王志山,王云鵬,李鐵軍

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州450016）

汝州市范莊石墨礦礦床地質(zhì)特征與成因淺析

王志山*,王云鵬,李鐵軍

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州450016）

范莊石墨礦區(qū)位于華北地臺(tái)南緣，區(qū)內(nèi)石墨礦體賦存于太古界太華群水底溝組地層中，含礦巖石為含石墨黑云斜長片麻巖，共圈定石墨礦體11個(gè)，礦床成因?yàn)槌练e動(dòng)力變質(zhì)礦床。對(duì)該礦區(qū)的地質(zhì)特征、礦床成因及找礦方向進(jìn)行了討論。

范莊石墨礦；地質(zhì)特征；找礦方向

我國石墨資源豐富，據(jù)《國土資源部2010年全國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)》，我國已累計(jì)探明晶質(zhì)石墨礦物基礎(chǔ)儲(chǔ)量為5412.27×104t，資源量13077.92×104t，保有資源儲(chǔ)量(礦物量)18490.19×104t[1]。

我國石墨礦產(chǎn)資源分布既廣泛又相對(duì)集中。黑龍江省晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量最多，占全國儲(chǔ)量的61%。資源儲(chǔ)量在450×104t以上的地區(qū)還有四川、山東、內(nèi)蒙古、河南、陜西，集中了晶質(zhì)石墨資源儲(chǔ)量的90%以上。徐志剛等對(duì)我國石墨成礦帶進(jìn)行了劃分[2]，在我國石墨成礦區(qū)帶(Ⅲ級(jí))中，東部劃分出11礦遠(yuǎn)景區(qū)，西部劃分出7個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)。汝州市范莊石墨礦區(qū)即位于Ⅲ-66石墨成礦區(qū)帶，礦區(qū)在汝州市240°方位25km處，行政區(qū)隸屬汝州市寄料鎮(zhèn)，是一處中型晶質(zhì)石墨礦礦產(chǎn)地。該礦床為一中型晶質(zhì)鱗片狀石墨礦床，區(qū)內(nèi)共有11個(gè)礦體，礦體賦存于太華群水底溝組地層中，呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，主要礦體長500～800m，礦體平均厚度4.39～24.65m，礦石類型簡單，為片麻巖型晶質(zhì)鱗片狀石墨礦石，本文將對(duì)礦體特征和成因做一些淺顯的研究和探索。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)條件

區(qū)域位于華北地臺(tái)南緣，跨越2個(gè)構(gòu)造小區(qū)，以汝陽寨子溝—汝州螞蟻嶺的逆沖推覆構(gòu)造前鋒帶的弧狀斷裂為界，南部屬峴山?jīng)_褶區(qū)，北部為劉店—寄料斷褶區(qū)。據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)調(diào)查隊(duì)1988年完成的1∶5萬楊樓幅（I-49-70-C）和背孜街幅（I-49-82-A）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，區(qū)域?qū)偃A北地層區(qū)，豫西分區(qū)、熊耳山小區(qū)及澠池確山小區(qū)。區(qū)域出露地層有太古界太華群，中元古界熊耳群、汝陽群，新元古界洛峪群，震旦系和古生界寒武系、石炭系、二疊系，新生界下第三系、第四系。

區(qū)域變質(zhì)作用強(qiáng)烈，變質(zhì)巖分布較廣，有區(qū)域變質(zhì)巖，接觸變質(zhì)巖及動(dòng)力變質(zhì)巖，氣—液蝕變（交代蝕變巖）。各種變質(zhì)作用有彼此疊加的現(xiàn)象，變質(zhì)巖全部分布于區(qū)域南部。區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖依據(jù)巖性、變質(zhì)程度、變形持征劃分為5個(gè)巖組，即耐莊巖組、蕩澤河巖組、鐵山嶺巖組、水底溝巖組、雪花溝巖組。變質(zhì)作用類型發(fā)育不均勻，以區(qū)域變質(zhì)作用為主，動(dòng)力變質(zhì)作用弱，且分布局限性很大。

2 礦體地質(zhì)特征[3]

2.1 礦區(qū)地質(zhì)簡介

礦區(qū)為一古老斷塊，斷塊中分布地層為太華群，斷塊西部為熊耳群火山巖系，北部為石炭—二疊系，東部為洛峪群和寒武系地層。礦區(qū)范圍小，出露地層也很簡單。主要有太古界太華群鐵山嶺組、水底溝組、雪花溝組、中元古界熊耳群雞蛋坪組和第四系地層。

