河南桐柏县杨岔凹石墨矿床地质特征及找矿前景

2022-07-13陈少伟张渐渐

中国非金属矿工业导刊 2022年3期

许波，陈少伟，张渐渐

(1.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，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)

2015年以来，对桐柏地区开展了区域石墨矿产调查，通过1∶5万激电测量和少量槽探工程查证等工作，圈出杨岔凹、大张沟、黄庄等多个石墨找矿靶区。根据区域矿产调查成果对桐柏县杨岔凹开展了石墨矿地质普查工作，发现含石墨矿层5条，圈定石墨矿体7条，首次提交了一处大型石墨矿产地。本文依据普查找矿的成果，总结了杨岔凹石墨矿床地质特征、成矿规律及找矿标志，对矿床成因进行了探讨，指出进一步找矿方向，对矿区外围及深部找矿具有一定的指导意义。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置位于秦岭造山带东段，秦岭造山带以松扒断裂为界，北为北秦岭褶皱带，南为南秦岭褶皱带。矿区位于北秦岭褶皱带寨根—彭家寨地背褶皱束[1]。地层属秦岭地层区北秦岭地层分区，主要出露有古元古界秦岭岩群郭庄岩组和雁岭沟岩组、下古生界歪头山组、下古生界二郎坪群大栗树组、张家大庄组及刘山岩组(图1)。

图1 桐柏县杨岔凹石墨矿区区域地质图

区域构造样式表现为多层次韧性剪切、复式背斜、复式向斜构造[2-3]，构造形迹总体呈北西西向展布。区域内岩浆活动非常频繁，主要在北部发育有早志留世桃园岩体和早白垩世梁湾岩体，南部的早白垩世老湾岩体及早古生代柳树庄—卧虎基性—超基性岩岩带。变质岩以区域变质岩为主，动力变质岩次之，接触变质岩仅在岩体边缘附近有少量分布。区域石墨矿床主要有草帽岭、黄竹园、老龙窝、大张沟石墨矿，均产出于古元古界秦岭岩群地层中。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露的地层为古元古界秦岭岩群郭庄岩组、雁岭沟岩组及第四系。

雁岭沟岩组地层岩性组合为：矿区南部以白云石大理岩为主夹少量条带状含石墨大理岩、斜长角闪片麻岩、蛇纹石化白云石大理岩；中部为斜长角闪片麻岩夹白云石大理岩、多层石墨石英片岩；北部以含长英质条带白云石大理岩、硅质白云石大理岩为主夹较多条带状含石墨大理岩。地层中有较多后期的花岗岩脉和花岗斑岩脉侵入。雁岭沟岩组是矿区内石墨矿的赋矿层位。

郭庄岩组地层岩性组合为：矿区北部为斜长角闪片麻岩、花岗质片麻岩，地层内有较多后期花岗岩脉、花岗斑岩脉顺层侵入；矿区南部为斜长角闪片麻岩、黑云辉石斜长片麻岩及少量白云石大理岩，被较多早志留世变质侵入体花岗质片麻岩侵入。

图2 桐柏县杨岔凹石墨矿区地质简图

2.2 构造

区内褶皱、断裂构造发育。褶皱主要为彭家寨复背斜的次级褶皱；断裂构造以北西—南东向韧性—脆韧性走滑断层为主，主要发育三条断层，为老龙泉断裂(F44)、老和尚帽断裂(F54)和大河断裂(F42)。矿区西部整体发育一复式向斜，该复式褶皱主体由两个背形和两个向形组成，在A-A´剖面至08勘查线之间，从南到北为松树沟向形(X2)、药场背形(B3)、药场—雷家寨向形(X2)、猫头岭背形(B1)，地层产状形态呈向形—背形—向形—背形连续出现(图3)。褶皱构造形态控制了石墨矿体的产出形态，矿体产状和地层产状一致，且随褶皱形态的变化而变化；断裂对矿体破坏不大，仅使矿体产生拖曳或很小的错断。

图3 桐柏县杨岔凹矿区A-A＇地质剖面图

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动频繁，主要为早志留世片麻状花岗质侵入体，早古生代柳树庄—卧虎基性—超基性岩变辉长岩、角闪石岩、花岗岩脉、花岗斑岩脉、伟晶岩脉、石英脉。

由于花岗岩脉等的侵入，使矿区地质环境的温度、压力进一步发生变化。在温度、压力继续增高的情况下，石墨可进一步集中，发生重结晶，形成晶片更大的石墨，进而提高了石墨的经济价值。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区共发现含石墨矿层5条，圈出矿体7个，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体为主矿体。矿体均赋存于雁岭沟岩组地层中，矿体呈层状、似层状，近平行产出，产状与地层基本一致，随褶皱褶曲，走向北西—南东，倾角47°～89°。矿体长135～2 577m，厚度1.01～34.19m，矿体平均品位2.63%～7.62%。受褶皱构造及花岗岩脉的穿插和挤压的影响，矿体扭曲明显，产状局部反转，沿走向有分支复合，膨大收缩现象(表1)。

