陕西商洛市瓦窑沟晶质石墨矿地质特征及找矿方向

尚凯凯

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

近年来，晶质石墨产品广泛应用于电子信息、密封、航空航天等领域，晶质石墨矿被多个国家列为“战略性矿产”[1]。本次发现的瓦窑沟石墨矿位于商洛地区，是一处中型晶质大鳞片石墨矿床。区内共发现晶质石墨矿体7 条，赋存于秦岭岩群雁岭沟组地层中。本文从地层、构造、岩浆岩、变质作用、矿体等方面总结了矿床地质特征，探讨了矿床成因，指出宝鸡凤县—太白为晶质石墨矿找矿的有利方向，为今后北秦岭地区石墨矿找矿工作提供了一定的借鉴。

1 区域地质特征

矿区区域上处于北秦岭复合岛弧杂岩带东部[2]，夹持于洛南—栾川断裂和商丹断裂之间，是秦岭造山带变质变形最为强烈的地区[3](图1)。矿区位于太白县—商南Au稀有金属白云母石墨成矿亚带东段[4]，该成矿带上发现的石墨矿床均赋存于秦岭岩群雁岭沟岩组。秦岭岩群是北秦岭变质体的主体，为一套经历了多期变质变形改造的中深变质杂岩体[5]。区内独特的构造格局及复杂的变形变质作用，造就了商洛北部独特的地质格局，为晶质石墨矿床的形成提供了条件。

图1 北秦岭地质构造简图(据参考文献[3])

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区主要出露古元古界秦岭岩群雁岭沟组b 岩段(Pt1yb)地层(图2)。总体近东西向展布，为一套以碳酸盐岩为主体的含石墨变质岩。主要岩性为大理岩、石墨大理岩及(含)石墨片麻岩。自下而上可分为7 个岩性层(表1)，其中第一、二、四、六岩性层为主要石墨含矿层。

表1 雁岭沟组b 岩段地层特征

图2 矿区地质略图

2.2 构造

矿区处于强应变构造环境，经历了多期次构造叠加。各期构造的主体轴线方向基本保持一致，呈近东西向及北西西向。矿区地质构造复杂，褶皱变形强烈。印支期南北秦岭板块持续挤压，发生脆性变形，形成了张河—留仙坪—界岭背斜。该背斜轴线近东西向，长约30 余公里，轴面近直立，向东倾伏，整个形态呈现出宽阔平稳的特点。其直接控制了该区域石墨矿体分布形态。区域上已发现的庾家河、十里吊、留仙坪石墨矿床矿体均受该背斜控制，呈南北对称产出。矿区面积较小，只出露该背斜的北翼。区内石墨矿的分布和区域构造线的方向一致，呈近东西向展布[6]。

2.3 岩浆岩

矿区主要出露泥盆纪黄柏岔岩体群(ηγD1)。在区内呈东西向展布，地表呈现“生姜状”，单个岩体形态比较复杂，常分叉合并[7]。岩性主要为灰白色二长花岗岩，块状构造，似斑状结构。黄柏岔岩体群对区内石墨矿体破坏较大，部分石墨矿被岩体侵位导致矿体的厚度降低，局部走向中断。

2.4 变质作用

区内地层经历了较强的区域变质作用，主要变质岩类有大理岩、片麻岩、斜长角闪岩。大理岩中有透闪石、透辉石，片麻岩中有矽线石、铁铝榴石等特征矿物，变质程度达到角闪岩相。在区域变质作用过程中，来源于滨浅海环境下沉积的原岩中的有机质在温度、压力、水及二氧化碳等挥发组分的影响下，发生重结晶作用，形成晶质石墨[8]。高树学等[9]认为，晶质石墨鳞片大小与变质程度呈正比关系。

3 矿体特征

区内共发现4 条近东西向展布的晶质石墨矿化带，圈定出7 条晶质石墨矿体(表2)。其中KI-1、KII-1、KIII-1 为主要矿体，特征如下：

表2 矿体特征一览表

KI-1 矿体呈层状产于雁岭沟组b 段第六岩性层内，产状180°～215°∠75°～87°；矿体长度1 340m，厚度2.15 ～17.14m，平均厚度12.97m，厚度变化系数72.87%；矿石类型为片麻岩型，石墨品位2.55%～13.72%，平均品位4.84%，品位变化系数18.74%。

