許 波，陳少偉，張漸漸

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

2015年以來，對(duì)桐柏地區(qū)開展了區(qū)域石墨礦產(chǎn)調(diào)查，通過1∶5萬激電測(cè)量和少量槽探工程查證等工作，圈出楊岔凹、大張溝、黃莊等多個(gè)石墨找礦靶區(qū)。根據(jù)區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查成果對(duì)桐柏縣楊岔凹開展了石墨礦地質(zhì)普查工作，發(fā)現(xiàn)含石墨礦層5條，圈定石墨礦體7條，首次提交了一處大型石墨礦產(chǎn)地。本文依據(jù)普查找礦的成果，總結(jié)了楊岔凹石墨礦床地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志，對(duì)礦床成因進(jìn)行了探討，指出進(jìn)一步找礦方向，對(duì)礦區(qū)外圍及深部找礦具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于秦嶺造山帶東段，秦嶺造山帶以松扒斷裂為界，北為北秦嶺褶皺帶，南為南秦嶺褶皺帶。礦區(qū)位于北秦嶺褶皺帶寨根—彭家寨地背褶皺束[1]。地層屬秦嶺地層區(qū)北秦嶺地層分區(qū)，主要出露有古元古界秦嶺巖群郭莊巖組和雁嶺溝巖組、下古生界歪頭山組、下古生界二郎坪群大栗樹組、張家大莊組及劉山巖組(圖1)。

圖1 桐柏縣楊岔凹石墨礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

區(qū)域構(gòu)造樣式表現(xiàn)為多層次韌性剪切、復(fù)式背斜、復(fù)式向斜構(gòu)造[2-3]，構(gòu)造形跡總體呈北西西向展布。區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)非常頻繁，主要在北部發(fā)育有早志留世桃園巖體和早白堊世梁灣巖體，南部的早白堊世老灣巖體及早古生代柳樹莊—臥虎基性—超基性巖巖帶。變質(zhì)巖以區(qū)域變質(zhì)巖為主，動(dòng)力變質(zhì)巖次之，接觸變質(zhì)巖僅在巖體邊緣附近有少量分布。區(qū)域石墨礦床主要有草帽嶺、黃竹園、老龍窩、大張溝石墨礦，均產(chǎn)出于古元古界秦嶺巖群地層中。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層為古元古界秦嶺巖群郭莊巖組、雁嶺溝巖組及第四系。

雁嶺溝巖組地層巖性組合為：礦區(qū)南部以白云石大理巖為主夾少量條帶狀含石墨大理巖、斜長角閃片麻巖、蛇紋石化白云石大理巖；中部為斜長角閃片麻巖夾白云石大理巖、多層石墨石英片巖；北部以含長英質(zhì)條帶白云石大理巖、硅質(zhì)白云石大理巖為主夾較多條帶狀含石墨大理巖。地層中有較多后期的花崗巖脈和花崗斑巖脈侵入。雁嶺溝巖組是礦區(qū)內(nèi)石墨礦的賦礦層位。

郭莊巖組地層巖性組合為：礦區(qū)北部為斜長角閃片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖，地層內(nèi)有較多后期花崗巖脈、花崗斑巖脈順層侵入；礦區(qū)南部為斜長角閃片麻巖、黑云輝石斜長片麻巖及少量白云石大理巖，被較多早志留世變質(zhì)侵入體花崗質(zhì)片麻巖侵入。

圖2 桐柏縣楊岔凹石墨礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育。褶皺主要為彭家寨復(fù)背斜的次級(jí)褶皺；斷裂構(gòu)造以北西—南東向韌性—脆韌性走滑斷層為主，主要發(fā)育三條斷層，為老龍泉斷裂(F44)、老和尚帽斷裂(F54)和大河斷裂(F42)。礦區(qū)西部整體發(fā)育一復(fù)式向斜，該復(fù)式褶皺主體由兩個(gè)背形和兩個(gè)向形組成，在A-A′剖面至08勘查線之間，從南到北為松樹溝向形(X2)、藥場(chǎng)背形(B3)、藥場(chǎng)—雷家寨向形(X2)、貓頭嶺背形(B1)，地層產(chǎn)狀形態(tài)呈向形—背形—向形—背形連續(xù)出現(xiàn)(圖3)。褶皺構(gòu)造形態(tài)控制了石墨礦體的產(chǎn)出形態(tài)，礦體產(chǎn)狀和地層產(chǎn)狀一致，且隨褶皺形態(tài)的變化而變化；斷裂對(duì)礦體破壞不大，僅使礦體產(chǎn)生拖曳或很小的錯(cuò)斷。

圖3 桐柏縣楊岔凹礦區(qū)A-A＇地質(zhì)剖面圖

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，主要為早志留世片麻狀花崗質(zhì)侵入體，早古生代柳樹莊—臥虎基性—超基性巖變輝長巖、角閃石巖、花崗巖脈、花崗斑巖脈、偉晶巖脈、石英脈。