礦區(qū)地層以單斜產(chǎn)出，未見褶皺。礦區(qū)處于2大構(gòu)造單元的接觸部位，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，多屬于地臺(tái)邊緣構(gòu)造三門峽—魯山斷裂的次級(jí)斷裂（見圖1）。

2.2 礦體特征

區(qū)內(nèi)石墨礦體賦存于太古界太華群水底溝組（Ar2s）地層中，各礦體呈層狀、似層狀、產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，礦體頂?shù)装鍨楹谠菩遍L片麻巖或大理巖，含礦巖石為含石墨黑云斜長片麻巖。本次工作共圈定礦體11個(gè)，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)礦體為區(qū)內(nèi)主要礦體(見表1)。

圖1 范莊石墨礦地質(zhì)圖

表1 礦體特征一覽表

3 礦石特征

3.1 礦石類型

本區(qū)礦石的工業(yè)類型屬晶質(zhì)石墨礦床，石墨呈鱗片狀，片度0.075～1.500mm之間，根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)和脈石礦物組合不同，礦石的自然類型可分為石墨片麻巖型和石墨大理巖型2種類型，以前者為主，后者未形成工業(yè)礦體。

根據(jù)礦石風(fēng)化破碎程度，分為風(fēng)化礦石和原生礦石。風(fēng)化礦石由原生礦石風(fēng)化后形成，主要分布于地表淺部，疏松易碎，易采易磨，采選成本較低；原生礦石主要分布于深部，致密堅(jiān)硬。風(fēng)化礦石與原生礦石在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分、品位及化學(xué)成分等特征上基本是相同的，二者的主要區(qū)別一是風(fēng)化礦石疏松易碎，原生礦石致密堅(jiān)硬，二是原生礦石風(fēng)化后，某些易氧化的礦物氧化，形成一些新的礦物，如黃鐵礦氧化形成褐鐵礦，在礦物組成和化學(xué)成分上二者稍有不同。

3.2 礦石成分

3.2.1 礦石的礦物組成

礦石的礦石礦物為石墨（3%～10.51%），另外有少量黃鐵礦、褐鐵礦等，脈石礦物主要為斜長石（35%～40%）、石英（15%～20%）、角閃石（10%～15%）黑云母（5%～15%）、鉀長石（5%～8%），含微量鋯石、磷灰石、絹云母、綠泥石等。

主要礦物賦存特征：

石墨：以單礦物形式賦存于礦石中，呈銀灰色，晶質(zhì)鱗片狀，多呈單晶，部分呈聚晶或連晶產(chǎn)出，且晶體多有彎曲、撓曲，鱗片長軸定向，大部分平行片麻理方向出現(xiàn)，分布較均勻，局部富集呈斑點(diǎn)、團(tuán)塊、條帶或條紋狀分布。單晶片直徑一般（0.03mm×0.1mm）～（0.2mm×3.0mm），聚晶鱗片直徑一般2～7mm，最大達(dá)10mm。石墨鱗片質(zhì)軟，手摸有滑感，黑色污手。

黃鐵礦：主要見于鉆孔原生礦石中，地表弱風(fēng)化礦石中亦有分布，僅以浸染狀分布于長石、透輝（閃）石、石英、石墨等礦物顆粒間，或聚集成細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀分布，他形—自形晶，顆粒直徑在0.1～1mm，含量1～15%。

褐鐵礦：主要分布于地表風(fēng)化的礦石中，含量一般小于1%，高者2%～3%，在構(gòu)造帶強(qiáng)烈鐵染部分，含量達(dá)10%。

斜長石、鉀長石：它形不規(guī)則粒狀為主，少量為板狀、短板狀，與石英等粒狀礦物鑲嵌分布，顆粒直徑0.05～1.5mm。斜長石可見聚片雙晶，多絹云母化，含量35%～40%。鉀長石主要為微斜長石，可見格子雙晶，局部泥化成褐色渾濁狀，或綠泥石化、絹云母化后呈孤島狀。顆粒直徑＜0.1～0.5mm，含量5%～35%。

角閃石呈他形料狀，綠色，多色性較顯著，粒徑（0.1mm×0.15mm）～（1.2mm×2.0mm），角閃石式解理發(fā)育，中正突起，小角度傾斜消光，少部分被綠泥石、綠簾石交代，定向排列。

黑云母：呈鱗片狀，裼色，多色性吸收性顯著，粒徑（0.1mm×0.15mm）～（0.4mm×1.7mm），部分退色為白云母，局部蝕變?yōu)榫G泥石，含量5%～15%。黑云母主要與石墨一起定向分布，形成片麻理。

石英：呈他形粒狀與長石、透輝石等粒狀礦物鑲嵌分布，發(fā)生構(gòu)造蝕變時(shí)，呈條紋狀、小透鏡體狀、團(tuán)塊狀與方解石細(xì)脈、透鏡體相伴沿片麻理或節(jié)理、裂隙分布。顆粒直徑一般0.2～0.3mm左右，含量15%～20%。3.2.2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、聚片鑲嵌結(jié)構(gòu)、柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)；構(gòu)造為網(wǎng)脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、片麻狀構(gòu)造。局部構(gòu)造強(qiáng)烈地段為碎裂結(jié)構(gòu)。

當(dāng)?shù)V石中黑云母等片狀礦物含量高時(shí)，片麻狀構(gòu)造比較明顯；片狀礦物較少時(shí)，主要由石墨及柱狀礦物定向分布形成弱片麻狀或塊狀構(gòu)造。地表礦石風(fēng)化，片麻狀構(gòu)造明顯，深部鉆孔中礦石多呈致密塊狀，片麻狀構(gòu)造不太明顯。

3.2.3 石墨嵌布特征

礦石中石墨含量較普遍，分布均勻，呈大小鱗片變晶，大的0.3～1.5mm，小的一般0.1～0.2mm，最小的僅0.01～0.02mm，粒度統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 石墨粒度統(tǒng)計(jì)表

由表2看出：大于70目（孔徑0.22mm）中等鱗片石墨占一半以上，另有約50%的石墨屬細(xì)小晶質(zhì)鱗片。大于40目（孔徑0.45mm）者僅占15.7%，不同粒度的石墨均呈星散裝分布在脈石中，據(jù)其與脈石礦物的關(guān)系及存在狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造主要為4種形式：

（1）鱗片變晶結(jié)構(gòu)：石墨呈鱗片狀分布在脈石礦物中或?yàn)椴灰?guī)則鱗片穿入或嵌布與褐鐵礦及假象黃鐵礦中，片度一般在0.2mm左右。

（2）聚片鑲嵌結(jié)構(gòu)：石墨呈聚片狀叢生，其間夾有脈石礦物或褐鐵礦，片度較大。

（3）包體結(jié)構(gòu)：石墨呈細(xì)小鱗片狀包在脈石礦物中，常見一顆脈石礦物中包有數(shù)十粒細(xì)小石墨，粒度小于0.01～0.02mm。

（4）網(wǎng)脈狀構(gòu)造：部分礦石常具碎裂及扭曲現(xiàn)象，石墨也隨之彎曲，并與方解石或鐵泥石、褐鐵礦混雜，呈脈狀貫入裂隙中，形成不規(guī)則的細(xì)脈，脈寬在1mm以內(nèi)，呈脈狀礦石。此種構(gòu)造常見于礦體柔曲而產(chǎn)生的裂隙處。

另外還見有片麻狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。

3.3 礦體圍巖和夾石

礦體圍巖為含石墨黑云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、含石墨斜長角閃片麻巖和斜長角閃片麻巖。當(dāng)?shù)V體圍巖為含石墨黑云斜長片麻巖的含石墨斜長角閃片麻巖時(shí)，礦體與圍巖界線不十分清晰，呈漸變過渡關(guān)系，主要依靠化學(xué)分析結(jié)果確定，其固定碳含量一般為1.5%～2.5%。但如果礦體圍巖是黑云斜長片麻巖或斜長角閃片麻巖時(shí)，礦體與圍巖界線清晰，其固定碳含量一般小于1%（圖2）。

圖2 范莊石墨礦104號(hào)勘探線剖面圖

礦體中有部分樣品品位達(dá)不到邊界品位，厚度小于夾石最小剃除厚度的未列為夾石；但伴隨著厚大礦體產(chǎn)出部位也易存在夾石。總體來看礦體內(nèi)部夾石數(shù)量不多，規(guī)模不大，因此對(duì)礦體的連續(xù)性影響亦不大。

4 礦床成因類型

本區(qū)的石墨賦存在太華群水底溝組以片麻巖為主的變質(zhì)巖系中，主要含礦巖性為黑云斜長片麻巖、黑云二長片麻巖、透輝斜長片麻巖、斜長透輝片麻巖和大理巖等。礦層的頂?shù)装逡彩沁@些巖石，是一套典型的變質(zhì)沉積巖組合含礦建造[4]。

4.1 石墨物質(zhì)來源

（1）水底溝組含石墨變質(zhì)巖系組合，為碳質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，砂質(zhì)粘土巖—含碳泥質(zhì)灰?guī)r—含碳泥質(zhì)碳酸鹽巖組合。現(xiàn)代地質(zhì)理論認(rèn)為，碳酸鹽巖的成因與生物有關(guān)，化學(xué)沉積的碳酸鹽巖規(guī)模很小，只有具備生物繁衍的沉積環(huán)境，才能形成這些厚層的含石墨大理巖，因而無論從這套巖性組合看，還是含礦巖系上、下地質(zhì)的同位素年齡（17.11～22.80億年）資料看，這時(shí)期的海水中有早期生物活動(dòng)。

（2）從區(qū)域地層對(duì)比看，本區(qū)鐵山嶺組地層跟許昌地區(qū)趙安莊組層位相當(dāng)，由于趙安莊組變質(zhì)過程比本區(qū)淺，曾發(fā)現(xiàn)原核生物古孢子及古植物碎片，這個(gè)時(shí)期有生物繁衍活動(dòng)已取得了直接證明[5]。而出在此層位的水底溝組，雖因變質(zhì)程度較深而是古生物不易生存，但在石墨礦石分析還殘存有少量有機(jī)碳這也說明水底溝組也有早期生物繁殖，這種含有機(jī)質(zhì)的沉積巖，則是石墨礦的礦原層，由生物留下的有機(jī)碳為形成石墨的主要來源。

4.2 區(qū)域變質(zhì)的控制作用

本區(qū)強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而伴隨的是形成石墨礦床的主要條件。區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖系的演變程度中壓系角閃巖相，據(jù)魯山石墨礦石10余個(gè)氣液包體測試結(jié)果，變質(zhì)溫度在400℃～500℃之間。在此變質(zhì)作用的溫度和壓力，特別是持續(xù)強(qiáng)應(yīng)力狀態(tài)作用下是礦源層中無工業(yè)價(jià)值的有機(jī)碳變?yōu)閼?yīng)力礦物石墨，并在適宜的條件下，富集為有工業(yè)價(jià)值的石墨礦床。

5 找礦方向

5.1 礦床成礦基本規(guī)律

含碳建造-水底溝組（Ar2s）地層為本區(qū)石墨礦直接找礦層位，含石墨片麻巖與大理巖交互出現(xiàn)，并有擠壓破碎及輕微混合巖化地段，為成礦有利部位。石墨礦物用肉眼易于鑒別，可直接指示石墨礦的存在。

5.2 找礦方向

礦區(qū)南部且發(fā)現(xiàn)多個(gè)小礦體，在工作時(shí)，對(duì)其進(jìn)行了地表探槽揭露，由于本區(qū)地表巖石風(fēng)化較強(qiáng)，石墨礦風(fēng)化后地表難以發(fā)現(xiàn)，預(yù)測在礦區(qū)南部仍有望找到可開采的石墨礦體，可作為下一步的找礦方向。

因此，應(yīng)加大對(duì)這套地層含礦性的研究，同時(shí)注重綜合找礦，可結(jié)合物探、化探等工作，以期在找礦方面有一個(gè)較大的突破。礦區(qū)前期工作時(shí)間緊張，除已控制的礦體規(guī)模外，在其傾向上控制深度很淺。以上依據(jù)表明，在范莊石墨礦區(qū)，無論從廣度或深度而言，都存在較大的找礦遠(yuǎn)景。

[1]朱訓(xùn).中國礦情[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[2]徐志剛，陳毓川，王登紅，等.中國成礦區(qū)帶劃分方案[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.

[3]佀先麗，王偉中，薄光力，等.河南省汝州市范莊石墨礦詳查報(bào)告[R].鄭州：河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，2013.

[4]姚風(fēng)良，盂良義，等.礦產(chǎn)地質(zhì)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，1979.

[5]羅銘玖，黎世美，盧欣祥，等.河南省主要礦床的成礦系列與成礦作用[M].北京：地質(zhì)出版社，2000.

P619.252

A

1004-5716(2015)06-0149-05

2014-06-03

2014-06-05

王志山（1965-），男（漢族），河北石家莊人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事化探與地質(zhì)方面工作。