嚴(yán)鵬程

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì),陜西 西安 710003)

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map1.白堊系二橋組:礫巖;2.白堊系東河群:礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖;3.中元古界峽河巖群:石英片巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石墨片麻巖;4.侏羅—白堊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖;5.張河—留仙坪—界嶺背斜;6.庚家河石墨礦;7.中新元古界廣東坪組:綠泥片巖陽(yáng)起片巖、鈉長(zhǎng)片巖;8.古元古界雁嶺溝巖組:含石墨大理巖夾片麻巖;9.早古生代二長(zhǎng)花崗巖;10.留仙坪王家溝石墨礦;11.大西溝、碾子坪石墨礦;12.古元古界郭莊巖組:黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、含石墨大理巖;13.早古生代橄欖巖;14.蔡凹石墨礦;15.工作區(qū);16.斷層;17.十里吊石墨礦。

陜西省是西北地區(qū)石墨礦主要產(chǎn)地,成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,石墨資源豐富,但勘查開發(fā)較為滯后。丹鳳縣塔兒坪石墨礦位于鳳縣—商南紅柱石矽線石石墨成礦帶東段,是陜西省重要的石墨成礦區(qū),該區(qū)石墨礦普遍鱗片較大,詳細(xì)研究石墨的形成機(jī)制,對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)丹鳳北部石墨礦成礦特征具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

礦區(qū)位于北秦嶺復(fù)合島弧雜巖帶,空間上被北部紅花—小寬坪—上莊坪—高耀子區(qū)域脆—韌性大斷裂(F1)和南部商丹大斷裂(F5)夾持(圖1),區(qū)內(nèi)主要褶皺為張河—留仙坪—界嶺背斜[1]。地層主要由古元古界秦嶺巖群郭莊巖組(Pt1g)火山—碎屑巖建造、雁嶺溝巖組(Pt1y)碳酸鹽巖建造、中元古界峽河巖群(Pt2-3xh)火山—碎屑巖建造及中生界白堊系碎屑巖建造組成。巖漿巖主要為早古生代二長(zhǎng)花崗巖(ηγPz1),經(jīng)歷了多期次的變形變質(zhì)及強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)。

塔兒坪礦區(qū)成礦區(qū)劃為北秦嶺成礦帶(Ⅲ-38)之太白商南稀有金屬白云母紅柱石矽線石石墨成礦帶(Ⅲ-382)之鳳縣—商南紅柱石矽線石石墨成礦帶(Ⅲ-382-2)[2]。在該成礦帶內(nèi),已先后發(fā)現(xiàn)王家溝、蔡凹、十里吊、庾家河、大西溝—碾子坪等大中型石墨礦床,該礦床的發(fā)現(xiàn),說(shuō)明丹鳳北部具有進(jìn)一步石墨礦找礦的前景。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露的地層自下而上分別為古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組第二巖性段和第三巖性段。第二巖性段巖性為厚層大理巖、白云質(zhì)大理巖夾黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石墨大理巖、矽線石片巖等。第三巖性段以黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主,夾少量斜長(zhǎng)角閃片巖。第二巖性段為區(qū)內(nèi)石墨礦賦礦層位,依據(jù)其巖性組合,又進(jìn)一步劃分為a、b、c、d、e等5個(gè)巖性層,其分布受塔兒坪背斜的控制,呈南北對(duì)稱的特點(diǎn),地層出露基本正常,只有北翼e層倒轉(zhuǎn)(圖2)。

(1) 雁嶺溝巖組第二巖性段a層(Pt1y2-a)?；野咨駥印泻駥訝畲罄韼r、白云質(zhì)大理巖,位于背斜的軸部。厚約210～250 m。

(2) 雁嶺溝巖組第二巖性段b層(Pt1y2-b)。石榴石矽線石鉀長(zhǎng)片麻巖、石榴石矽線石片巖、石墨片巖、石墨長(zhǎng)英粒巖,厚2～30 m,位于背斜兩翼,是區(qū)內(nèi)石墨礦賦礦層位。南翼產(chǎn)狀180°～220°∠75°～87°,為KⅠ含礦帶。北翼產(chǎn)狀355°～20°∠60°～80°。為KⅢ含礦帶。

