河南内乡叶坪—七里坪石墨矿地质特征及矿床成因分析

喻广军，胡 伟，余芳菲

(1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016；2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016)

叶坪—七里坪石墨矿床位于河南省内乡县，为一处中型晶质石墨矿床，区内共发现4条石墨矿带，从中圈出7个石墨矿体，区内石墨矿赋存于秦岭群雁岭沟组地层大理岩和片麻岩中，含矿岩层产出特征较为复杂。本文对叶坪—七里坪石墨矿床从地层、构造、岩浆作用、变质作用、矿体特征、矿石结构构造等地质特征进行了分析研究。结合矿区野外勘查和前人研究成果，分析了矿床成因，初步总结了成矿模式和找矿标志，对今后北秦岭褶皱带的石墨矿找矿工作提供了一定的借鉴意义。

1 区域成矿背景

内乡县叶坪—七里坪石墨矿床地处秦岭褶皱系东段，属秦岭褶皱系北秦岭褶皱带朱阳关—柳泉铺石墨成矿带[1]。区域构造线方向主要为北西西向，地层区划属秦岭地层区、北秦岭分区、西峡南召小区，该区出露地层以变质地层为主，主要有古元古界秦岭群(Pt1qn)和下古生界二郎坪群(Pz1er)，其余为中新生代沉积地层，主要有白垩系(K)[2]。大地构造环境所属性质为边缘活动地带，具有多期旋回构造、岩浆岩活动的特点，为本区石墨矿产的富集提供了有利条件。

区内变质作用主要为区域变质作用和混合岩化作用，变质程度达角闪岩相。秦岭群地层以火山岩建造为主，各种大的断裂构造运动使其形成线性褶皱，并发生强烈区域变质作用及混合岩化作用，雁岭沟组原为一套正常浅海环境下的碎屑岩—碳酸盐夹火山岩组合，经变质作用形成大理岩类和片麻岩类等变质岩作用组合，并形成变质矿产—石墨。在变质作用过程中，变质热液较为活跃，促进了石墨矿物的富集，并使其片径增大。

2 成矿地质条件

2.1 地层

矿区内主要出露古元古界秦岭群地层，呈北西—南东向展布。由老到新依次为雁岭沟组(Pt1y)、石槽沟组(Pt1s)、第四系(Q)地层(图1)。

图1 叶坪—七里坪石墨矿区地质简图

秦岭群雁岭沟组(Pt1y)分布于矿区中南部，岩层总体走向近东西向。主要岩性为白云石大理岩，含石墨大理岩及片麻岩，是石墨矿的主要赋存层位。秦岭群石槽沟组(Pt1s)分布于矿区西北部，岩层总体走向北西—南东。该段地层主要岩性为石榴石、斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩及大理岩。与下伏地层雁岭沟组(Pt1y)呈整合接触关系。第四系(Q)主要分布于矿区东北部，主要为近代河床堆积砂土、砂、砂砾层[3]。

2.2 构造

区内的断裂较发育，断裂倾向10～30°、宽约4～20m，为成矿前的断裂。断裂是岩浆及含矿热液的活动通道，也是容矿的有利部位。区内褶皱构造不甚发育，雁岭沟组地层局部出现倒转及小型背斜、向斜构造。

2.3 岩浆岩

矿区范围内岩浆岩出露面积较小，主要出露于矿区西北部。岩性为黑云母花岗岩：黄色，花岗结构，块状构造，主要矿物为长石(40%～45%)、石英(25%～30%)，次要矿物为黑云母(6% ～ 8%)。

2.4 变质作用

矿区地处秦岭变质地区，以区域变质作用为主，形成了一套中变质岩系。变质岩石类型有大理岩类：大理岩、白云质大理岩、白云石大理岩、含石墨大理岩等；片(麻)岩类：黑云斜长角闪片岩、黑云角闪片岩、钾长黑云片麻岩、石榴矽线片岩、斜长角闪片麻岩、石墨片岩等；长英质变粒岩类；石英岩、长石石英岩等。

