窑坪地区石墨矿成因分析

吴晓勇

(陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727000)

0 引言

石墨是一种结晶形碳(C)。六方晶系，典型的层状结构，碳原子成层排列，每个碳与相邻的碳之间等距相连。因具有耐高温性、导电导热性、润滑性、化学稳定性、可塑性、抗热震性、高传导透明性等特殊性质，被广泛应用于航空航天、新能源、信息技术、高端制造、环保、新材料等领域。曾有专家预言“20世纪是硅的世纪，21世纪将是碳的世纪”(第四次世界工业革命)。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用[1-3]。

1 区域成矿背景

该地区大地构造位置总体属于南秦岭构造带，具体位置位于北部商丹蛇绿构造混杂岩带与南部勉略蛇绿构造混杂岩带之间的佛坪—留坝隆滑构造区[4-6]。北部以留坝—黄柏源滑脱构造与石炭纪至三叠纪的凤太伸展盆地断褶带相连，西部和南部以双溪推覆构造为界与石炭纪至三叠纪张家坪—窑坪裂陷盆地断褶带相连。

1.1 区域地层

从区域地层空间分布特征与窑坪地区相邻地层的相关性来看，关系密切的区域地层主要有古元古界低庄沟岩组(Pt1d)、沙坝岩组(Pt1s)、湾牛坝岩组(Pt1w)地层及其上部发育的石炭纪—三叠纪凤太伸展盆地建造的地层[7-8]。其中古元古界地层主要分布于铁河街—茅坪街一带，呈构造岩块(片)产出，与周围地层均呈构造接触，构成了佛坪变质核杂岩；伸展盆地建造的地层仅为大枫沟组细碎屑岩沉积建造。

低庄沟组(Pt1d)：含石榴石透辉石透闪石变粒岩、方解透辉石长石变粒岩、含石墨透辉变粒岩、含石榴石矽线石墨黑云斜长变粒岩等。

沙坝岩组(Pt1s)：粗晶大理岩、含石墨粗晶大理岩及白云质大理岩。

湾牛坝岩组(Pt1s)：含石榴矽线石墨斜长片麻岩、含矽线石黑云斜长片麻岩、含石墨矽线黑云石英片岩等。

1.2 区域构造

从区域大地构造位置来看，窑坪地区大地构造位置总体属于南秦岭构造带，具体位置位于北部商丹蛇绿构造混杂岩带与南部勉略蛇绿构造混杂岩带之间的佛坪—留坝隆滑构造区。北部以留坝—黄柏源滑脱构造与石炭纪至三叠纪的凤太伸展盆地断褶带相连，西部和南部以双溪推覆构造为界与石炭纪至三叠纪张家坪—窑坪裂陷盆地断褶带相连。

1.3 岩浆岩

区域侵入岩广泛发育，主要分布于中、西、北部。区域岩浆岩带为南秦岭印支期岩浆岩带，属于华阳岩体(前人称之为光头山超单元)，由多个侵入体组成，主要侵入体特征如图1所示。

图1 陕西省花岗岩类主要岩体分布图

1.4 区域矿产级分布规律

区域内矿产主要有铁、铜、以及金红石矿、石墨等10余种。其中在志留系碳酸盐岩和石墨绢云母片岩中发现铜矿点及褐铁矿点10余处，代表矿床有城固县花庙子村银硐湾铜矿、洋县铁河乡上塔湾褐铁矿、八里关铜矿、铁河石墨、金红石矿。

2 矿区地质概况

2.1 矿区地层

区内古元古界长角坝岩群地层分布范围大，出露的主要地层有：低庄沟岩组(Pt1d)、沙坝岩组(Pt1s)、湾牛坝岩组(Pt1w)。

低庄沟岩组(Pt1d)：分布于区内中东部及东部出露，主要分布于罗权沟、碾子沟至大东沟一带。与顶部沙坝岩组(Pt1s)为平行接触关系，以其间的石英岩为标志进行划分。岩性以含黑云斜长变粒岩为主，局部夹有薄层状黑云斜长片麻岩，底部有一层不甚稳定的薄层石英岩。

