陕西凤县石炭系煤系石墨矿床地质特征及成因探讨

2018-07-26冯杨伟吕录仕

中国煤炭 2018年7期

冯杨伟吕录仕

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西省西安市，710054；2.中国地质调查局造山带地质研究中心，陕西省西安市，710054；3.中煤航测遥感局，陕西省西安市，710199)

陕西凤县草滩沟—煤沟一带石炭系煤系石墨矿床是我国重要的石墨矿产地之一，目前仅开展过初步调查，研究程度很低，矿床特征和成因等研究尚浅，石墨矿资源勘探前景广阔。本文以西秦岭陕西凤县区域基础地质资料、煤系石墨矿露头和煤矿资料为依据，通过野外地质调查、煤系石墨矿老硐编录及测试分析，运用地质综合分析方法，研究石墨矿床地质特征，初步探讨了控制其富集成矿主要因素，以期为该石墨矿床资源以及同类型石墨矿勘查提供一些可资借鉴的依据。

1 区域地质背景

秦岭造山带东西向横亘于中国大陆中部，属于中国大陆昆仑—祁连—秦岭—大别巨型纬向中央造山系的东段重要组成部分。秦岭造山带是我国石墨主要分布区之一，隐晶质石墨矿床主要富集分布在西秦岭中一些列石炭系山间盆地内。分布在陕西省凤县草滩沟—煤沟一带的煤系石墨矿是其中重要矿床之一，研究区内地形、地貌复杂多变，地貌以高山和山间盆地相间分布为特色。

陕西凤县草滩沟—煤沟石墨矿富集带地质简图如图1所示。由图1可以看出，区域地层主要为下元古界秦岭群(Pt1q)片麻岩与含石墨大理岩，下古生界丹凤群(Pzd)中基性火山岩夹碎屑岩，奥陶系张家庄组(Ozh)海相细碧-石英角斑岩系和龙王沟组(Ol)海相酸性火山沉积岩，上石炭统草凉驿组(C2c)浅变质石墨板岩、石英岩和变砂岩等，原岩为一套河流沼泽相含煤碎屑沉积建造。研究区侵入岩隶属宝鸡岩基，主要包括唐藏岩体、北星沟岩体、岩湾岩体等，主体呈岩基状分布于北部草凉驿-大王庙一带，其次呈岩株出露于秦岭岩群、草滩沟群中。区域内断裂构造发育，走向以东西向为主，北西向、北东向次之，具有类型多、机制各异、多期叠加的特点，以南北向挤压为主，形成了锣钵庵～艾家门向斜等东西向褶皱。

2 矿床地质特征

2.1 含矿地层

陕西省凤县草滩沟—煤沟一带石墨矿含矿地层为上石炭统草凉驿组(C2c)，该套地层主要为浅变质的青灰色—灰白色石墨板岩、石英岩和变砂岩等，原岩为一套具有多旋回结构特征的河流沼泽相含煤碎屑沉积建造，主要岩性为石英砾岩、含砾砂岩、细粒石英砂岩、炭质泥岩及煤层。该套地层在东部为向南陡倾的向斜残留北翼，地层倾角大多在60°～81°；在西部为基本完整的向斜，向西南方向开口，北翼陡峭，南翼平缓。南边西部和东部与奥陶系草滩沟群变火山碎屑岩、中部与燕山期雷家院细粒闪长岩以低角度逆冲断层相接，局部被白垩系钱家坪花岗斑岩改造；北边被华力西期和燕山期多个闪长岩侵入体侵吞。凤县草滩沟—煤沟石墨矿野外露头如图2所示。

2.2 矿体特征

矿区共发育上下叠置的Ⅰ 号和Ⅱ 号两个主要石墨矿体，20世纪70-80年代曾被当作为无烟煤在局部开挖平硐进行小规模开采。矿体走向近东西向，受向斜构造和地层的控制，矿体形态总体东部为向南陡倾的向斜残留北翼，地层倾角大多在60°～81°；西部为基本完整的向斜，向西南方向开口，北翼陡峭，南翼平缓。单个矿体形态呈似层状、透镜状，局部受构造挤压矿体加厚呈单个包，或者多个包断续相连呈豆荚状。Ⅰ 号矿层矿体厚度0～1.8 m，石墨矿产于青灰色—灰白色石墨板岩中。Ⅱ 号矿层矿体厚度0～1.4 m，有时可见矿体出现分叉现象，石墨矿同样产于青灰色—灰白色石墨板岩中。

2.3 矿石特征

陕西凤县石炭系煤系石墨矿矿石为隐晶质石墨，矿区石墨矿石为黑色石墨层，质软，易染手，有滑腻感，具半金属光泽。宏观呈土状，微观多呈细小的它形鳞片状。矿石具有它形鳞片变晶结构，呈似层状、透镜状构造，如图3所示。

