陜西鳳縣石炭系煤系石墨礦床地質特征及成因探討

馮楊偉 呂錄仕

(1.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西省西安市，710054；2.中國地質調查局造山帶地質研究中心，陜西省西安市，710054；3.中煤航測遙感局，陜西省西安市，710199)

陜西鳳縣草灘溝—煤溝一帶石炭系煤系石墨礦床是我國重要的石墨礦產地之一，目前僅開展過初步調查，研究程度很低，礦床特征和成因等研究尚淺，石墨礦資源勘探前景廣闊。本文以西秦嶺陜西鳳縣區域基礎地質資料、煤系石墨礦露頭和煤礦資料為依據，通過野外地質調查、煤系石墨礦老硐編錄及測試分析，運用地質綜合分析方法，研究石墨礦床地質特征，初步探討了控制其富集成礦主要因素，以期為該石墨礦床資源以及同類型石墨礦勘查提供一些可資借鑒的依據。

1 區域地質背景

秦嶺造山帶東西向橫亙于中國大陸中部，屬于中國大陸昆侖—祁連—秦嶺—大別巨型緯向中央造山系的東段重要組成部分。秦嶺造山帶是我國石墨主要分布區之一，隱晶質石墨礦床主要富集分布在西秦嶺中一些列石炭系山間盆地內。分布在陜西省鳳縣草灘溝—煤溝一帶的煤系石墨礦是其中重要礦床之一，研究區內地形、地貌復雜多變，地貌以高山和山間盆地相間分布為特色。

陜西鳳縣草灘溝—煤溝石墨礦富集帶地質簡圖如圖1所示。由圖1可以看出，區域地層主要為下元古界秦嶺群(Pt1q)片麻巖與含石墨大理巖，下古生界丹鳳群(Pzd)中基性火山巖夾碎屑巖，奧陶系張家莊組(Ozh)海相細碧-石英角斑巖系和龍王溝組(Ol)海相酸性火山沉積巖，上石炭統草涼驛組(C2c)淺變質石墨板巖、石英巖和變砂巖等，原巖為一套河流沼澤相含煤碎屑沉積建造。研究區侵入巖隸屬寶雞巖基，主要包括唐藏巖體、北星溝巖體、巖灣巖體等，主體呈巖基狀分布于北部草涼驛-大王廟一帶，其次呈巖株出露于秦嶺巖群、草灘溝群中。區域內斷裂構造發育，走向以東西向為主，北西向、北東向次之，具有類型多、機制各異、多期疊加的特點，以南北向擠壓為主，形成了鑼缽庵～艾家門向斜等東西向褶皺。

2 礦床地質特征

2.1 含礦地層

陜西省鳳縣草灘溝—煤溝一帶石墨礦含礦地層為上石炭統草涼驛組(C2c)，該套地層主要為淺變質的青灰色—灰白色石墨板巖、石英巖和變砂巖等，原巖為一套具有多旋回結構特征的河流沼澤相含煤碎屑沉積建造，主要巖性為石英礫巖、含礫砂巖、細粒石英砂巖、炭質泥巖及煤層。該套地層在東部為向南陡傾的向斜殘留北翼，地層傾角大多在60°～81°；在西部為基本完整的向斜，向西南方向開口，北翼陡峭，南翼平緩。南邊西部和東部與奧陶系草灘溝群變火山碎屑巖、中部與燕山期雷家院細粒閃長巖以低角度逆沖斷層相接，局部被白堊系錢家坪花崗斑巖改造；北邊被華力西期和燕山期多個閃長巖侵入體侵吞。鳳縣草灘溝—煤溝石墨礦野外露頭如圖2所示。

2.2 礦體特征

礦區共發育上下疊置的Ⅰ 號和Ⅱ 號兩個主要石墨礦體，20世紀70-80年代曾被當作為無煙煤在局部開挖平硐進行小規模開采。礦體走向近東西向，受向斜構造和地層的控制，礦體形態總體東部為向南陡傾的向斜殘留北翼，地層傾角大多在60°～81°；西部為基本完整的向斜，向西南方向開口，北翼陡峭，南翼平緩。單個礦體形態呈似層狀、透鏡狀，局部受構造擠壓礦體加厚呈單個包，或者多個包斷續相連呈豆莢狀。Ⅰ 號礦層礦體厚度0～1.8 m，石墨礦產于青灰色—灰白色石墨板巖中。Ⅱ 號礦層礦體厚度0～1.4 m，有時可見礦體出現分叉現象，石墨礦同樣產于青灰色—灰白色石墨板巖中。

2.3 礦石特征

陜西鳳縣石炭系煤系石墨礦礦石為隱晶質石墨，礦區石墨礦石為黑色石墨層，質軟，易染手，有滑膩感，具半金屬光澤。宏觀呈土狀，微觀多呈細小的它形鱗片狀。礦石具有它形鱗片變晶結構，呈似層狀、透鏡狀構造，如圖3所示。