(3) 雁嶺溝巖組第二巖性段c層(Pt1y2-c)。厚—中厚層狀白云質(zhì)大理巖夾透輝條帶大理巖,厚150 m,位于塔兒坪背斜兩翼。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of study area1.第四系河床沖積物、殘坡積物、腐殖層;2.中元古界寨根巖組a巖段黑云(二長(zhǎng))斜長(zhǎng)片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖;3.古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組第三巖段黑云斜長(zhǎng)片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃片巖;4.古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組第二巖段e層大理巖夾斜長(zhǎng)角閃巖;5.第二巖段d層石墨大理巖、石墨片麻巖、石榴石矽線石片麻巖;6.第二巖段c層白云質(zhì)大理巖夾透輝條帶大理巖;7.第二巖段b層石榴石矽線石片巖夾石墨片巖;8.第二巖段a層大理巖、白云質(zhì)大理巖;9.泥盆紀(jì)黃柏岔巖體群:灰白色含石榴石不等粒二長(zhǎng)花崗巖;10.志留紀(jì)孫家山巖體群:灰色片麻狀中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖;11.塔兒坪背斜;12.斷層;13.石墨礦體及編號(hào);14.石墨礦化體。

(4) 雁嶺溝巖組第二巖性段d層(Pt1y2-d)。底部為石墨大理巖、石墨長(zhǎng)英粒巖,頂部為含石墨片麻巖、石墨片麻巖、石榴石矽線石片麻巖,厚20～60 m,位于背斜的翼部,是區(qū)內(nèi)石墨的主要賦礦層位。南翼產(chǎn)狀190°～210°∠70°～89°,為KⅡ含礦帶。北翼產(chǎn)狀340°～35°∠60°～89°,為KⅣ礦化帶。

(5) 雁嶺溝巖組第二巖性段e層(Pt1y2-e)。薄—中厚層狀大理巖、白云質(zhì)大理巖夾斜長(zhǎng)角閃巖,中間夾石墨石英片巖,厚度>300 m。位于塔兒坪背斜的翼部。南翼產(chǎn)狀170°～230°∠60°～85°,即KⅦ、KⅧ石墨礦化帶。北翼位產(chǎn)狀140°～160°∠40°～70°,構(gòu)成KⅤ、KⅥ礦化帶。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)主體褶皺為塔兒坪背斜。背斜軸部位于馬宗梁黃泥洼—小石門溝腦—刺溝溝腦,軸向東西向,向東傾伏。背斜翼部石墨礦層對(duì)稱分布。區(qū)內(nèi)共發(fā)育4條走向斷裂,其中F3斷裂呈近東西走向展布于康家溝—陳家溝一帶,延伸長(zhǎng)度約7 km,為張性斷裂,切割、錯(cuò)斷礦層,區(qū)內(nèi)其他斷裂對(duì)石墨礦體未產(chǎn)生影響。

表1 塔兒坪礦區(qū)石墨礦礦體特征Table 1 Characteristics of graphite ore body in Taerping mining area

2.3 巖漿巖

巖漿巖主要有泥盆紀(jì)黃柏岔巖體群(ηγD1)和志留紀(jì)孫家山巖體群(ηγβS1),巖性均為酸性花崗巖。強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng),在侵蝕、同化石墨礦體時(shí)引起了晶質(zhì)石墨鱗片的增大,由于巖體侵位提供的熱源致使石墨進(jìn)一步重結(jié)晶,形成大鱗片的晶質(zhì)石墨礦體。

