河南省舞鋼市楊樹灣石墨礦床地質(zhì)特征及找礦方向

趙曉曉，陳少偉，李艷艷，張漸漸，許波

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(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)

0 引言

礦區(qū)處在舞陽鐵礦田及靈寶—魯山—舞陽太華群石墨成礦帶東端，以往勘查重點(diǎn)主要為鐵礦，由于區(qū)內(nèi)石墨含礦巖系出露較差，石墨礦勘查工作未受到重視。2010—2013年，河南省有色四隊(duì)在該區(qū)進(jìn)行舞陽鐵礦田深部鐵礦普查工作中，在多個鉆孔中發(fā)現(xiàn)較大厚度的含石墨片麻巖。隨后在楊樹灣礦區(qū)開展石墨礦普查工作，圈出2個石墨礦體，估算石墨資源量122.20萬噸，固定碳平均品位3.81%，在舞鋼地區(qū)首次查明一處石墨礦產(chǎn)地，達(dá)到大型規(guī)模(張燕贊等，2019①)。本文總結(jié)了舞鋼地區(qū)石墨礦地質(zhì)特征和找礦標(biāo)志，為下一步尋找同類礦產(chǎn)的找礦工作提出建議。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北地臺南緣，三門峽—確山斷裂的北側(cè)，靈寶—魯山—舞陽鐵礦、太華群石墨礦成礦帶的東端(圖1a)(胡受奚，1988；羅銘玖，2000；薛天闖等，2016；顏玲亞等，2018；于吉林等，2019)。

圖1 豫西構(gòu)造綱要圖(a)和魯山—舞鋼一帶地質(zhì)簡圖(b據(jù)許令兵等，2019修改)1—始新統(tǒng)陳宅溝組；2—二疊系山西組；3—石炭系太原組、本溪組；4—寒武系饅頭組；5—中元古界熊耳群、汝陽群；6—新太古界太華群；7—花崗巖；8—斷裂構(gòu)造；9—礦區(qū)位置

區(qū)域地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)，豫西分區(qū)，澠池—確山地層小區(qū)(王志宏，2000)，區(qū)內(nèi)的新太古界太華群為一套中深變質(zhì)的片巖、片麻巖建造，是區(qū)內(nèi)沉積變質(zhì)型鐵礦和石墨礦的賦礦層位(李懷乾和張瑜麟，2011；王偉中等，2015；宋鵬等，2017；賈興杰等，2018；許令兵等，2019；蔣芹等，2020)，蓋層巖系多被第四系覆蓋，出露地層多為中元古界熊耳群、汝陽群，寒武系饅頭組，石炭系太原組、本溪組，二疊系山西組。斷裂呈網(wǎng)格狀縱橫交錯，斷層傾角多數(shù)大于60°?？傮w發(fā)育NW、NE和SN向三組(圖1b)，與石墨成礦相關(guān)的斷裂主要為NW向斷裂，其控制著太華群含礦地層的展布(王鳳茹和薛基強(qiáng)，2010)。區(qū)域新太古界地層經(jīng)歷了較強(qiáng)的區(qū)域變質(zhì)作用，其它地層為無明顯變質(zhì)或淺變質(zhì)的沉積巖地層，基本沒有受到區(qū)域變質(zhì)作用的影響。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層有新太古界太華群鐵山廟組和楊樹灣組、中元古界熊耳群和汝陽群云夢山組及新生界第四系(圖2)，其中太華群楊樹灣組為石墨礦的含礦層位。

圖2 楊樹灣石墨礦區(qū)地質(zhì)簡圖1—第四系；2—中元古界汝陽群云夢山組；3—中元古界熊耳群；4—新太古界太華群楊樹灣組；5—新太古界太華群鐵山廟組；6—礦體地表露頭；7—地質(zhì)界線；8—勘探線及編號；9—產(chǎn)狀；10—鉆孔及編號；11—探槽位置

太華群鐵山廟組：為一套中深變質(zhì)巖系。地層產(chǎn)狀200°～220°∠40°～50°。主要巖性為黑云角閃斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖；中部為含鐵巖系，主要由條帶狀磁鐵石英巖、磁鐵礦層及少量黑云角閃斜長片麻巖組成。