2.4 礦石成分

陜西省鳳縣草灘溝—鑼缽庵—貫溝一帶石墨礦礦石樣品分析測試數據見表1。礦石礦物主要為石墨、石英、少量紅柱石、矽線石、粘土礦物、黃鐵礦、微量褐鐵礦等。Ⅰ號礦體固定碳含量為57.41%～75.29%，平均為67.38%，灰分為18.22%～39.34%，平均為27.36%；硫含量為0.25%～0.46%，平均為0.31%；揮發分為4.12%～5.53%，平均為5.12%；視密度為1.66～1.98 g/cm3，平均為1.87 g/cm3；鏡質體反射率為7.43%～7.71%，平均為7.60%。Ⅱ號礦體固定碳含量為76.23%～89.31%，平均為82.56%，灰分為7.87-18.53%，平均為12.84%；硫含量為0.08%～0.43%，平均為0.21%；揮發分為3.07%～5.63%，平均為4.40%；視密度為1.79～2.01 g/cm3，平均為1.89 g/cm3；鏡質體反射率為7.50%～8.15%，平均為7.83%。上述數據顯示出下部Ⅱ號礦體相對上部Ⅰ號礦體經受過更強烈的熱接觸變質作用，引起固定碳含量升高，視密度增大。達到了隱晶質石墨礦固定碳含量大于65%的工業要求。

表1 陜西省鳳縣草灘溝—鑼缽庵—貫溝一帶石墨礦礦石樣品分析測試數據表

3 礦床成因探討

3.1 控礦要素分析

鳳縣草灘溝—貫溝隱晶質石墨礦成礦模式示意圖如圖4所示。鳳縣草灘溝—貫溝石墨礦主要控礦要素是巖漿熱侵位對煤層的加熱烘烤作用，同時區域性的構造運動引起的區域變質對石墨礦層的富集也起到了積極作用。巖漿熱侵位和區域性構造運動多期疊加，反復作用于上石炭統草涼驛組煤層，煤層經熱接觸變質作用發生煤層→石墨化煤→煤化石墨→石墨礦層的系列變化，富集形成隱晶質石墨礦。

華力西—印支期，本區以南北向擠壓運動為主，使石炭系草涼驛組開始擠壓褶皺形成向斜，出現若干巖漿活動，煤層富集同時初次加熱變質，并伴隨有抬升剝蝕；燕山早期，區域內形成反S型構造，該期巖漿活動較為活躍，在草涼驛組分布區南北兩側分別發育大規模五里廟細粒英云閃長巖體和雷家院細粒石英閃長巖體侵入活動，煤層經熱接觸變質作用發生石墨化；燕山晚期，區域再次以南北向擠壓為主，產生向南逆沖走向近東西且弧形彎曲的逆沖斷裂系，草涼驛組地層以逆掩斷層斷夾塊的形式存在，向南逆沖在奧陶系和侏羅紀閃長巖體之上。研究區東部鑼缽庵—煤溝貫溝一線只保留了向斜的北翼，西邊草灘溝—徐家山—花園寺一線基本保留了向斜構造，但受到逆沖斷層的影響變得北翼陡峭南翼平緩，且西邊在斷裂后緣產生向北逆沖的反沖斷層，南北沖斷層將草涼驛組改造為一個沖起構造，同時在區域上從北向南構造擠壓力的作用下在向斜的翼部產生一系列走向近東西次級背斜與次級向斜相伴的復式向斜褶皺系。該期構造運動產生大量級別不等的斷層，由于礦層較軟容易變形且石墨是良好的潤滑劑，礦層作為應力的釋放點而被強烈改造且往往與斷層伴生，復式褶皺系內次級背斜與次級向斜的核部也往往成為石墨礦層富集帶；喜山期該區受到太平洋板塊從東邊和印度洋板塊從西南方向分別朝歐亞板塊下俯沖的遠程效應的影響而處于近東西向擠壓的構造背景下，草涼驛組地層發育一系列左行平移斷層，同時該期產生的南北向構造疊加在華力西—印支—燕山期東西向構造之上。

3.2 成因類型

鳳縣草灘溝—貫溝石墨礦位于秦嶺造山帶內華北板塊南緣的北秦嶺疊瓦逆沖推覆構造帶南部，地處秦嶺造山帶東西秦嶺交接轉化部位，是秦嶺造山帶地表近東西向構造和巖石圈下部及地幔上部南北向構造形成的十字形立交橋的匯聚部位，是諸多地塊和不同類型造山帶匯聚交接轉換區。地質歷史時期與區域性構造運動相伴生頻繁的巖漿活動可以為石墨礦的形成提供了充足的熱動力條件，草涼驛組煤層和碳質泥巖主要受到海西期巖漿巖侵入體、印支期巖漿巖侵入體和燕山期巖漿巖侵入體的多次加熱，在石墨礦富集帶東部的煤溝貫溝一帶巖漿巖侵入體與草涼驛組接觸帶上可清晰的見到指示熱接觸變質作用的角巖化現象。受到多期構造運動的改造，研究區草涼驛組地層多陡傾，傾角基本在60°～70°以上，局部地區近直立。礦層在縱向和橫向上均呈現透鏡狀、雞窩狀或者豆莢狀，內部小型揉皺強烈發育，屬于變成礦床。

圖4 鳳縣草灘溝—貫溝隱晶質石墨礦成礦模式示意圖

(責任編輯 路 強)

4 結論

(1)西秦嶺鳳縣石炭系隱晶質石墨礦床礦石類型主要為石墨礦層和含石墨碳質泥巖等，礦體主體呈層狀、似層狀和透鏡狀，Ⅰ號和Ⅱ號礦層品位(固定碳含量)與視密度分別為67.38%與1.87和84.64%與1.90，礦石呈土狀，礦層強烈揉皺，內部小構造發育。

(2)秦嶺造山帶多旋回復合構造熱事件為煤層或含碳質泥巖變成石墨提供了熱條件和動力條件，西秦嶺鳳縣石炭系隱晶質石墨礦床就是煤層或含碳質泥巖形成后經受巖漿巖侵入體加熱后發生熱接觸變質作用形成的，成因屬于熱接觸變成礦床。