表1 杨岔凹矿区石墨矿体特征一览表

3.2 矿石类型及特征

矿区内石墨矿矿石类型单一，为石英片岩型晶质石墨矿石。

(1)矿石矿物成分。

矿石矿物为石墨，含量2%～22.2%；脉石矿物主要有石英(45%～65%)、方解石(5%～30%)、绢云母+白云母(10%～15%)、钾长石(6%～8%)，局部含少量矽线石。有少量黄铁矿、褐铁矿(4%～6%)；含微量锆石、磷灰石、金红石，次生矿物有绢云母、粘土矿物。

石墨呈片状、鳞片状，银灰、铅灰色，手摸有滑感，黑色污手；多呈集合体状分布，且多有弯曲、挠曲。大部分平行片理均匀分布，局部富集呈斑点、团块、条带或条纹状分布(图4)。鳞片直径一般0.01～1.8mm。通过100件矿石石墨片度分析，+100目石墨平均含量69.55%，为大鳞片晶质石墨，其中地表矿石的石墨片径大于深部(表2)。

表2 石墨片度特征一览表

图4 石墨矿石手标本及显微照片

(2)矿石结构、构造。

矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构，矿石构造主要为片状构造，少量为片麻状构造。石墨品位高的矿石，石墨、云母等片状矿物含量高，片状构造比较明显；片状矿物较少、石墨品位较低的矿石，主要由石墨、云母及粒状矿物定向分布形成片麻状构造。

(3)矿石化学成分。

矿石的化学全分析结果见表3。矿石中固定碳含量 4.14% ～ 9.05%，SiO247.1% ～ 73.6%，Al2O37.17% ～ 12.16%，Fe2O33.27% ～ 6.44%，CaO 0.1% ～ 13.81.%，MgO 0.66% ～ 2.73%，K2O 1.36%～2.64%，可以看出该区矿石的化学成分具富硅、铝而贫镁的特点，属长英质岩系。矿石中的有害组分Fe(Fe2O3+FeO)、S含量分别为3.08% ～ 8.34%、0.07% ～ 1.57%。Fe2O3主要在褐铁矿中，其含量地表高于深部；S主要在黄铁矿中存在，其含量深部高于地表。矿石中伴生有用组分TiO2、V2O5含量较低，分别为0.16%～0.57%、0.02%～0.11%，目前无利用价值。

(4)矿石风化特征。

根据地表探槽及钻孔岩(矿)芯的矿石对比观察，靠近地表的矿石具有轻微风化现象，风化带深度一般为1～3m，在山梁处较浅，山坡谷逐渐变深。风化矿石呈暗灰—灰黑色，松软、容易污手，矿石节理裂隙较发育，绢云母化、高岭土化较明显，黄铁矿大部分氧化成褐铁矿，并呈斑点状、薄膜状分布在节理裂隙面或充填在黄铁矿风化后残留的空洞中，沿节理裂隙局部有泥质充填。总体而言，矿体的风化带不甚发育。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

矿区内石墨矿体呈层状、似层状、透镜状，赋矿地层为古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组，矿石类型为石英片岩型石墨矿石。矿区内石墨矿体产出特征显示出，石墨矿床具有明显的层控特征，初步认为石墨矿床成因类型为区域沉积变质型石墨矿床。其变质矿物的出现及含量变化能反映原始的成分层，如赋矿岩石与围岩渐变过渡或互层，含矿岩石具有明显的沉积韵律特征，矿石的矿物组合、结构构造与围岩大同小异。

在自然界中碳的物质来源主要为有机质、碳酸盐岩及地幔。对于石墨矿床中石墨的碳物质来源存在着有机与无机成因的争论。随着碳稳定同位素的发展，石墨中碳的物质来源得到很好地界定。从目前公开发表的研究成果来看，越来越多的观点认为中国北方的区域沉积变质型石墨矿床的碳物质来源主要为有机碳，并混有少量的无机碳。其中石英片岩型石墨矿碳物质来源主要以生物成因的有机碳为主，而含石墨大理岩中碳物质更多的是来自于化学沉积成因的无机碳[4-8]。

石墨矿赋矿地层原岩建造的发育需要除了稳定的构造环境外，且更依赖特定的表生环境，尤其需要浅海环境和生物大量发育。从石墨矿赋矿地层雁岭沟岩组原岩沉积环境可以看出，原岩沉积环境主要为浅海—滨海相沉积环境，原岩为一套海相碳酸盐岩，夹钙泥质及泥砂质碎屑岩沉积建造。前寒武纪这一特定的时间段，秦岭造山带一带的特定的地质环境，为石墨矿碳物质巨量沉积提供了重要基础[9-13]。

秦岭岩群雁岭沟岩组为区内石墨矿赋矿地层，原岩为含碳的泥砂质及碳酸岩沉积岩系，经过区域变质作用，在温度、压力、变质溶液的持续作用下，使原岩中的碳逐渐变化分解，逐渐形成石墨，随着变质作用的加大，石墨经迁移、集中、重结晶等形成有工业价值的晶质石墨矿。后期构造运动和花岗岩的侵入，可使石墨矿再次迁移、集中、重结晶，形成晶片更大的石墨，进而提高了石墨的经济价值。

综上所述，本区石墨矿床成因类型为区域沉积变质型，并经历了后期动力变质和热液交代叠加改造过程。