陕西省丹凤北部晶质石墨矿地质特征及成因分析

杨联涛

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

陕西省太白—商南石墨成矿亚带上，有凤县—太白和丹凤北部两个石墨找矿远景区，2016年陕西省将丹凤北部范围设立为晶质石墨找矿会战区之一。该区石墨矿赋矿地层主要为古元古界秦岭群雁岭沟组地层，为区域变质型矿床，矿石质量较好，属于大鳞片型。目前，区内已做过石墨矿勘查工作的地区有庾家河、留仙坪、蔡凹—碾子坪—大西沟、塔儿坪等处，故该区有较大勘查和开发前景。

1 成矿地质背景

本区大地构造位置位于北秦岭复合岛弧杂岩带东部[1]，地层区划属北秦岭地层分区之太白地层小区东段。依据陕西省成矿区(带)的划分，属于陕西省Ⅳ级成矿区带：Ⅳ-66A-2太白县—商南Au稀有金属白云母石墨成矿亚带[2]。

1.1 地层

丹凤北部晶质石墨矿的赋矿地层主要为古元古界秦岭群雁岭沟岩组。雁岭沟地层为一套经历多期变质变形、层状无序的中—高级变质地层组合体，达低角闪岩相—高角闪岩相变质，属于一套富含石墨高铝的孔兹岩系[3]。

1.2 构造

丹凤北部晶质石墨矿位于华北古陆块南缘北秦岭复合岛弧杂岩带东段，地层经过多期质变和形变，褶皱构造、断裂构造、面型构造极为发育，总体构造线近东西向。区内已发现的晶质石墨矿主要分布在区内东西向展布的张河—界岭背斜的两翼。

1.3 岩浆岩

区域岩浆岩主要为古生代北秦岭花岗岩带，包括泥盆纪桃坪、骡子坪、黄柏岔、黄龙庙岩体群，志留纪孙家山、桐树沟、陈寺沟、庵底岩体群，奥陶纪秋树坪岩体、奥陶纪宽坪岩体及早古生代次火山相。通过对区内岩浆岩的调查研究，发现岩体破坏了石墨矿体的连续性，但是却在接触部位附近加大了石墨鳞片的生长[4]。

1.4 变质作用

主要为区域变质作用，形成中深度变质岩系[3]，其次局部范围经历了混合岩化，富碳地层变质为石墨矿体提供了有利条件。雁岭沟组地层区域变质表现为泥质变质岩中出现：矽线石+石榴石+黑云母+斜长石+微斜长石+钛铁矿+石英组合。全部以原岩矿物的残晶形式残留于岩石中。石榴石—黑云母矿物温度计证明，变质程度属于高角闪岩相。

2 丹凤北部晶质石墨矿地质特征

2.1 矿化带分布特征

丹凤北部共有七条晶质石墨矿化带，主要分布于雁岭沟地层b岩段的第二、四、六岩性层中。区内晶质石墨矿化带展布与区域构造线方向一致，北西西—南东东向。矿化带的分布见图1，矿化带特征见表1。

图1 丹凤北部晶质石墨矿化带分布图

表1 丹凤北部晶质石墨矿化带特征

2.2 矿石质量特征

2.2.1 矿物特征

矿石矿物为石墨，颜色呈银灰色、灰黑色，多呈聚晶或连晶，鳞片长轴定向，略平行层理或片麻理方向产出，局部富集呈条带状或条纹状。石墨鳞片质软，手摸有滑感，污手，锤击具明显钢灰色痕迹。

2.2.2 矿石结构构造

矿石结构为鳞片粒状变晶结构。矿石构造为层状构造、片麻状构造、片状构造、块状构造、条带状构造等。

2.2.3 矿石类型

矿石类型主要为石墨大理岩，次为石墨片麻岩、石墨片岩，少量石墨变粒岩。

(1)石墨大理岩：钢灰色—黑色，锤击具明显的银灰色擦痕，鳞片粒状变晶结构，薄层状构造，石墨鳞片以填隙方式杂乱生长于方解石矿物颗粒之间。主要矿物组成为方解石、石墨、透辉石、石英、长石，其次为少量白云母、绢云母及粘土矿物、金属矿物等。其中方解石含量为40%～70%，石墨含量为10%～20%，石英含量为3%～7%，长石含量为5%～15%，透辉石含量为10%～20%。石墨呈粗大的鳞片状，杂乱式生长于方解石矿物颗粒之间。

(2)石墨片麻岩：灰黑色—黑色，锤击具有极明显的银灰色条痕，手搓表面光滑污手严重，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。矿物组成主要为斜长石、石英、黑云母等，其次为石墨、白云母，另含少量金红石、金属矿物(褐铁矿、赤铁矿等)和微量副矿物。其中长石含量为25%～40%，石英含量为20%～30%，黑云母含量为15%～25%，石墨含量为10%～30%。石墨呈片状，长轴平行层理方向，断续定向排列，集合体呈稠密浸染状，沿片麻理方向定向生长。