由于花崗巖脈等的侵入，使礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的溫度、壓力進(jìn)一步發(fā)生變化。在溫度、壓力繼續(xù)增高的情況下，石墨可進(jìn)一步集中，發(fā)生重結(jié)晶，形成晶片更大的石墨，進(jìn)而提高了石墨的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)含石墨礦層5條，圈出礦體7個(gè)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號(hào)礦體為主礦體。礦體均賦存于雁嶺溝巖組地層中，礦體呈層狀、似層狀，近平行產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層基本一致，隨褶皺褶曲，走向北西—南東，傾角47°～89°。礦體長135～2 577m，厚度1.01～34.19m，礦體平均品位2.63%～7.62%。受褶皺構(gòu)造及花崗巖脈的穿插和擠壓的影響，礦體扭曲明顯，產(chǎn)狀局部反轉(zhuǎn)，沿走向有分支復(fù)合，膨大收縮現(xiàn)象(表1)。

表1 楊岔凹礦區(qū)石墨礦體特征一覽表

3.2 礦石類型及特征

礦區(qū)內(nèi)石墨礦礦石類型單一，為石英片巖型晶質(zhì)石墨礦石。

(1)礦石礦物成分。

礦石礦物為石墨，含量2%～22.2%；脈石礦物主要有石英(45%～65%)、方解石(5%～30%)、絹云母+白云母(10%～15%)、鉀長石(6%～8%)，局部含少量矽線石。有少量黃鐵礦、褐鐵礦(4%～6%)；含微量鋯石、磷灰石、金紅石，次生礦物有絹云母、粘土礦物。

石墨呈片狀、鱗片狀，銀灰、鉛灰色，手摸有滑感，黑色污手；多呈集合體狀分布，且多有彎曲、撓曲。大部分平行片理均勻分布，局部富集呈斑點(diǎn)、團(tuán)塊、條帶或條紋狀分布(圖4)。鱗片直徑一般0.01～1.8mm。通過100件礦石石墨片度分析，+100目石墨平均含量69.55%，為大鱗片晶質(zhì)石墨，其中地表礦石的石墨片徑大于深部(表2)。

表2 石墨片度特征一覽表

圖4 石墨礦石手標(biāo)本及顯微照片

(2)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。

礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為片狀構(gòu)造，少量為片麻狀構(gòu)造。石墨品位高的礦石，石墨、云母等片狀礦物含量高，片狀構(gòu)造比較明顯；片狀礦物較少、石墨品位較低的礦石，主要由石墨、云母及粒狀礦物定向分布形成片麻狀構(gòu)造。

(3)礦石化學(xué)成分。

礦石的化學(xué)全分析結(jié)果見表3。礦石中固定碳 含 量 4.14% ～ 9.05%，SiO247.1% ～ 73.6%，Al2O37.17% ～ 12.16%，F(xiàn)e2O33.27% ～ 6.44%，CaO 0.1% ～ 13.81.%，MgO 0.66% ～ 2.73%，K2O 1.36%～2.64%，可以看出該區(qū)礦石的化學(xué)成分具富硅、鋁而貧鎂的特點(diǎn)，屬長英質(zhì)巖系。礦石中的有害組分Fe(Fe2O3+FeO)、S含量分別為3.08% ～ 8.34%、0.07% ～ 1.57%。Fe2O3主 要 在褐鐵礦中，其含量地表高于深部；S主要在黃鐵礦中存在，其含量深部高于地表。礦石中伴生有用組分TiO2、V2O5含量較低，分別為0.16%～0.57%、0.02%～0.11%，目前無利用價(jià)值。

(4)礦石風(fēng)化特征。

根據(jù)地表探槽及鉆孔巖(礦)芯的礦石對(duì)比觀察，靠近地表的礦石具有輕微風(fēng)化現(xiàn)象，風(fēng)化帶深度一般為1～3m，在山梁處較淺，山坡谷逐漸變深。風(fēng)化礦石呈暗灰—灰黑色，松軟、容易污手，礦石節(jié)理裂隙較發(fā)育，絹云母化、高嶺土化較明顯，黃鐵礦大部分氧化成褐鐵礦，并呈斑點(diǎn)狀、薄膜狀分布在節(jié)理裂隙面或充填在黃鐵礦風(fēng)化后殘留的空洞中，沿節(jié)理裂隙局部有泥質(zhì)充填?？傮w而言，礦體的風(fēng)化帶不甚發(fā)育。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