太華群楊樹灣組：楊樹灣組地層北部大部分被第四系覆蓋，與下伏地層鐵山廟組地層呈整合接觸；楊樹灣組出露地層南部與上覆地層中元古界熊耳群或云夢山組呈角度不整合接觸，地層產(chǎn)狀200°～220°∠40°～50°。該組巖性為一套局部含石墨的中深變質(zhì)巖系，自下而上可分為三段，其中二段為本區(qū)石墨礦的賦礦地層。一段以石榴子石的出現(xiàn)為主要標(biāo)志，主要巖性為含石榴角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖，局部有弱混合巖化；二段巖性較為簡單，為含石墨(黑云)斜長片麻巖、含石墨鉀長片麻巖、含石墨(透輝)大理巖，該段為礦區(qū)石墨礦的賦礦層位，局部富集形成工業(yè)石墨礦體；三段巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖、金云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖。

熊耳群：分布在礦區(qū)的西南部，巖性主要為紫紅色安山巖、杏仁狀安山巖、安山玢巖，夾有紫灰色安山質(zhì)凝灰?guī)r，局部見有底礫巖。

汝陽群云夢山組：與下伏地層楊樹灣組呈角度不整合接觸，地層產(chǎn)狀167°～192°∠19°～24°。下段以灰白色含礫石英砂巖與硅質(zhì)礫石互層為主要特征；中段以肉紅色、灰白色中厚層狀細(xì)粒石英砂巖與紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層為特征；上段主要由淺紫紅色—薄層狀中粒長石石英砂巖夾紫紅色厚層泥巖組成。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于華北地臺南緣，三門峽—確山斷裂的北側(cè)。礦區(qū)外南部地表見有一條NE向正斷裂，深部無工程控制。該斷裂延長為2～3 km，寬度約 1 km，傾向NW，傾角為65°～80°，對地層的破壞較大，但未對礦區(qū)內(nèi)石墨礦體造成影響。礦區(qū)內(nèi)地層總體呈單斜構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿侵入活動較弱，以中酸性火山淺成侵入巖為主。中性火山巖以熊耳群噴出火山巖為主，主要巖性為紫紅色安山巖、杏仁狀安山巖、安山玢巖夾紫灰色安山質(zhì)凝灰?guī)r，局部見有底礫巖；酸性火山巖為二長斑巖，鉆孔ZK0600、ZK1000均有見到，局部對石墨礦體有一定的穿插影響。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)石墨礦體賦存于太華群楊樹灣組地層二段，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與地層大致平行，傾向200°～220°，傾角40°～50°。礦體頂板巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖、金云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、含石墨黑云斜長片麻巖等，局部為石英砂巖；底板巖性主要為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、含石榴子石角閃斜長片麻巖、含石墨斜長角閃片麻巖等；含礦巖系巖性主要為含石墨(黑云)斜長片麻巖，僅個別工程見含石墨(透輝)大理巖、含石墨鉀長片麻巖等。本次工作共圈定Ⅰ號、Ⅱ號2個礦體(表1)，其中Ⅰ號礦體為主要礦體，估算石墨礦物資源量占區(qū)內(nèi)總資源量的99.69%。

表1 楊樹灣礦區(qū)石墨礦體特征一覽表

Ⅰ號礦體位于礦區(qū)西南部，礦體西北部局部出露于地表；東部、西南部多被云夢山組覆蓋，礦體向北西延伸至礦區(qū)外。礦體沿走向長1020～1610 m、斜深371～671 m、埋深0～620 m，單工程見礦累計(jì)真厚0.89～70.71 m，平均24.30 m，礦體沿傾向最大延深523 m，賦存標(biāo)高-314.56～195.86 m(圖3)。礦體單樣品位2.00%～7.84%，平均品位3.81%，品位變化系數(shù)為22.9%。礦體呈層狀、似層狀分布，產(chǎn)狀總體變化不大，傾向200°～220°，傾角40°～50°，礦體淺部沿走向略顯波狀，自東南至西北逐漸變厚。礦體與頂?shù)装鍑鷰r無明顯界線，具有分支復(fù)合現(xiàn)象，局部含有1～3層夾石，中西部被后期侵入二長斑巖巖脈穿插，礦體形態(tài)屬較規(guī)則型。

圖3 楊樹灣礦區(qū)06線(a)、10線(b)剖面圖1—第四系；2—中元古界汝陽群云夢山組；3—中元古界熊耳群；4—新太古界太華群楊樹灣組；5—鉆孔及編號；6—孔深；7—石墨礦體及編號

Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體下方，規(guī)模極小，僅單工程ZK1004控制該礦體真厚1.49 m，固定碳品位4.13%。礦體沿走向長約398 m，斜深336 m，賦存標(biāo)高-331.29～-91.43 m，埋深383～640.12 m。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石的含礦巖石以含石墨黑云斜長片麻巖為主，少量含石墨(透輝)大理巖，石墨屬于大鱗片石墨礦石礦。因此，礦區(qū)礦石類型主要為片麻巖型晶質(zhì)石墨礦石，少量為(透輝)大理巖型晶質(zhì)石墨礦石。

(1)礦石礦物成分：礦石的自然類型主要為含石墨黑云斜長片麻巖型，少量含石墨(透輝)大理巖型(圖4)。

含石墨黑云斜長片麻巖型：礦石的礦石礦物為石墨(2%～6%)；脈石礦物主要有斜長石45%～50%、石英15%～20%、黑云母5%～10%、鉀長石5%～8%、少量黃鐵礦等；含微量鋯石、磷灰石、金云母、石榴子石、綠泥石等；次生礦物有絹云母、碳酸鹽、白云母。

含石墨(透輝)大理巖型：脈石礦物主要是方解石55%～65%、透輝石15%～20%；其次為鉀長石4%～6%、石墨4%～6%、方柱石1%及少量金云母；含微量錫石、磷灰石。石墨呈鱗片狀，粒徑 0.02～1.2 mm，黑色不透明，鱗片彎曲。本類型礦石僅在鉆孔ZK1003和ZKS0000中存在。

(2)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造：含石墨黑云斜長片麻巖型礦石受動力變質(zhì)作用，裂隙發(fā)育，縱橫交錯，縫隙中充填碳酸鹽、綠泥石等次生礦物，但原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造尚可辨認(rèn)，具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造；含石墨(透輝)大理巖型礦石具粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

根據(jù)巖礦鑒定結(jié)果，據(jù)石墨與脈石礦物的關(guān)系及賦存狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)主要為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、聚片鑲嵌結(jié)構(gòu)、包體結(jié)構(gòu)；構(gòu)造主要為網(wǎng)脈狀構(gòu)造(圖5)。

圖5 石墨嵌布特征(光片)(×1000倍)a—鱗片變晶結(jié)構(gòu)；b—聚片鑲嵌結(jié)構(gòu)；c—包體結(jié)構(gòu)；d—網(wǎng)脈狀構(gòu)造礦物縮寫：Gr—石墨

(3)礦石化學(xué)成分：根據(jù)化學(xué)全分析結(jié)果(表2)，各主要化學(xué)成分含量如下：固定碳3.16%～5.91%、SiO258.1%～62.7%、Al2O312.2%～17.1%、Fe2O310.7%～15.0%、CaO 0.55%～6.24%、MgO 0.64%～5.98%、K2O 2.25%～8.34%。礦石中的有害組分為Fe(Fe2O3+FeO)、S，其含量分別為13.06%～20.17%、0.15%～5.63%，其他元素含量較低，綜合利用價(jià)值不大。

表2 楊樹灣礦區(qū)礦石化學(xué)全分析結(jié)果表

(4)石墨片度特征：本次采集了50件樣品分兩批次進(jìn)行了石墨片度分析，具體分析結(jié)果見表3、表4。

表3 第一批石墨片度分析結(jié)果表

表4 第二批石墨片度分析結(jié)果表

由表3、表4可知：兩批次石墨鱗片粒徑+100目(粒徑0.15 mm以上)，平均含量分別為91.77%和93.28%，兩次平均92.5%，僅有約7.5%的石墨屬細(xì)小晶質(zhì)鱗片。本區(qū)石墨屬于大鱗片石墨礦石礦。

4 討論

4.1 控礦因素

(1)地層控礦：區(qū)內(nèi)石墨礦均產(chǎn)出于新太古界太華群楊樹灣組地層中，楊樹灣組的含石墨片麻巖、含石墨(透輝)大理巖、含石墨鉀長片麻巖是石墨礦的主要含礦巖性。從原巖建造和沉積環(huán)境分析，楊樹灣組原巖為碳質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)黏土巖—含碳質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r—含碳質(zhì)泥質(zhì)碳酸鹽巖組合，楊樹灣組地層中含碳原巖建造嚴(yán)格控制了研究區(qū)石墨礦的產(chǎn)出。

