汝州市范莊石墨礦礦床地質特征與成因淺析

王志山,王云鵬,李鐵軍

（河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州450016）

汝州市范莊石墨礦礦床地質特征與成因淺析

王志山*,王云鵬,李鐵軍

（河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南鄭州450016）

范莊石墨礦區位于華北地臺南緣，區內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，礦床成因為沉積動力變質礦床。對該礦區的地質特征、礦床成因及找礦方向進行了討論。

范莊石墨礦；地質特征；找礦方向

我國石墨資源豐富，據《國土資源部2010年全國礦產資源儲量通報》，我國已累計探明晶質石墨礦物基礎儲量為5412.27×104t，資源量13077.92×104t，保有資源儲量(礦物量)18490.19×104t[1]。

我國石墨礦產資源分布既廣泛又相對集中。黑龍江省晶質石墨儲量最多，占全國儲量的61%。資源儲量在450×104t以上的地區還有四川、山東、內蒙古、河南、陜西，集中了晶質石墨資源儲量的90%以上。徐志剛等對我國石墨成礦帶進行了劃分[2]，在我國石墨成礦區帶(Ⅲ級)中，東部劃分出11礦遠景區，西部劃分出7個成礦遠景區。汝州市范莊石墨礦區即位于Ⅲ-66石墨成礦區帶，礦區在汝州市240°方位25km處，行政區隸屬汝州市寄料鎮，是一處中型晶質石墨礦礦產地。該礦床為一中型晶質鱗片狀石墨礦床，區內共有11個礦體，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，為片麻巖型晶質鱗片狀石墨礦石，本文將對礦體特征和成因做一些淺顯的研究和探索。

1 區域成礦地質條件

區域位于華北地臺南緣，跨越2個構造小區，以汝陽寨子溝—汝州螞蟻嶺的逆沖推覆構造前鋒帶的弧狀斷裂為界，南部屬峴山沖褶區，北部為劉店—寄料斷褶區。據河南省地質礦產局第二地質調查隊1988年完成的1∶5萬楊樓幅（I-49-70-C）和背孜街幅（I-49-82-A）區域地質調查報告，區域屬華北地層區，豫西分區、熊耳山小區及澠池確山小區。區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。

區域變質作用強烈，變質巖分布較廣，有區域變質巖，接觸變質巖及動力變質巖，氣—液蝕變（交代蝕變巖）。各種變質作用有彼此疊加的現象，變質巖全部分布于區域南部。區內變質巖依據巖性、變質程度、變形持征劃分為5個巖組，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。變質作用類型發育不均勻，以區域變質作用為主，動力變質作用弱，且分布局限性很大。

2 礦體地質特征[3]

2.1 礦區地質簡介

礦區為一古老斷塊，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。

礦區地層以單斜產出，未見褶皺。礦區處于2大構造單元的接觸部位，斷裂構造較發育，多屬于地臺邊緣構造三門峽—魯山斷裂的次級斷裂（見圖1）。

2.2 礦體特征

區內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、產狀與地層產狀一致，礦體頂底板為黑云斜長片麻巖或大理巖，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，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號礦體為區內主要礦體(見表1)。

圖1 范莊石墨礦地質圖

表1 礦體特征一覽表

3 礦石特征

3.1 礦石類型

本區礦石的工業類型屬晶質石墨礦床，石墨呈鱗片狀，片度0.075～1.500mm之間，根據礦石結構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，后者未形成工業礦體。

根據礦石風化破碎程度，分為風化礦石和原生礦石。風化礦石由原生礦石風化后形成，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，致密堅硬。風化礦石與原生礦石在結構、構造、礦物成分、品位及化學成分等特征上基本是相同的，二者的主要區別一是風化礦石疏松易碎，原生礦石致密堅硬，二是原生礦石風化后，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，晶質鱗片狀，多呈單晶，部分呈聚晶或連晶產出，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，分布較均勻，局部富集呈斑點、團塊、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10mm。石墨鱗片質軟，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，或聚集成細脈狀、團塊狀分布，他形—自形晶，顆粒直徑在0.1～1mm，含量1～15%。

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

斜長石、鉀長石：它形不規則粒狀為主，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，局部蝕變為綠泥石，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，發生構造蝕變時，呈條紋狀、小透鏡體狀、團塊狀與方解石細脈、透鏡體相伴沿片麻理或節理、裂隙分布。顆粒直徑一般0.2～0.3mm左右，含量15%～20%。3.2.2 礦石的結構構造