(3)石墨片岩：黑色，沿片理方向手搓表面具有明显的滑腻感，污手严重，鳞片状粒状变晶结构，片状构造。主要矿物组成为石英、白云母、石墨、矽线石，其次为少量矽线石、高岭石及蚀变长石碎屑、金属矿物(褐铁矿)、金红石及少量粘土矿物。其中石英含量为40%～70%，白云母含量为10%～40%，矽线石含量为3%～7%，石墨含量为10%～20%。原石墨定向排列十分明显，沿片理方向呈平行的条带状生长。

(4)石墨变粒岩：鳞片花岗变晶结构，粒状变晶结构，变斑状构造，平行构造、片状构造及块状构造。石墨一般含量为8%～20%，脉石矿物主要有石英(50%～80%)、长石(5%～20%)，次要有黑云母(1%～3%)等。石墨呈晶质、鳞片状，自形—半自形及他形鳞片状，较均匀的分布于石英或石英和长石粒间，多定向或在石英颗粒间杂乱分布。部分石墨形成集合体呈透镜状聚斑，石墨片晶之间往往夹有少量绿泥石、硅线石、高岭石，鳞片中常有石英、褐铁矿包体。若受构造作用，石墨鳞片常呈波状弯曲，产生裂纹或泥化，而成为土状石墨与褐铁矿混染分布于整个矿石中。

2.2.4 化学成分

矿石的化学成分主要为固定碳、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO。随着石墨含量的增加，矿石中SiO2、CaO、MgO、SO3含量大致减小，其他元素无明显的变化规律。矿石中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、S、P2O5等对石墨精矿提纯、深加工的有害组分含量均较低。

2.2.5 石墨片度

石墨鳞片片度＞80目者占到81.18%，区内石墨矿以大鳞片石墨为主。

3 矿床成因分析

秦岭群雁岭沟岩组原岩为砂泥质、半粘土质粘土岩，富碳泥灰岩及富铝碳酸盐系列，反映了一个浅海沉积环境，其碳质来源于微体生物和低级形态生物有机质碳。雁岭沟岩组地层变质程度较高，达到高角闪岩相，含有机碳的岩石，经过区域变质作用，有机碳重结晶形成晶质石墨，并且石墨晶体增大，形成了具有工业品位的石墨矿体。分析认为该区石墨矿床属区域变质型。

(1)成矿地质背景。

中国区域变质型石墨矿主要分布在古老地台、地块周缘[5]，华北地台南缘分布有河南背孜[6]、西安骊山[7]、陕西丹凤庾家河[8-9]等一系列石墨矿床。

(2)沉积作用。

成矿原岩是在滨浅海沉积环境下的一套生物活动强烈的海相陆源沉积建造，还原条件良好，有机质丰富，为石墨成矿提供了最初的物源[10]。矿床基本上受沉积因素控制，因原岩具有一定沉积层位，石墨矿体具有层控特征。沉积作用主要发生在古元古代。通过对丹凤北部已发现的晶质石墨矿进行统计，赋矿层位主要为古元古界秦岭群雁岭沟组b岩段第二、四、六岩性层，严格受层位控制，岩性组合以石墨大理岩、石墨片麻岩、石墨黑云斜长片麻岩、石墨石英片岩等为主。

(3)区域变质作用。

雁岭沟组地层发生区域动力热流变质作用，形成以晶质石墨、矽线石为特征的高角闪岩相变质，原岩中的有机质在还原条件下发生一系列的分解反应[3]、脱氧、脱氢反应，碳质组分发生自组织作用和重结晶作用[11]并相对集中，结晶成鳞片状石墨，形成具工业品位的石墨矿体[5]。区域变质过程主要发生在吕梁期—加里东期。石墨品位的高低及其分布由原生的沉积条件与古地理环境及区域变质作用多重控制。

(4)混合岩化作用。

本区在加里东—海西期，岩浆活动强烈，花岗岩顺层侵入，并且伴随构造加压与地热递增，雁岭沟岩组普遍发生混合岩化作用，主要表现为重结晶、局部重熔和交代作用。在此作用过程中，部分组分发生运移和聚集，长石和石英等造岩矿物发生伟晶化[12]，石墨矿层发生叠加改造，部分石墨再度发生重结晶，提高了石墨鳞片的片度和矿石质量[6，13]，特别是岩脉周围及其附近部位[3，11]，甚至形成石墨脉(脉内石墨鳞片片度较大)。

(5)碳质来源分析。

稳定碳同位素重分析δC13PDB为 -12.34‰～-13.89‰[14]，分析认为石墨中碳质来源于微古生物，属有机碳。蜉蝣藻类在元古代陆间海或陆源海滨带繁衍、聚集、埋藏，导致导致碳质富集，在长期变质作用下，碳质集中结晶形成了石墨[15]。