沙坝岩组(Pt1s)：分布于区内中部及东部大面积出露，分布于银厂湾、八龙庙至大东沟一带，分布范围较广。岩性以透辉石大理岩、含石墨大理岩为主，白色、灰白色，中厚层状，粒状变晶结构。主要矿物为方解石，含少量的石英及透闪-透辉石，普遍含较多的黑色硅质岩条带为其特征，石墨均呈星点状分布。

湾牛坝岩组(Pt1w)：区内大面积出露，分布于区中部及东北部。通过地质修测将其分为4个岩性段，即含石墨黑云斜长片麻岩段(Pt1w1)、大理岩段(Pt1w2)、含石墨黑云斜长片麻岩段(Pt1w3)及含石榴矽线石钙质片麻岩、钙质片岩岩性段(Pt1w4)。其中第一岩性段(Pt1w1)和第三岩性段(Pt1w3)为主要含石墨矿层位。

2.2 矿区构造

在区域构造位置上处于关帝庙—酉水复式背斜的北东翼，区内构造不太复杂，无较大的褶皱和断层，褶皱均为宽缓的褶皱，区外围以铁河向斜为主，但层间小挠曲较发育。断层则以北西向、北东向斜切断层为主。区内见有4条斜交断层(F1、F2、F3、F4)。

F1断层：西起大岩沟，东至毛家沟，是区内规模较大的断层，该断层属于正断层，沿断层常见有小的花岗岩脉侵入、局部可见细小断层破碎带。

F2断层：位于井坝沟北东方向一带，为一层间断层，规模较小，其形成时代晚于F1断层，为逆断层。

F3断层：位于八龙庙一带，为一层间斜切断层，规模较小，为正断层。该断层远离石墨矿体，对矿体无影响。

F4断层：位于罗权沟一带，与F3断裂近乎平行产出，为一层间斜切断层，规模较小，为一正断层。该断层远离石墨矿体，对矿体无影响。

2.3 岩浆岩

窑坪乡地区位于勉县—洋县深大断裂北侧，为秦岭地槽区，属南秦岭褶皱带。区域地质构造发育，岩浆活动频繁，热液活动强烈。

区内岩浆岩发育，主要为中生代三叠纪的华阳岩体，华阳岩体在区内出露单元为天华山单元(TnrT)和木河单元(TnrM)，其岩性均为二长花岗岩，分布范围广，出露面积大，主要分布于该地区的西部、北部，成较大的岩基产出。其次为太古界的中粒角闪花岗岩、伟晶岩脉、石英脉分布于预查区的中部和南部，呈岩株及岩脉状产出。

3 矿床特征

3.1 矿体特征

区内已发现3条石墨矿体(Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号)，均为晶质石墨。且均近南北向呈平行条带状分布，层间夹层为片麻岩、大理岩，偶见1.0～2.3 m厚石英片岩。

Ⅰ号石墨矿体：赋存于长角坝岩群湾牛坝岩组第一岩性段，该段岩性主要为含石墨黑云斜长片麻岩，局部夹薄层含石墨石英片岩。该矿体地表出露标高1 140～1 380 m，走向282°～347°，倾向192°～257°，倾角19°～34°，经地表槽探揭露，其长约6.34 km，宽约2.8～26.5 m。通过样品测试化验结果的统计分析，矿体品位(固定碳含量)为3.5～9.54%。品位变异系数0.31，品位较稳定。

Ⅱ号石墨矿体：赋存于长角坝岩群湾牛坝岩组第三岩性段，该段岩性主要为：含石墨黑云斜长片麻岩，夹薄层含含石墨石英岩或透镜体大理岩。该矿体地表出露标高1 210～1 510 m。走向285°～346°，倾向195°～256°，倾角16°～37°，经地表槽探揭露，其长约6.57 km，宽约3.5～30.0 m。通过样品测试化验结果统计分析，矿体品位(固定碳含量)为3.5%～10.22%，品位变异系数0.21，品位稳定。

Ⅲ号石墨矿体：赋存于长角坝岩群湾牛坝岩组第三岩性段，该段岩性主要为：含石墨黑云斜长片麻岩，夹薄层含石墨石英岩或透镜体大理岩。该矿体地表出露标高1 270～1 590 m，走向68°～256°，倾向160°～338°，倾角21°～37°，经地表槽探揭露，其长约3.07 km，宽约4.1～12.0 m。通过样品测试化验结果统计分析，矿体品位(固定碳含量)为3.5%～15.06%，品位变异系数0.30，品位较稳定。