(2)構(gòu)造控礦：舞鋼地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中與區(qū)域構(gòu)造線方向一致的NW向斷裂控制著太華群含礦地層的分布，研究區(qū)石墨礦體整體呈NW—SE向順地層產(chǎn)出，走向與區(qū)域主構(gòu)造線一致，區(qū)域構(gòu)造控制了石墨礦體的走向產(chǎn)出特征。

(3)變質(zhì)作用控礦：魯山—舞陽地區(qū)石墨礦床類型為區(qū)域沉積變質(zhì)型，區(qū)域變質(zhì)作用是石墨礦物形成的決定性因素(李山坡等，2009；李超等，2015；王力等，2017；王紀(jì)平等，2019；許令兵等，2019)。魯山一舞陽地區(qū)變質(zhì)作用溫度為620～625 ℃，壓力小于4×108Pa，屬低壓相系高角閃巖相(涂紹雄，1984)，在持續(xù)高溫和壓力的區(qū)域變質(zhì)作用下，使礦源層中的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力礦物石墨，并在適宜的成礦地質(zhì)條件下，富集為具有工業(yè)價(jià)值的石墨礦床。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)含礦巖組蓋層標(biāo)志：楊樹灣組蓋層為熊耳群安山巖、云夢山組的長石石英砂巖。通過對蓋層的正確定位，即可推斷出楊樹灣組地層分布范圍。

(2)巖石組合標(biāo)志：楊樹灣組含礦巖系巖石組合簡單，頂板普遍存在穩(wěn)定的黑(金)云片麻巖層，底板多為含石榴子石角閃斜長片麻巖，不具明顯的混合巖化。

(3)含礦巖系重要礦物標(biāo)志：楊樹灣組二段含礦巖層中普遍含石墨，石墨可作為直接找礦標(biāo)志。

(4)構(gòu)造標(biāo)志：蓋層云夢山組地層和賦礦層位楊樹灣組地層呈角度不整合接觸。根據(jù)上述蓋層地層的厚度及角度不整合接觸的位置，即可大致確定蓋層與含礦層之間的距離。

4.3 找礦方向及建議

(1)礦區(qū)楊樹灣組與魯山地區(qū)的水底溝組為同一地層(汪校鋒等，2015)，具有優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件，但該地層在葉縣—舞鋼地區(qū)多被覆蓋，楊樹灣石墨礦床的查明，可帶動該區(qū)石墨礦的找礦工作，后續(xù)要特別注重隱伏石墨礦的尋找。

(2)根據(jù)鉆孔見礦情況，礦體沿走向及傾向均穩(wěn)定產(chǎn)出，因此，礦體深部仍有較大的找礦空間，亦可繼續(xù)沿走向向礦區(qū)外圍追尋隱伏礦體。

(3)根據(jù)區(qū)域資料，在礦區(qū)西北部的葉縣辛店一帶有楊樹灣含礦巖系出露，是尋找石墨礦的有利地段。

(4)以往在礦區(qū)及外圍的鐵礦勘查中開展了較多鉆探工作，往往忽略了石墨礦的勘查，可充分利用以往鉆孔資料，為石墨礦的尋找提供線索。

5 結(jié)論

(1)通過楊樹灣石墨礦床的勘查，在舞鋼地區(qū)首次提交1處大型優(yōu)質(zhì)石墨礦，礦區(qū)共圈出2個石墨礦體，礦體賦存于新太古界太華群楊樹灣組二段，呈層狀、似層狀順地層產(chǎn)出，平均品位3.81%～4.13%，厚度1.49～24.20 m，礦石類型以片麻巖型為主，深部少量為(透輝)大理巖型。

(2)區(qū)域構(gòu)造和太華群楊樹灣組控制著石墨礦層的分布，礦區(qū)內(nèi)石墨礦體向兩端和深部均穩(wěn)定延伸，已知礦體的深部和覆蓋區(qū)仍有較大的找礦空間，礦區(qū)外圍含礦巖組蓋層和含礦巖系出露地段是區(qū)域石墨礦的找礦方向。

注 釋

① 張燕贊,王云鵬,方冬林等. 2019. 河南省舞鋼市楊樹灣石墨礦普查報(bào)告[R]. 鄭州: 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì).