河南雁岭石墨矿床地质特征与外围找矿方向

喻广军，陈海涛，余悦发，王 涛，胡 伟

(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)

0 引言

雁岭石墨矿床位于河南省内乡县，是通过实施河南省财政地质勘查项目新发现的一处中型晶质石墨矿床。区内共发现5条石墨矿带，从中圈出7个石墨矿体。区内石墨矿主要赋存在秦岭群雁岭沟组的片麻岩中，含矿岩层产出特征较为复杂。

本文对雁岭石墨矿床地质特征、控矿因素及找矿标志等方面进行了总结，结合区域上晶质石墨矿床的野外勘查和前人研究成果，综合分析研究了矿床成矿模式、矿床成因和外围找矿方向，为今后北秦岭褶皱带石墨矿找矿工作提供一定的借鉴。

1 区域成矿背景

河南省内乡县雁岭石墨矿床位于秦岭造山带东段北秦岭造山带秦岭变质地体，朱阳关—夏馆深大断裂和西官庄—镇平大断裂的夹持部位，属秦岭褶皱系北秦岭褶皱带朱阳关—柳泉铺石墨成矿带[1-2]。朱阳关—夏馆深大断裂是二郎坪地质体的南部界线断裂，西官庄—镇平大断裂则是华北、扬子两陆块的拼合界线断裂，两者平行且呈NW向展布。区域内出露地层主要为古元古界秦岭群变质岩系[3]，地层产状呈NW—SE展布。研究区位于华北及扬子两古陆块之间活动构造带处，成矿前景较好。

通过资料综合分析，研究区处于极其复杂的大地构造位置(图1)。其位于秦岭褶皱系北秦岭褶皱带，受区域构造运动的强烈作用，区内断裂及褶皱发育。构造线方向为NWW向，地层、构造、岩浆岩带、变质相带、混合岩带和山脉走向皆呈NWW向带状展布。在秦岭褶皱带中，位于其东段北秦岭构造带与南秦岭构造带交接处，根据板块构造观点，则是华北板块与华南板块最终碰撞的缝合带。该区在漫长的地史演化过程中，经受了长期而又强烈的区域构造运动及岩浆活动，导致不同深度和不同类型的岩石部分重熔、混合岩化作用及区域变质作用，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-碳酸盐岩夹火山岩组合，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。

图1 研究区大地构造位置图

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内主要出露古元古界秦岭群雁岭沟组和石槽沟组，呈NW—SE向展布，河床和沟谷中分布第四系[4](图2)。

图2 雁岭石墨矿区域地质图

雁岭沟组(Pt1y)：分布于矿区中部和东南部，呈条带状斜穿矿区，矿区内出露面积较大。岩层总体走向NW—SE，倾向变化较大，局部出现倒转现象，倾角多在40°～75°，局部地层近乎直立，厚1500～1650 m。该段地层主要岩性为细粒白云石大理岩(图3a)，夹有斜长角闪片麻岩(图3b)、斜长角闪片岩。石墨矿主要赋存于该段地层。

石槽沟组(Pt1s)：大面积出露于矿区中部。岩层总体走向为NW—SE，倾向25°～345°，倾角50°～70°，厚100～600 m。该段地层主要岩性为黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩(图3c)夹斜长角闪岩、透辉变砾岩、透辉大理岩、石榴矽线黑云斜长片麻岩。本区有一条石墨矿化带出露于该段地层。

第四系(Q)：主要分布于河床、河漫滩沉积、残破积物以及沟谷底部，以黏土、砂石、卵石、砂土层为主，有少量淤泥和砂质黏土、耕地的砂质黏土、黏土和腐殖土以及残坡积碎石、黄土等，厚度一般小于10 m。

2.2 构造特征

矿区内褶皱构造不甚发育，雁岭沟组局部出现倒转及小型背斜、向斜构造。矿区的基本构造格局以单斜构造为主体(图4)。地层走向NWW—SEE，倾向345°～15°。矿区内的断裂较发育，断裂近平行于地层，倾向10°～30°，宽4～20 m，为成矿前的断裂。

图4 雁岭石墨矿区地质简图

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩出露面积较小，主要出露于区内东北部及西南部，呈脉状侵入雁岭沟组中。花岗岩呈肉红色，斑状结构，基质具细粒花岗结构，块状构造。主要矿物成分为钾长石(55%～65%)、斜长石(10%～15%)、石英(20%～25%)、石榴子石(4%～6%)、黑云母(1%～5%)(图3d)。

图3 矿区岩石显微照片

2.4 变质作用

该区地处秦岭变质地区，以区域变质作用为主，形成了一套中等变质程度的变质岩系。变质岩石类型：①大理岩类：大理岩、白云石大理岩、含石墨大理岩等；②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；③长英质变粒岩、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—滨海相的含炭质的钙质沉积及泥沙质沉积，后经区域变质作用使岩石中分散的炭质集中结晶而形成石墨矿层。