秦岭群雁岭沟组含石墨地层，原为一套浅海—滨海相的含碳质的钙质沉积以及泥沙质沉积，后经区域变质作用使岩石中分散的碳质集中结晶，而形成石墨矿层。

3 矿床地质特征

3.1 矿带地质特征

区内出露地表的共有4条石墨矿带，分别编号为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。对2个测区开展工作，Ⅰ号测区位于矿区东南部(图2)，Ⅲ号石墨矿带长度约940m，真厚度1.14～7.40m，呈似层状，脉状、透镜状，属大理岩鳞片状晶质石墨矿带；Ⅳ号石墨矿带长度约1 500m，真厚度0.94～16.96m，呈脉状、似层状，属片麻岩型鳞片状晶质石墨矿带[4]。

图2 Ⅰ号测区地质简图

Ⅱ号测区位于矿区西北部(图3)。Ⅴ号石墨矿带长度约450m，真厚度1.42～10.33m，呈脉状、似层状，属片麻岩型鳞片状晶质石墨矿带；Ⅵ号石墨矿带长度约700m，真厚度2～11m，走向近东南向，呈脉状、似层状，属大理岩鳞片状晶质石墨矿带。

3.2 矿体地质特征

矿区在4条石墨矿带内共圈出石墨矿体7条，主要赋存在古元古界秦岭群雁岭沟组的片麻岩和大理岩中，各矿体呈似层状、脉状或透镜状，总体产状与地层产状基本一致(表1)。现对区内主要石墨矿体Ⅲ-1、Ⅳ-2的特征详述如下。

Ⅲ-1号石墨矿体主要分布于矿区中南部，矿体产于秦岭群雁岭沟组大理岩内，长度约800m，延深约240m，赋存标高为181～353m，埋深0～150m，厚度1.41～7.40m，平均厚度2.89m，厚度变化系数57.78%；品位3.96%～17.39%，平均品位6.98%，品位变化系数65.94%；产状169～230°∠35～65°， 矿体形态呈似层状、脉状。

图3 Ⅱ号测区地质简图

Ⅳ-2号石墨矿体主要分布于矿区中南部(图4)，矿体产于秦岭群雁岭沟组片麻岩内，矿体与顶底板斜长角闪片麻岩、钾长黑云片麻岩、大理岩界限明显，长度约950m，延深约196m，赋存标高为228～360m，埋深0～149m，矿体形态呈似层状、脉状。厚度0.94～16.96m，平均厚度4.71m，厚度变化系数87.45%；品位2.63%～9.86%，平均品位3.51%，品位变化系数51.22%；产状182～246°∠36～57°，受构造影响，产状局部变化明显，使矿体沿走向、倾向方向有扭动弯曲现象。

表1 矿体特征

图4 Ⅳ-2号石墨矿体地质剖面图

3.3 矿石质量特征

区内矿石类型简单，主要为片麻岩型和大理岩型晶质鳞片状石墨矿石，以片麻岩型石墨矿石为主，大理岩型矿石主要为Ⅲ-1、Ⅵ-1两个矿体，分布于矿区中南部Ⅰ号测区内和西北部的Ⅱ号测区内。区内地表矿石较疏松，为风化、半风化矿石，深部钻孔矿石致密坚硬，为原生矿石。

3.3.1 矿石矿物成分

本区片麻岩型矿石的矿物成分主要是钾长石(20%～25%)、斜长石(20%～25%)、石英(10%～40%)、石墨(7%～20%)和云母(6%～20%)，其次含少部分黄铁矿(2%～9%)。

大理岩型矿石的矿物成分以方解石(47%～87%)为主，其次为白云石(10%～20%)、金云母(10%～15%)、石英(0%～15%)和石墨(1%～9%)，少见蛇纹石(2%)，金属矿物仅见少量褐铁矿，偶见黄铁矿。

主要矿物特征：石墨以单矿物形式赋存于矿石中，呈银灰色，鳞片状及次鳞片状，片度在0.05～0.3mm，大部分平行片麻理方向出现。局部富集呈块状、团块、条带、条纹状分布。石墨鳞片质软，手摸有滑感，黑色污手。在局部构造作用强烈地段，石墨鳞片受到破坏，粒径变得很小。黄铁矿主要见于深部钻孔中，以浸染状、细脉状分布于裂隙中。斜长石主要存在与斜长片麻岩型石墨矿中，呈板柱状—细粒状，普遍具高岭石化，即斜长石被高岭石交代，高岭石化后呈白色，硬度小，形成由纤维隐晶状高岭石构成的集合体，含量30%～80%。方解石主要存在于大理岩型石墨矿中，呈他形—半自形粒状，大小在0.3～0.8mm，含量50%～80%。矽线石主要赋存于矽线石榴片岩中，呈纤维状、纤柱状结构，定向排列。