3 礦體地質(zhì)特征

塔兒坪礦區(qū)圈定石墨礦化帶8條(KⅠ、KⅡ、KⅢ、KⅣ、KⅤ、KⅥ、KⅦ、KⅧ),晶質(zhì)石墨礦體10個(gè)(KⅠ1、KⅠ2、KⅡ1、KⅡ2、KⅢ1、KⅣ1、KⅤ1、KⅥ1、KⅦ1、KⅧ1)(表1)。礦體呈層狀、似層狀近東西向展布,礦石類型為石墨大理巖型和石墨石英片巖型兩種。為晶質(zhì)石墨礦,礦床成因?yàn)槌练e變質(zhì)型。

4 石墨鱗片與巖體侵位關(guān)系探討

4.1 礦(化)層與巖體接觸關(guān)系

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁,地層被巖體群包裹,呈狹長(zhǎng)的帶狀體展布,其中泥盆紀(jì)黃柏岔巖體群,對(duì)地層破壞嚴(yán)重,使得局部地層呈孤立的小透鏡狀捕虜體。工程揭露巖體往往沿含礦地層層理面進(jìn)行順層侵位,表現(xiàn)為巖體侵入界面平行于地層層面(圖3)。

4.2 石墨鱗片大小與巖體侵位關(guān)系

區(qū)內(nèi)石墨礦體圍巖主要有二長(zhǎng)花崗巖和大理巖兩種。分別針對(duì)兩種接觸關(guān)系下石墨大理巖和石墨石英片巖礦石類型采取標(biāo)本共計(jì)60件,在顯微鏡下統(tǒng)計(jì)石墨鱗片大小,分析巖體侵位對(duì)石墨片徑的影響。通過定量統(tǒng)計(jì),圍巖為大理巖的石墨大理巖,石墨片徑普遍介于0.06～0.36 mm,平均0.16 mm;圍巖為二長(zhǎng)花崗巖的石墨大理巖,石墨片徑普遍介于0.14～0.65,平均0.32 mm。圍巖為大理巖的石墨石英片巖,石墨片徑普遍介于0.05～0.41 mm,平均0.15 mm,圍巖為二長(zhǎng)花崗巖的石墨石英片巖,其石墨片徑大小介于0.09～0.79 mm,少數(shù)達(dá)0.80 mm,平均0.27 mm(表2)。

圖3 塔兒坪礦區(qū)5-5′勘探線剖面圖Fig.3 The 5-5′ exploration line profile of Taerping mining area1.第四系全新統(tǒng);2.雁嶺溝組第二巖段e層;3.雁嶺溝組第二巖段d層;4.泥盆紀(jì)黃柏岔巖體群;5.石墨大理巖;6.大理巖;7.二長(zhǎng)花崗巖;8.黑云斜長(zhǎng)片麻巖;9.地層產(chǎn)狀;10.石墨礦體及編號(hào)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,當(dāng)?shù)V體圍巖為二長(zhǎng)花崗巖時(shí),其石墨鱗片片徑要顯著大于圍巖為大理巖的石墨礦體鱗片。說(shuō)明巖體侵位對(duì)石墨鱗片的增大具有一定的建設(shè)作用。

4.3 巖體侵位對(duì)晶質(zhì)石墨鱗片的影響機(jī)制分析

前人對(duì)丹鳳北部石墨礦成因做過大量研究,認(rèn)為該區(qū)礦床屬沉積變質(zhì)型礦床[3]。通過野外地質(zhì)調(diào)查及大量室內(nèi)巖礦鑒定鏡下分析,礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要分為三期:

(1) 區(qū)域變質(zhì)作用。區(qū)內(nèi)古老地層雁嶺溝巖組經(jīng)歷較深的區(qū)域變質(zhì)作用,變質(zhì)程度達(dá)高角閃巖相。變泥質(zhì)碳酸鹽巖礦物組合為方解石+透輝石+鈣鋁榴石+透閃石+石墨;變泥質(zhì)巖礦物組合為矽線石+鐵鋁榴石+黑云母+斜長(zhǎng)石+微斜長(zhǎng)石+鈦鐵礦+石英+石墨;變基性巖礦物組合為普通角閃石+斜長(zhǎng)石±黑云母±石英組合。在高角閃巖相高級(jí)變質(zhì)作用過程中,來(lái)源于濱淺海環(huán)境下吸附生物有機(jī)質(zhì)碳在溫度、壓力及水、二氧化碳等揮發(fā)組分的影響下,發(fā)生重結(jié)晶作用,形成晶質(zhì)石墨，石墨片徑普遍介于0.15～0.16 mm,少數(shù)達(dá)0.41 mm。