2.5 围岩蚀变

矿区内围岩蚀变类型主要有黄铁矿化、碳酸盐化、硅化，另有少量的蛇纹石化、绿帘石化、绢云母化等。主要蚀变特征：

黄铁矿化：在大理岩和片麻岩中均有分布。呈浸染状均匀分布于岩石中，或呈细脉状、团块状沿裂隙分布，脉体宽1～3 mm，团块直径最达可达8 mm，他形—半自形晶。

碳酸盐化：分布比较普遍，在各类岩石及构造破碎带均可见到。为方解石细脉或钙质胶结物，呈白色，斜交或顺片理分布，宽1～10 mm。方解石以他形—半自形为主，细粒—粗粒。

硅化：分布较普遍，以细脉状或小透镜状、小团块状分布在各类岩石中，顺层或斜交地层层面，宽1～40 cm，呈白色、烟灰色，主要成分为石英。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿区共圈出石墨矿体7条，主要赋存于古元古界秦岭群雁岭沟组的片麻岩中，自北向南编号分别为Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ。矿体呈脉状、似层状或大透镜状，沿倾向局部有分枝复合现象，总体产状与地层产状基本一致。代表性矿体有Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅶ号石墨矿体(图5)[5]。

图5 雁岭矿区07勘查线剖面图

Ⅰ1号石墨矿体：分布于矿区北部，矿体长约1026 m，沿倾向延深约330 m，赋存高程为95～561 m，埋深0～466 m，属片麻岩型晶质石墨矿(鳞片状)，呈脉状、似层状，局部分枝复合。倾向NE12°～61°，倾角69°～81°，矿体厚1.20～25.42 m，平均厚7.02 m，厚度变化系数为25.14%。固定碳品位为2.31%～8.33%，平均品位为3.73%，品位变化系数为79.29%。

Ⅰ2号石墨矿体：分布于矿区北部，矿体长度约1088 m，沿倾向延深约330 m，赋存高程为35～556 m，埋深0～521 m，属片麻岩型晶质石墨矿(鳞片状)，呈脉状、似层状，局部分枝复合。倾向NE20°～57°，倾角51°～76°，矿体厚0.76～7.10 m，平均厚3.27 m，厚度变化系数为14.67%。固定碳品位为2.00%～6.22%，平均品位3.53%，品位变化系数为77.44%。

Ⅶ号石墨矿体：分布于矿区西南角，矿体长度约660 m，沿倾向延深约330 m，赋存高程为68～470 m，埋深0～402 m，属片麻岩型晶质石墨矿(鳞片状)，呈似层状。倾向NE43°～70°，倾角66°～88°，矿体厚2.90～10.73 m，平均厚4.72 m，厚度变化系数为64.61%。固定碳品位为2.03%～13.56%，平均品位为7.26%，品位变化系数为48.57%。

3.2 矿石结构构造

矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构、鳞(叶)片变晶结构，偶见包含结构、交代结构。

矿石构造主要为片麻状构造，其次为浸染状构造。

3.3 矿石矿物成

依据野外调查及镜下观察，矿区片麻岩型矿石的矿物成分主要为石英(20%～60%)、钾长石(6%～35%)、斜长石(5%～25%)、黑云母(6%～20%)和石墨(2%～15%)，其次含少量黄铁矿(2%～3%)、绿泥石、透辉石等矿物。

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，石墨片径较大，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。

斜长石：主要存在于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。含量占比5%～25%。

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，星点状分布于矿石内。

3.4 矿石化学成分

本次对片麻岩型的晶质石墨矿石进行了化学全分析，根据矿石化学全分析来看，矿石化学成分主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3、C、MgO、K2O、CaO。石墨矿石化学成分详见表1。

表1 化学全分析结果

3.5 矿石类型

根据矿石原岩性质、结构构造、矿物共生组合、有用组分含量差异等特征，区内石墨矿的自然类型主要为片(麻)岩型。

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，区内石墨一般粒径(d)为0.08～0.615 mm，根据区内的40个石墨粒度分析结果，粒径大于50目的石墨平均面积含量占比为64.35%；粒径在+50目～+80目之间的石墨平均面积含量占比为4.99%；粒径在+80目～+100目之间的石墨平均面积含量占比为18.91%；粒径小于100目的石墨平均面积含量占比为9.51%。石墨粒度统计表见表2[6]。

3.6 矿体围岩及夹石

矿体围岩为各类斜长片麻岩、大理岩，固定碳含量一般小于1%，与矿体界线多数较清晰，少数固定碳含量较高，与矿体界线不清，呈渐变过渡关系，需要依靠化学分析结果确定。根据统计，围岩各类斜长片麻岩所占比例约80%，大理岩约占20%。

矿体中的夹石呈薄层状或透镜状，多在单工程中出现，分布较少，不具规模。夹石多为各类含石墨片麻岩，有少量大理岩、构造角砾岩。夹石多与矿体界线不清，固定碳含量一般0～2.5%，其厚度一般小于10 m。