2.4 矿石成分

陕西省凤县草滩沟—锣钵庵—贯沟一带石墨矿矿石样品分析测试数据见表1。矿石矿物主要为石墨、石英、少量红柱石、矽线石、粘土矿物、黄铁矿、微量褐铁矿等。Ⅰ号矿体固定碳含量为57.41%～75.29%，平均为67.38%，灰分为18.22%～39.34%，平均为27.36%；硫含量为0.25%～0.46%，平均为0.31%；挥发分为4.12%～5.53%，平均为5.12%；视密度为1.66～1.98 g/cm3，平均为1.87 g/cm3；镜质体反射率为7.43%～7.71%，平均为7.60%。Ⅱ号矿体固定碳含量为76.23%～89.31%，平均为82.56%，灰分为7.87-18.53%，平均为12.84%；硫含量为0.08%～0.43%，平均为0.21%；挥发分为3.07%～5.63%，平均为4.40%；视密度为1.79～2.01 g/cm3，平均为1.89 g/cm3；镜质体反射率为7.50%～8.15%，平均为7.83%。上述数据显示出下部Ⅱ号矿体相对上部Ⅰ号矿体经受过更强烈的热接触变质作用，引起固定碳含量升高，视密度增大。达到了隐晶质石墨矿固定碳含量大于65%的工业要求。

表1 陕西省凤县草滩沟—锣钵庵—贯沟一带石墨矿矿石样品分析测试数据表

3 矿床成因探讨

3.1 控矿要素分析

凤县草滩沟—贯沟隐晶质石墨矿成矿模式示意图如图4所示。凤县草滩沟—贯沟石墨矿主要控矿要素是岩浆热侵位对煤层的加热烘烤作用，同时区域性的构造运动引起的区域变质对石墨矿层的富集也起到了积极作用。岩浆热侵位和区域性构造运动多期叠加，反复作用于上石炭统草凉驿组煤层，煤层经热接触变质作用发生煤层→石墨化煤→煤化石墨→石墨矿层的系列变化，富集形成隐晶质石墨矿。

华力西—印支期，本区以南北向挤压运动为主，使石炭系草凉驿组开始挤压褶皱形成向斜，出现若干岩浆活动，煤层富集同时初次加热变质，并伴随有抬升剥蚀；燕山早期，区域内形成反S型构造，该期岩浆活动较为活跃，在草凉驿组分布区南北两侧分别发育大规模五里庙细粒英云闪长岩体和雷家院细粒石英闪长岩体侵入活动，煤层经热接触变质作用发生石墨化；燕山晚期，区域再次以南北向挤压为主，产生向南逆冲走向近东西且弧形弯曲的逆冲断裂系，草凉驿组地层以逆掩断层断夹块的形式存在，向南逆冲在奥陶系和侏罗纪闪长岩体之上。研究区东部锣钵庵—煤沟贯沟一线只保留了向斜的北翼，西边草滩沟—徐家山—花园寺一线基本保留了向斜构造，但受到逆冲断层的影响变得北翼陡峭南翼平缓，且西边在断裂后缘产生向北逆冲的反冲断层，南北冲断层将草凉驿组改造为一个冲起构造，同时在区域上从北向南构造挤压力的作用下在向斜的翼部产生一系列走向近东西次级背斜与次级向斜相伴的复式向斜褶皱系。该期构造运动产生大量级别不等的断层，由于矿层较软容易变形且石墨是良好的润滑剂，矿层作为应力的释放点而被强烈改造且往往与断层伴生，复式褶皱系内次级背斜与次级向斜的核部也往往成为石墨矿层富集带；喜山期该区受到太平洋板块从东边和印度洋板块从西南方向分别朝欧亚板块下俯冲的远程效应的影响而处于近东西向挤压的构造背景下，草凉驿组地层发育一系列左行平移断层，同时该期产生的南北向构造叠加在华力西—印支—燕山期东西向构造之上。

3.2 成因类型

凤县草滩沟—贯沟石墨矿位于秦岭造山带内华北板块南缘的北秦岭叠瓦逆冲推覆构造带南部，地处秦岭造山带东西秦岭交接转化部位，是秦岭造山带地表近东西向构造和岩石圈下部及地幔上部南北向构造形成的十字形立交桥的汇聚部位，是诸多地块和不同类型造山带汇聚交接转换区。地质历史时期与区域性构造运动相伴生频繁的岩浆活动可以为石墨矿的形成提供了充足的热动力条件，草凉驿组煤层和碳质泥岩主要受到海西期岩浆岩侵入体、印支期岩浆岩侵入体和燕山期岩浆岩侵入体的多次加热，在石墨矿富集带东部的煤沟贯沟一带岩浆岩侵入体与草凉驿组接触带上可清晰的见到指示热接触变质作用的角岩化现象。受到多期构造运动的改造，研究区草凉驿组地层多陡倾，倾角基本在60°～70°以上，局部地区近直立。矿层在纵向和横向上均呈现透镜状、鸡窝状或者豆荚状，内部小型揉皱强烈发育，属于变成矿床。