河南南召县绵羊沟石墨矿床地质特征及找矿前景分析

张道阔，徐卫东，程继锋，张 旭

(河南省航空物探遥感中心，河南 郑州 450053)

河南省内石墨资源较为丰富，载至2019年底保有石墨资源量2 934.6万t[1]，矿床类型主要为区域变质型晶质石墨矿[2]。省内主要有两个石墨成矿带：Ⅱ1华北地台南缘灵宝—鲁山—舞阳石墨成矿带；Ⅱ2秦岭—大别山褶皱系朱阳关—柳泉铺石墨成矿带[3-5]。南召县绵羊沟石墨矿床即位于灵宝—鲁山—舞阳石墨成矿带内，该带成矿地质条件较好，已发现矿床有灵宝市泉家峪中型石墨矿床、汝州市范庄(拉台)中型石墨矿床、鲁山县背孜大型石墨矿床、舞钢市杨树湾大型石墨矿床等[6-9](图1)。绵羊沟石墨矿床是南召县石墨勘查的新成果，与成矿带内发现的上述大中型石墨矿床具有相同的成矿地质背景。本文在总结矿床地质特征基础上，初步分析了矿床成因和找矿前景，认为绵羊沟及附近地区具有中大型石墨矿的找矿前景。

图1 河南石墨成矿带矿床分布图(据参考文献[4]修改)

1 区域地质背景

绵羊沟石墨矿床大地构造位置属华北板块南缘构造带，横跨卢氏—确山构造带和北秦岭板内增生带两个次级构造单元。本区成矿划为灵宝—舞阳与太古宙变质有关的铁、石墨矿床成矿亚系列[4]。地层分区属于华北地层区—北秦岭分区的南召小区，区内地层主要有太古界太华群(Arth)片麻岩、中—上元古界宽坪群(Pt2-3K.)大理岩夹片岩、下古生界二郎坪群(Pz1E)和三叠系、侏罗系、白垩系。其中太华群为一套区域性中深变质岩系，分布范围广，是区内石墨的赋矿层。区域断裂构造发育，且规模大、切割深，主要呈北西—南东向展布。区内岩浆活动强烈，以二长花岗岩、花岗斑岩、花岗岩为主，少量闪长岩(图2)。变质作用以区域变质作用为主，动力变质作用和混合作用次之。在太古界太华群中普遍发生混合岩化作用，经变质作用形成片麻岩类和大理岩类等变质岩组合，为石墨矿的形成提供了前提。

图2 绵羊沟一带区域地质图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层为太古界太华群(Arth)、中—上元古界宽坪群(Pt2-3K.)和第四系(图3)。

图3 矿区地质简图

太华群(Arth)分布最广，出露宽大于1km，主要岩性有黑云斜长混合片麻岩、角闪斜长混合片麻岩、角闪二长混合片麻岩、黑云角闪斜长混合片麻岩及角砾状、眼球状混合花岗岩，局部夹斜长角闪片岩、含石墨黑云斜长片麻岩、大理岩透镜体。已发现的石墨矿体均赋存于该地层中。

宽坪群(Pt2-3K.)分布于矿区中南部、栾川—维摩寺断裂(F1)南侧，主要岩性为浅灰—灰白色的厚—巨厚层状大理岩、石英云母片麻、绿泥石英片岩。与下伏太华群呈断层接触关系。

2.2 构造

区内构造形迹以断裂为主，主要为栾川—维摩寺断裂(F1)，呈北西—南东向延伸。矿区位于昭君垛—黑石顶复背斜的南西翼，褶皱不发育，地层总体为一单斜构造。

2.3 岩浆岩

岩浆岩分布于矿区南部，受断裂控制明显，岩性为晚元古代变花岗斑岩(Pt3γπ)；另有少量的细脉状闪长岩脉和石英脉分布。

3 矿床特征

3.1 矿体特征

区内发现一条石墨矿化带(Ⅰ)，产于太华群(Arth)含石墨混合片麻岩中，呈北西西—南东东向分布，其产状与地层产状一致。矿化带内共圈出5条矿体(编号Ⅰ-1～Ⅰ-5)，各矿体长200～1 200m，真 厚 度1.53～26.28m，固 定 碳 含 量2.72%～ 8.79%(表1)。矿体呈似层状、透镜状，沿走向和倾向有分枝现象；产状多变，沿倾向变化较大，倾向172～256°，倾角48～86°，矿体局部倾向北东或北西。

表1 矿体特征一览表

3.2 矿石特征

本矿区矿石类型为片麻岩型晶质石墨矿。矿石矿物为石墨，在偏光显微镜下呈分散的黑色片状、弯曲状充填于脉石矿物缝隙之间，含量3%～15%。单晶鳞片直径一般0.12～0.6mm，最大1.725mm，聚晶集合体直径一般2～7mm，最大可达10mm，正目(≥100目)石墨占比82%。在局部构造作用强烈地段，石墨鳞片受到破坏，变得很小。