3.3.2 矿石结构、构造

根据镜下鉴定及野外观察，矿石结构主要为鳞片变晶结构，石墨呈显微鳞片状，鳞片有弯曲现象，定向排列，交代结构，褐铁矿交代黄铁矿。

矿石构造为片麻状构造、片状构造，局部呈块状、条带状构造。片状构造：主要矿石中的鳞片状石墨形成定向、平行、断续和有规律的排列；条带状构造：矿石中石墨矿物与脉石矿物呈条带状沿矿脉走向相间分布。

3.3.3 矿石化学成分

各矿体固定碳含量为3.51%～10.18%，平均品位5.2%。本次对矿区片麻岩型的矿石均进行了化学全分析，根据矿石化学全分析来看，矿石化学成 分 主 要 为 SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、CaO(表 2)。

表2 化学全分析结果

3.3.4 石墨片度

晶质(鳞片状)石墨的片度不同，其工业用途及经济价值相差较大。根据区域石墨片度鉴定结果，石墨鳞片一般大小为0.08～0.615mm。根据区内的40个石墨鳞片分析结果(表3)，区内+50目平均含量为64.35%；+50目～+80目平均含量为4.99%；+80目～+100目平均含量为18.91%；小于100目平均含量为9.51%。区内石墨粒径较大，开发利用前景较好。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

该区地处秦岭变质地区，以区域变质作用为主，形成了一套中变质岩系。秦岭群雁岭沟组(Pt1y)为一套浅海相含炭碎屑岩—钙泥质岩—碳酸盐岩建造，夹基性火山岩，有中酸性侵入岩，区内石墨矿主要赋存于大理岩和片(麻)岩地层中，其原岩属含炭钙质泥质岩或含炭泥灰岩，后经区域变质作用使岩石中分散的碳质集中结晶，而形成石墨矿层，因此该区石墨矿受原岩性质的控制十分明显。

表3 石墨粒度统计

秦岭群地层以火山岩建造为主，各种大的断裂构造运动使其形成线性褶皱，并发生强烈区域变质作用及混合岩化作用，其成矿物质来源于岩石中的有机碳，主要经中压高角闪岩相区域变质作用形成石墨矿。从雁岭沟组的变质矿物组合来看，变泥质碎屑岩出现特征的高温矽线石、铁铝榴石、高温硅灰石、透辉石，因此其变质相主要应属高角闪岩相，结合区域变质情况，应属中压相系，推测其形成温度为600～700℃，压力为2×108～8×108Pa[5]。在变质作用过程中，变质温度和压力为主要控矿因素，变质热液较为活跃，促进了石墨矿物的重结晶富集，由于后期构造作用和钾化、硅化为主混合岩化作用，使石墨晶片随脉石矿物颗粒增大过程中，亦再生增大，并进一步迁移富集，最终形成晶质石墨矿床[6-7]。本区矿床成因属于区域变质型石墨矿床。

4.2 成矿模式

矿区石墨矿床成因类型为区域变质型矿床，经过对比分析可划分为以下三个阶段：①沉积成岩阶段：太古代时期，在浅海稳定的沉积环境中，泥质、砂质、粘土质及含有机碳的泥灰质、富镁碳酸盐形成有序沉积，在后期成岩过程中有机质发生分解、迁移，使碳质成分发生相对富集，出现碳质富集岩段；②区域变质阶段：在中压高角闪岩相区域变质作用中，受岩浆热液活动影响，碳质组分发生了重结晶作用，并在有利层位富集，形成含石墨岩层；③混合岩化阶段：后期热液叠加发生混合岩化阶段的重结晶作用，使石墨岩层中的石墨鳞片片度增大，混合岩化的重熔作用，使部分碳质迁移，形成石墨矿体[8]。

4.3 找矿标志

雁岭沟组地层为本区石墨矿直接找矿层位，区域褶皱构造发育，向斜的轴部和背斜的两翼，并有挤压破碎及轻微混合岩化地段为成矿有利部位，石墨矿物用肉眼易于鉴别，可直接指示石墨矿的存在[9]。

区内含石墨大理岩与片麻岩交互出现，石墨矿主要赋存雁岭沟组地层的大理岩和片麻岩中，岩石中一般也含有少量石墨，含石墨大理岩及含石墨斜长角闪片麻岩可直接作为石墨矿找矿标志。