3.2 矿石特征

石墨矿石中的矿物成分主要为铝硅酸岩矿物，碳酸盐、硫化物矿物中等，故矿石易氧化。矿石中唯一的硫化矿物为黄铁矿，地表露头上可见到新鲜的黄铁矿晶体和集合体，地表工程中常见黄铁矿风化成褐铁矿，加之石墨矿石均为坚硬的块状，因此认为窑坪乡地区矿石主要为原生矿石。矿石中的矿物成分比较复杂，有用矿物有石墨、硅线石、金红石，含量占矿物总含量的22%；杂质矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、炭质、褐铁矿，含量占矿石矿物总量的15%；脉石矿物有斜长石、钾长石、石英、白云母、黑云母、方解石、透辉石、透闪石等，含量占矿物总量的63%。按矿石中矿物的结晶程度、矿物形态及嵌布关系，将矿石结构分为鳞片粒状变晶结构、碎裂结构、叶片状结构和包含结构。常见构造类型有片麻状构造和片状构造，其次还有条带状构造、浸染状构造和星散状构造。

因矿石中的石墨有90%以上呈叶片状及鳞片状产出，仅有10%以下为微晶质及隐晶质，但矿石中石墨矿物含量较低，平均仅5%左右，且石墨片径大部分较小。因此，将矿石的工业类型划分为中品位，细-中粒鳞片晶质石墨矿石。

4 矿床成因分析及找矿标志

4.1 矿床成因

成矿物质来源：区内古元古界为滨-浅海相泥炭质碎屑岩及碳酸盐岩沉积，经区域中-低温动力变质作用，泥炭质碎屑岩变质成片麻岩，碳酸盐岩结晶成为大理岩，炭质成为石墨。古元古界长角坝岩群普遍含有石墨，在湾牛坝岩组片麻岩中富集成矿。此外，矿区北边有印支期的华阳花岗岩基，在矿区的西部和南部分布较多的印支期花岗岩、花岗伟晶岩的岩株、岩枝和岩脉。由于它们的侵入，发生区域热流动力变质作用，使岩石中的炭组份进一步分解、运移、聚集、结晶而形成铁河石墨矿床。

矿床类型：窑坪乡地区石墨矿主要赋存于长角坝岩群湾牛坝岩组第一岩性段和第三岩性段中的片麻岩中，其分布和富集受层位和岩性控制，区域动力热流变质对石墨的形成和富集起到了至关重要的作用。因此，根据有关石墨矿床成因类型划分的要求，将矿床成因类型划为滨-浅海相沉积-区域变成矿床，其工业类型划为中-深变质岩系中的晶质石墨矿床。

4.2 找矿标志

石墨矿床赋存于长角坝岩群湾牛坝岩组地层中，区内西起毛家沟，东到倒西沟均有分布，并发现有多处石墨矿点，是寻找石墨矿的理想地层层位。黑云斜长片麻岩、大理岩交替出现地段的片麻岩中往往形成石墨矿层，而片麻岩在地貌上大多形成负地形。石墨呈灰-深灰色的鳞片状，易于识别，矿石中伴生有矽线石、金红石及少量黄铁矿，黄铁矿风化后形成褐铁矿侵染或斑点，是寻找石墨较明显的标志。

5 结语

洋县窑坪乡地区石墨矿，处于秦岭褶皱系，南秦岭印支期褶皱带白水江-白河褶皱束中部，这是矿床形成和分布的区域构造条件；含矿岩系属古元古界长角坝岩群湾牛坝岩组，为一套滨-浅海相沉积的含碳泥砂质碎屑岩夹碳酸盐岩建造，石墨矿体赋存于碎屑岩之内，这是石墨形成的地层和岩性条件；区内地层和岩石均遭区域变质，由于该区印支期酸性侵入岩活动，使其进一步产生热流变质，因此，区内岩石变质较深，这是区内石墨矿形成的最重要的条件。初步认为矿床成因类型应属于沉积—区域变成矿床，其工业类型应属于中-深变质的晶质石墨矿床。在该工作区之外，特别是区域上，含矿岩系分布广泛，并发现有多处石墨矿点，通过进一步勘查工作，有可能形成更大规模的工业矿床。