KII-1 矿体呈层状产于雁岭沟组b 段第四岩性层内，产状245°～300°∠14°～36°；矿体长约1 600m，厚度13.43 ～17.14m，平均厚度15.28m，厚度变化系数17.12%；矿石类型为大理岩型，石墨品位5.53%～6.09%，平均品位5.78%，品位变化系数6.82%。

KIII-1 矿体呈似层状产于雁岭沟组b 段第二岩性层内，产状305°～24°∠10°～65°；矿体长约2 530m，厚度1.06 ～3.86m，平均厚度2.45mm，厚度变化系数14.38%；矿石类型以大理岩型为主，次为片麻岩型，石墨品位3.39%～10.92%，平均品位7.38%，品位变化系数45.35%。

4 矿石质量

4.1 石墨矿石类型及矿物特征

区内矿石类型主要为大理岩型和片麻岩型晶质石墨矿。其中以大理岩型为主，在发现的7 条矿体中均可见到。片麻岩型石墨矿主要见于KI-1、KI-2、KIII-1、KIV-1 矿体中。两种类型矿石矿物特征详述如下。

(1)大理岩型。

大理岩型石墨矿石呈钢灰—黑色，鳞片粒状变晶结构，薄层状构造。由40%～70%的方解石和15%～25%的石墨组成，其次石英含量3%～7%，长石含量5%～15%，透辉石含量5%～10%。石墨以碎粒状充填于方解石颗粒之间，局部呈团块状富集(图3、图4)。

图3 石墨大理岩

图4 石墨以填隙式生长于方解石矿物颗粒之间

(2)片麻岩型。

片麻岩型石墨矿石呈灰黑—黑色，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。矿物组成主要为斜长石(30%～45%)、石英(15%～25%)、黑云母(10%～20%)等，其次为石墨(5%～15%)。石墨主要呈鳞片状、稠密浸染状定向富集于片麻理之间，一般顺着片麻理方向生长(图5、图6)。

图5 石墨定向排列，褐铁矿、赤铁矿充填

图6 石墨片麻岩

4.2 石墨品位

对各类型矿石进行石墨固定碳分析，大理岩型固定碳含量2.04%～29.52%，平均7.01%；片麻岩型固定碳含量2.29%～13.72%，平均6.21%。通过光片测试结果统计，全区石墨鳞片片径+100 目(大于0.147mm)占比约83.12%，主要为大鳞片晶质石墨矿。

5 矿床成因分析及找矿方向

5.1 矿床成因分析

雁岭沟组原岩为砂泥质、半粘土质、粘土质、富含炭质的泥灰岩及富铝碳酸盐岩组合，反映了一个滨浅海沉积环境。在此环境下原岩吸附了周围生物的有机质，为成矿提供了原始物质来源[10]；至元古代中期，在晋宁运动加持下秦岭群发生区域变质作用，在角闪岩相高级变质作用过程中，有机质在温度、压力、水、二氧化碳等挥发性组分的影响下，重结晶形成晶质石墨，再结晶作用使晶体比表面积较小，表面能降低，石墨晶体增大，晶体结构趋于稳定，形成具有工业品位的晶质石墨矿体[11]，变质程度越高，石墨鳞片越大、石墨质量越好[9]。本文类比其他类似的石墨矿床，认为瓦窑沟晶质石墨矿矿床成因为沉积+区域变质型。

5.2 找矿方向

本区晶质石墨矿赋存于秦岭岩群雁岭沟组地层中。矿体分布严格受地层控制[9]，具有分布连续广泛、规律性强的特点。北秦岭地区宝鸡凤县—太白等地有相同的成矿地质条件，具有较好的找矿前景。

6 结论

(1)瓦窑沟晶质石墨矿赋存层位为古元古界秦岭岩群雁岭沟组b 岩段第一、二、四、六岩性层。矿体产出严格受地层层位控制，延伸稳定，厚度较大，具有一定的规模；石墨矿矿床成因为沉积+区域变质型。

(2)区内矿石类型为大理岩型和片麻岩型晶质石墨矿。大理岩型平均品位7.01%、片麻岩型平均品位6.21%。石墨鳞片片径+100 目者占比约83.12%，属大鳞片晶质石墨矿，矿石质量较好且稳定，具有较高的工业价值。

(3)该区及周边秦岭岩群雁岭沟组分布较广且连续，可进一步在北秦岭地区的宝鸡凤县—太白等空白区进行晶质石墨矿找矿勘查工作。