脉石矿物主要为石英，次为斜长石、黑云母、透辉石、钾长石、方解石等，微量矿物有黄铁矿、榍石、锆石、磷灰石。

2个样品的化学全分析结果：SiO2平均75.85%，Al2O3平 均7.42%，Fe2O3平 均1.59%，FeO平均0.43%，CaO平均0.78%，K2O平均4.01%，MgO平 均0.86%，MnO平 均0.02%，Na2O平 均0.58%。化学成分显示矿石总体具有富Si、Al特征。

3.3 矿石组构

矿石结构为鳞片状、柱粒状变晶结构。矿石构造主要为片麻状构造、块状构造。当矿石中黑云母等片状矿物含量高时，片麻状构造比较明显；片状矿物少时，主要由石墨及柱状矿物定向分布形成弱片麻状构造或块状构造。

3.4 成矿带内石墨矿床对比

灵宝—鲁山—舞阳石墨成矿带内已发现并勘查5处石墨矿床，其中西北段为泉家峪中型石墨矿床，中段为范庄中型、背孜大型、绵羊沟小型石墨矿床，东南段为杨树湾大型石墨矿床。各矿床均形成于太古代，与该时期形成的太华群老变质岩系密切相关，为区域变质型晶质石墨矿。泉家峪矿床产于太华群观音堂组黑云混合片麻岩、角闪斜长片麻岩中，范庄、背孜、绵羊沟矿床产于太华群水底沟组黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、角闪斜长片麻岩中，杨树湾矿床产于太华群杨树湾组斜长片麻岩、钾长片麻岩。就石墨的含矿岩系来说，西北段的观音堂组、中段的水底沟组、东南段的杨树湾组应属同一层位，岩性多为斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩。

石墨矿体呈似层状、层状和透镜状顺层产于各片麻岩中。矿石类型主要为片麻岩型，少量透辉石大理岩型。矿石结构有鳞片变晶、柱粒状变晶结构，矿石构造则多为片麻状、块状构造。石墨片度较大，正目石墨占40%～82%。各矿床平均品位相近，平均固定碳3.81%～4.72%。就矿石特征来说，绵羊沟矿区脉石矿物以石英为主，次为斜长石、黑云母；而其他矿区脉石矿物以斜长石、石英为主，次为钾长石、透辉石、黑云母。绵羊沟矿石SiO2平均含量75.85%，高出泉家峪(59.26%)、范庄(61.23%)、背孜(60.09%)、杨树湾(60.4%)约15%。

4 矿床成因探讨

绵羊沟石墨矿赋存于太华群含石墨混合片麻岩中，原岩组合为含碳砂泥质岩和碳酸盐岩，夹少量长英质、铁镁质火山岩，为一套有连续相序的浅海陆源碎屑—碳酸盐含炭沉积建造[4]，是形成石墨的矿源层。含炭原岩建造严格控制了本区石墨矿的产出，是石墨矿形成的主要控矿因素。

在区域变质作用过程中，含炭原岩建造在温度、压力及H2O、CO2等挥发组分的变化影响下，岩石发生重结晶、重组合及变形作用，改变了矿物组成和结构构造。原岩中的炭质物以重结晶的方式形成鳞片状晶质石墨[4]。由于后期构造作用及以钾化、硅化为主的混合岩化作用，致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[10]。

关于形成石墨的碳来源，陈衍景等[11]认为有机成因和无机成因并存，且不同的岩石类型成因不同：片岩、片麻岩中石墨主要为有机成因，大理岩、混合岩化岩石中石墨为有机和无机的混合成因。区内太华群主要为片麻岩组合，据此认为形成该区石墨的碳来源于与原岩同沉积的有机炭，认为本区石墨矿床成因类型为区域变质型矿床。

5 找矿前景分析

成矿带内已发现的大中型泉家峪、范庄、背孜、杨树湾石墨矿床均产于太华群变质岩系中，绵羊沟石墨矿床与上述矿床具有相同的构造背景和成矿条件，含矿地层也为太古界太华群含石墨黑云斜长片麻岩、石墨矽线斜长片麻岩、石榴石英片岩等，为一套孔兹岩系，普遍含石墨。

在栾川县—南召县—云阳镇一带北部，连续出露太华群变质岩系，石墨矿化普遍。含矿层在区内延伸长大于40km，宽1.5～5km，具有规模大、延伸稳定的特点，局部地段极具成矿远景，已发现绵羊沟小型石墨矿床(估算石墨矿物18.7×104t)，总体找矿前景较好。绵羊沟矿区外围大面积含矿层未开展石墨矿的专项找矿评价工作，因此加强绵羊沟石墨矿床及外围地质勘查工作，有望探获中大型石墨矿床，取得新的找矿突破。