礦區(qū)內(nèi)石墨礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀，賦礦地層為古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組，礦石類型為石英片巖型石墨礦石。礦區(qū)內(nèi)石墨礦體產(chǎn)出特征顯示出，石墨礦床具有明顯的層控特征，初步認(rèn)為石墨礦床成因類型為區(qū)域沉積變質(zhì)型石墨礦床。其變質(zhì)礦物的出現(xiàn)及含量變化能反映原始的成分層，如賦礦巖石與圍巖漸變過渡或互層，含礦巖石具有明顯的沉積韻律特征，礦石的礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造與圍巖大同小異。

在自然界中碳的物質(zhì)來源主要為有機(jī)質(zhì)、碳酸鹽巖及地幔。對(duì)于石墨礦床中石墨的碳物質(zhì)來源存在著有機(jī)與無機(jī)成因的爭論。隨著碳穩(wěn)定同位素的發(fā)展，石墨中碳的物質(zhì)來源得到很好地界定。從目前公開發(fā)表的研究成果來看，越來越多的觀點(diǎn)認(rèn)為中國北方的區(qū)域沉積變質(zhì)型石墨礦床的碳物質(zhì)來源主要為有機(jī)碳，并混有少量的無機(jī)碳。其中石英片巖型石墨礦碳物質(zhì)來源主要以生物成因的有機(jī)碳為主，而含石墨大理巖中碳物質(zhì)更多的是來自于化學(xué)沉積成因的無機(jī)碳[4-8]。

石墨礦賦礦地層原巖建造的發(fā)育需要除了穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境外，且更依賴特定的表生環(huán)境，尤其需要淺海環(huán)境和生物大量發(fā)育。從石墨礦賦礦地層雁嶺溝巖組原巖沉積環(huán)境可以看出，原巖沉積環(huán)境主要為淺?！獮I海相沉積環(huán)境，原巖為一套海相碳酸鹽巖，夾鈣泥質(zhì)及泥砂質(zhì)碎屑巖沉積建造。前寒武紀(jì)這一特定的時(shí)間段，秦嶺造山帶一帶的特定的地質(zhì)環(huán)境，為石墨礦碳物質(zhì)巨量沉積提供了重要基礎(chǔ)[9-13]。

秦嶺巖群雁嶺溝巖組為區(qū)內(nèi)石墨礦賦礦地層，原巖為含碳的泥砂質(zhì)及碳酸巖沉積巖系，經(jīng)過區(qū)域變質(zhì)作用，在溫度、壓力、變質(zhì)溶液的持續(xù)作用下，使原巖中的碳逐漸變化分解，逐漸形成石墨，隨著變質(zhì)作用的加大，石墨經(jīng)遷移、集中、重結(jié)晶等形成有工業(yè)價(jià)值的晶質(zhì)石墨礦。后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和花崗巖的侵入，可使石墨礦再次遷移、集中、重結(jié)晶，形成晶片更大的石墨，進(jìn)而提高了石墨的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

綜上所述，本區(qū)石墨礦床成因類型為區(qū)域沉積變質(zhì)型，并經(jīng)歷了后期動(dòng)力變質(zhì)和熱液交代疊加改造過程。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)地層標(biāo)志：石墨礦主要產(chǎn)出于古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組地層中，雁嶺溝巖組地層是石墨礦的賦礦地層，是石墨礦找礦的地層標(biāo)志。

(2)巖性標(biāo)志：雁嶺溝組的含石墨石英片巖是石墨礦的賦礦巖石，是找石墨礦的巖性標(biāo)志。礦體頂部常見有一層低品位的含石墨石英片巖，厚度2～5m，不易風(fēng)化，層位穩(wěn)定，風(fēng)化面呈黃褐色，新鮮面為灰白色，地表特征明顯，為石墨礦體頂部標(biāo)志層。

(3)石墨礦物標(biāo)志：石墨是可見礦物，礦石易污手，野外易于識(shí)別。

(4)地貌標(biāo)志：石墨礦石質(zhì)地松軟，往往有明顯的構(gòu)造擠壓現(xiàn)象，容易風(fēng)化剝蝕呈負(fù)地形而被覆蓋，植被發(fā)育，土質(zhì)常為深黑色，易于識(shí)別。

(5)激電異常標(biāo)志：區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的石墨礦體出露位置與1∶5萬激電異常較吻合，以視極化率值大于4%圈定的1∶5萬激電異常區(qū)。

5 找礦前景

通過普查地質(zhì)工作，在礦區(qū)范圍內(nèi)已查明一處大型優(yōu)質(zhì)晶質(zhì)石墨礦床。礦區(qū)內(nèi)石墨礦體向深部仍有較大的延深，深部找礦潛力較大；區(qū)域上秦嶺巖群雁嶺溝巖組地層穩(wěn)定分布，控制著石墨礦層的分布。在礦區(qū)外圍，沿地層走向向礦區(qū)兩邊踏勘時(shí)，已發(fā)現(xiàn)一些規(guī)模較大的石墨礦體，顯示出外圍有較好的找礦前景，可作為下一步工作方向。