礦石結構為鱗片變晶結構、聚片鑲嵌結構、柱粒狀變晶結構；構造為網脈狀構造、塊狀構造、片麻狀構造。局部構造強烈地段為碎裂結構。

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

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，粒度統計如表2所示。

表2 石墨粒度統計表

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%的石墨屬細小晶質鱗片。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，據其與脈石礦物的關系及存在狀態，其結構構造主要為4種形式：

（1）鱗片變晶結構：石墨呈鱗片狀分布在脈石礦物中或為不規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）聚片鑲嵌結構：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）包體結構：石墨呈細小鱗片狀包在脈石礦物中，常見一顆脈石礦物中包有數十粒細小石墨，粒度小于0.01～0.02mm。

（4）網脈狀構造：部分礦石常具碎裂及扭曲現象，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，形成不規則的細脈，脈寬在1mm以內，呈脈狀礦石。此種構造常見于礦體柔曲而產生的裂隙處。

另外還見有片麻狀構造、條帶狀構造、塊狀構造等。

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。當礦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，礦體與圍巖界線不十分清晰，呈漸變過渡關系，主要依靠化學分析結果確定，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，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號勘探線剖面圖

礦體中有部分樣品品位達不到邊界品位，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出部位也易存在夾石。總體來看礦體內部夾石數量不多，規模不大，因此對礦體的連續性影響亦不大。

4 礦床成因類型

本區的石墨賦存在太華群水底溝組以片麻巖為主的變質巖系中，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。礦層的頂底板也是這些巖石，是一套典型的變質沉積巖組合含礦建造[4]。

4.1 石墨物質來源

（1）水底溝組含石墨變質巖系組合，為碳質泥質粉砂巖，砂質粘土巖—含碳泥質灰巖—含碳泥質碳酸鹽巖組合。現代地質理論認為，碳酸鹽巖的成因與生物有關，化學沉積的碳酸鹽巖規模很小，只有具備生物繁衍的沉積環境，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、下地質的同位素年齡（17.11～22.80億年）資料看，這時期的海水中有早期生物活動。

（2）從區域地層對比看，本區鐵山嶺組地層跟許昌地區趙安莊組層位相當，由于趙安莊組變質過程比本區淺，曾發現原核生物古孢子及古植物碎片，這個時期有生物繁衍活動已取得了直接證明[5]。而出在此層位的水底溝組，雖因變質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碳這也說明水底溝組也有早期生物繁殖，這種含有機質的沉積巖，則是石墨礦的礦原層，由生物留下的有機碳為形成石墨的主要來源。

4.2 區域變質的控制作用

本區強烈的構造運動而伴隨的是形成石墨礦床的主要條件。區內變質巖系的演變程度中壓系角閃巖相，據魯山石墨礦石10余個氣液包體測試結果，變質溫度在400℃～500℃之間。在此變質作用的溫度和壓力，特別是持續強應力狀態作用下是礦源層中無工業價值的有機碳變為應力礦物石墨，并在適宜的條件下，富集為有工業價值的石墨礦床。

5 找礦方向

5.1 礦床成礦基本規律

含碳建造-水底溝組（Ar2s）地層為本區石墨礦直接找礦層位，含石墨片麻巖與大理巖交互出現，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

礦區南部且發現多個小礦體，在工作時，對其進行了地表探槽揭露，由于本區地表巖石風化較強，石墨礦風化后地表難以發現，預測在礦區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，應加大對這套地層含礦性的研究，同時注重綜合找礦，可結合物探、化探等工作，以期在找礦方面有一個較大的突破。礦區前期工作時間緊張，除已控制的礦體規模外，在其傾向上控制深度很淺。以上依據表明，在范莊石墨礦區，無論從廣度或深度而言，都存在較大的找礦遠景。

[1]朱訓.中國礦情[M].北京：科學出版社，2000.

[2]徐志剛，陳毓川，王登紅，等.中國成礦區帶劃分方案[M].北京：地質出版社，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告[R].鄭州：河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，2013.

[4]姚風良，盂良義，等.礦產地質基礎[M].北京：地質出版社，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，高級工程師，現從事化探與地質方面工作。