表2 不同礦石類型、不同圍巖接觸下晶質(zhì)石墨礦體鱗片大小統(tǒng)計(jì)Table 2 Scale and size statistics of crystalline graphite orebody under different ore types and contact with different surrounding rock

(2) 動(dòng)力變質(zhì)重結(jié)晶作用。以脆性破碎為主,與擠壓作用有關(guān),形成了原巖透輝石大理巖和富長(zhǎng)石的巖石類型的碎?；?定向不明顯,同時(shí)粗粒石墨受動(dòng)力變質(zhì)作用彎曲(圖4-A)。之后經(jīng)歷重結(jié)晶作用,原來(lái)的破碎組分變質(zhì)重結(jié)晶形成白云石等粒結(jié)構(gòu);原巖中的斜長(zhǎng)石重結(jié)晶過程中形成了鈣長(zhǎng)石。原巖中的碎粒透輝石形成它形粒狀透輝石顆粒(圖4-B)。

(3) 熱液變質(zhì)作用。由泥盆紀(jì)黃柏岔巖體侵位引起。先期碎?；拈L(zhǎng)石受到熱變質(zhì)作用的影響,發(fā)生重結(jié)晶,熱變質(zhì)形成了紅棕色黑云母并且沿破碎條帶分布。熱變質(zhì)作用使得原來(lái)的糜棱化石英向顆粒石英轉(zhuǎn)變,重結(jié)晶后的石英集合體以他形粒狀為主,顆粒之間呈縫合線接觸(圖4-C)。同時(shí)在顆粒石英接觸部位的石墨,鱗片普遍介于0.27～0.32 mm,少數(shù)達(dá)0.80 mm,均為大鱗片的石墨(圖4-D)。

圖4 礦物鏡下照片F(xiàn)ig.4 Mineral micrographsA.受動(dòng)力變質(zhì)作用彎曲的石墨;B.受動(dòng)力變質(zhì)作用原巖中的碎粒透輝石形成它形粒狀透輝石顆粒;C.熱液變質(zhì)作用使得石英重結(jié)晶形成顆粒石英;D.熱液變質(zhì)作用使得石墨鱗片進(jìn)一步增大;Gr.石墨;Cal.方解石;Di.透輝石;Qtz.石英。

區(qū)內(nèi)石墨形成于區(qū)域變質(zhì)作用中,后期動(dòng)力變質(zhì)作用,雖使石墨形態(tài)發(fā)生改變,石墨鱗片發(fā)生彎曲,但石墨鱗片大小未改變。真正對(duì)石墨鱗片大小進(jìn)行再次改造作用的為熱液變質(zhì)作用。在熱變質(zhì)過程中石墨鱗片發(fā)生重結(jié)晶變得相對(duì)自形和完整,即熱變質(zhì)使得石墨晶體比表面積減小,表面能降低,石墨鱗片進(jìn)一步增大,晶體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

丹鳳縣塔兒坪石墨礦成因?yàn)閰^(qū)域變質(zhì)型礦床。石墨礦體的分布受制于塔兒坪背斜的控制,分布于背斜的兩翼,即雁嶺溝巖組第二巖性段b層、d層、e層。礦體呈層狀展布,規(guī)模較大。區(qū)內(nèi)巖體發(fā)育,巖體順層侵位,區(qū)內(nèi)石墨礦體走向上延續(xù)性較好。巖體侵位引起的熱變質(zhì)作用,使得石墨鱗片進(jìn)一步增大,形成大鱗片的晶質(zhì)石墨礦床。

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