(1)瓦窯溝晶質(zhì)石墨礦賦存層位為古元古界秦嶺巖群雁嶺溝組b 巖段第一、二、四、六巖性層。礦體產(chǎn)出嚴(yán)格受地層層位控制，延伸穩(wěn)定，厚度較大，具有一定的規(guī)模；石墨礦礦床成因?yàn)槌练e+區(qū)域變質(zhì)型。

(2)區(qū)內(nèi)礦石類型為大理巖型和片麻巖型晶質(zhì)石墨礦。大理巖型平均品位7.01%、片麻巖型平均品位6.21%。石墨鱗片片徑+100 目者占比約83.12%，屬大鱗片晶質(zhì)石墨礦，礦石質(zhì)量較好且穩(wěn)定，具有較高的工業(yè)價(jià)值。

(3)該區(qū)及周邊秦嶺巖群雁嶺溝組分布較廣且連續(xù)，可進(jìn)一步在北秦嶺地區(qū)的寶雞鳳縣—太白等空白區(qū)進(jìn)行晶質(zhì)石墨礦找礦勘查工作。