3.7 控矿因素

3.7.1 地层控矿

区域目前已发现的石墨矿床(点)几乎全部产出于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组(Pt1y)中，雁岭沟岩组中的含石墨大理岩、含石墨片麻岩、含石墨石英片岩是石墨矿的主要含矿岩性。研究区石墨矿的控矿因素主要为原岩(建造)性质和变质作用，从原岩建造和沉积环境分析，雁岭沟岩组为碳酸盐岩夹碎屑岩沉积建造，原岩岩性组合为白云岩、泥灰岩和钙质砂岩、含碳的泥砂质岩和灰岩，夹长英质和铁镁质火山岩，原岩多含有泥质和较高的镁质，反映其原始沉积环境虽相对碎屑岩稳定，但仍较动荡。综合来看，雁岭沟岩组中含碳原岩建造严格控制了调查区石墨矿的产出，是石墨矿形成的主要控矿因素之一。

3.7.2 构造控矿

研究区石墨矿带空间呈NWW向-SEE向带状，并与区域构造方向一致。矿床所在的含矿岩系先后经历了多期的构造热运动而发生变质变形，导致含矿岩层产出特征比较复杂。但石墨矿体整体顺层产出于雁岭沟岩组中，反映与大的褶曲同步。

3.7.3 岩浆作用

矿区内岩浆岩出露面积较小，主要出露于区内东北部及西南部，呈脉状侵入雁岭沟组中。由于本区后期岩浆的侵入引起围岩温度增高，有以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，亦再增大，并进一步聚集，在岩体的外侧接触带石墨鳞片较大，品位较高。

3.8 找矿标志

地层标志：区域上石墨矿主要产出于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组(Pt1y)中，该地层是石墨矿的赋矿地层，对石墨矿成矿具有一定的成矿专属性，是区域石墨矿找矿的地层标志[7-8]。

矿物标志：石墨矿是可见矿物，在野外由于污手而好识别。石墨矿矿石质地松软，容易形成负地形，并且负地形处植被发育，其土质多为深黑色。在野外的原生露头上，根据见到的石墨片晶大小和多少，一般就能做出是否可供工业利用的判断。

4 矿床成因

该区地处秦岭变质地区，以区域变质作用为主。含石墨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，片麻岩系与大理岩系呈频繁夹杂或交互出现，反映沉积环境为振荡作用比较频繁[9]。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炭质集中结晶，而形成石墨矿层，因此该区石墨矿受原岩岩性的控制十分明显。

在雁岭沟组大理岩、斜长角闪片麻岩和斜长角闪片岩的变质矿物组合中出现特征的高温矽线石、铁铝榴石、不纯变碳酸盐岩、高温硅灰石、透辉石，据此判断，其整体变质相应属高角闪岩相，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[10-11]。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[12-13]。

综上，矿区含石墨岩系为经变质作用形成大理岩类和片麻岩类等变质岩组合，原岩为一套正常浅海环境下的碎屑岩-碳酸盐夹火山岩组合，反映出适宜微古生物繁殖活动及生长的浅海相沉积环境，这就为石墨矿的形成提供了一定数量的有机碳。矿区处于秦岭古地槽的活动带内，经历了岩浆活动过程，产生广泛的区域变质作用，由于温度压力的持续作用，使原岩建造中不具工业价值的有机质气化或液化带出，经迁移在有利成矿的环境冷却结晶，富集成有工业价值的石墨矿。其矿床成因属于区域变质型石墨矿床。

5 外围找矿方向

研究区位于秦岭—大别山褶皱系北秦岭朱阳关—柳泉铺石墨成矿带，石墨矿带空间呈NWW向-SEE向带状展布，与区域构造方向一致，石墨矿体赋存在古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组中，主要含矿岩性为含石墨斜长角闪片麻岩、含石墨斜长角闪片岩、石墨大理岩等。研究区的北部、东西两侧雁岭沟岩组中已发现多个矿点，其中北部的前庄和西侧的宋庄一带已申请省财政地质勘查项目获批并取得了较好的找矿成果，显示了良好的找矿前景，研究区外围经踏勘在矿区西北部的北山根及东侧的符竹园一带发现一些较有规模的石墨矿体，预测矿床规模可达大型，有一定的找矿前景，可作为下一步外围找矿的工作方向[14-15]。

6 结论

1)研究区石墨矿带主要沿NW-SE向展布，与区域构造方向一致，矿体主要呈脉状、似层状或大透镜状整体顺层产出于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组中，矿体形态与大的褶曲形态相吻合。

2)研究区含石墨岩系原岩为一套正常浅海环境下的碎屑岩-碳酸盐夹火山岩组合，经变质作用形成中压变质相的大理岩类和片麻岩类等变质岩组合。其矿床成因类型属于区域变质型石墨矿床。

3)区域上，秦岭群雁岭沟组地层具有明显的石墨矿成矿专属性，经历了多期次变质作用、构造改造及岩浆岩的侵入活动，岩石面貌非常复杂，原始沉积结构构造已被破坏殆尽，含矿岩层产出特征比较复杂，但是就目前发现的及圈定的石墨矿体的空间展布特征来看，基本上都产于该岩组。该地层内石墨矿质量较好，找矿标志明显，研究区外围找矿潜力和开发前景较好。