窯坪地區石墨礦成因分析

吳曉勇

(陜西省一九四煤田地質有限公司，陜西 銅川 727000)

0 引言

石墨是一種結晶形碳(C)。六方晶系，典型的層狀結構，碳原子成層排列，每個碳與相鄰的碳之間等距相連。因具有耐高溫性、導電導熱性、潤滑性、化學穩定性、可塑性、抗熱震性、高傳導透明性等特殊性質，被廣泛應用于航空航天、新能源、信息技術、高端制造、環保、新材料等領域。曾有專家預言“20世紀是硅的世紀，21世紀將是碳的世紀”(第四次世界工業革命)。隨著現代科學技術和工業的發展，石墨的應用領域還在不斷拓寬，已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料，在國民經濟中具有重要的作用[1-3]。

1 區域成礦背景

該地區大地構造位置總體屬于南秦嶺構造帶，具體位置位于北部商丹蛇綠構造混雜巖帶與南部勉略蛇綠構造混雜巖帶之間的佛坪—留壩隆滑構造區[4-6]。北部以留壩—黃柏源滑脫構造與石炭紀至三疊紀的鳳太伸展盆地斷褶帶相連，西部和南部以雙溪推覆構造為界與石炭紀至三疊紀張家坪—窯坪裂陷盆地斷褶帶相連。

1.1 區域地層

從區域地層空間分布特征與窯坪地區相鄰地層的相關性來看，關系密切的區域地層主要有古元古界低莊溝巖組(Pt1d)、沙壩巖組(Pt1s)、灣牛壩巖組(Pt1w)地層及其上部發育的石炭紀—三疊紀鳳太伸展盆地建造的地層[7-8]。其中古元古界地層主要分布于鐵河街—茅坪街一帶，呈構造巖塊(片)產出，與周圍地層均呈構造接觸，構成了佛坪變質核雜巖；伸展盆地建造的地層僅為大楓溝組細碎屑巖沉積建造。

低莊溝組(Pt1d)：含石榴石透輝石透閃石變粒巖、方解透輝石長石變粒巖、含石墨透輝變粒巖、含石榴石矽線石墨黑云斜長變粒巖等。

沙壩巖組(Pt1s)：粗晶大理巖、含石墨粗晶大理巖及白云質大理巖。

灣牛壩巖組(Pt1s)：含石榴矽線石墨斜長片麻巖、含矽線石黑云斜長片麻巖、含石墨矽線黑云石英片巖等。

1.2 區域構造

從區域大地構造位置來看，窯坪地區大地構造位置總體屬于南秦嶺構造帶，具體位置位于北部商丹蛇綠構造混雜巖帶與南部勉略蛇綠構造混雜巖帶之間的佛坪—留壩隆滑構造區。北部以留壩—黃柏源滑脫構造與石炭紀至三疊紀的鳳太伸展盆地斷褶帶相連，西部和南部以雙溪推覆構造為界與石炭紀至三疊紀張家坪—窯坪裂陷盆地斷褶帶相連。

1.3 巖漿巖

區域侵入巖廣泛發育，主要分布于中、西、北部。區域巖漿巖帶為南秦嶺印支期巖漿巖帶，屬于華陽巖體(前人稱之為光頭山超單元)，由多個侵入體組成，主要侵入體特征如圖1所示。

圖1 陜西省花崗巖類主要巖體分布圖

1.4 區域礦產級分布規律

區域內礦產主要有鐵、銅、以及金紅石礦、石墨等10余種。其中在志留系碳酸鹽巖和石墨絹云母片巖中發現銅礦點及褐鐵礦點10余處，代表礦床有城固縣花廟子村銀硐灣銅礦、洋縣鐵河鄉上塔灣褐鐵礦、八里關銅礦、鐵河石墨、金紅石礦。

2 礦區地質概況

2.1 礦區地層

區內古元古界長角壩巖群地層分布范圍大，出露的主要地層有：低莊溝巖組(Pt1d)、沙壩巖組(Pt1s)、灣牛壩巖組(Pt1w)。

低莊溝巖組(Pt1d)：分布于區內中東部及東部出露，主要分布于羅權溝、碾子溝至大東溝一帶。與頂部沙壩巖組(Pt1s)為平行接觸關系，以其間的石英巖為標志進行劃分。巖性以含黑云斜長變粒巖為主，局部夾有薄層狀黑云斜長片麻巖，底部有一層不甚穩定的薄層石英巖。

沙壩巖組(Pt1s)：分布于區內中部及東部大面積出露，分布于銀廠灣、八龍廟至大東溝一帶，分布范圍較廣。巖性以透輝石大理巖、含石墨大理巖為主，白色、灰白色，中厚層狀，粒狀變晶結構。主要礦物為方解石，含少量的石英及透閃-透輝石，普遍含較多的黑色硅質巖條帶為其特征，石墨均呈星點狀分布。

灣牛壩巖組(Pt1w)：區內大面積出露，分布于區中部及東北部。通過地質修測將其分為4個巖性段，即含石墨黑云斜長片麻巖段(Pt1w1)、大理巖段(Pt1w2)、含石墨黑云斜長片麻巖段(Pt1w3)及含石榴矽線石鈣質片麻巖、鈣質片巖巖性段(Pt1w4)。其中第一巖性段(Pt1w1)和第三巖性段(Pt1w3)為主要含石墨礦層位。

2.2 礦區構造

在區域構造位置上處于關帝廟—酉水復式背斜的北東翼，區內構造不太復雜，無較大的褶皺和斷層，褶皺均為寬緩的褶皺，區外圍以鐵河向斜為主，但層間小撓曲較發育。斷層則以北西向、北東向斜切斷層為主。區內見有4條斜交斷層(F1、F2、F3、F4)。

F1斷層：西起大巖溝，東至毛家溝，是區內規模較大的斷層，該斷層屬于正斷層，沿斷層常見有小的花崗巖脈侵入、局部可見細小斷層破碎帶。

F2斷層：位于井壩溝北東方向一帶，為一層間斷層，規模較小，其形成時代晚于F1斷層，為逆斷層。

F3斷層：位于八龍廟一帶，為一層間斜切斷層，規模較小，為正斷層。該斷層遠離石墨礦體，對礦體無影響。

F4斷層：位于羅權溝一帶，與F3斷裂近乎平行產出，為一層間斜切斷層，規模較小，為一正斷層。該斷層遠離石墨礦體，對礦體無影響。

2.3 巖漿巖

窯坪鄉地區位于勉縣—洋縣深大斷裂北側，為秦嶺地槽區，屬南秦嶺褶皺帶。區域地質構造發育，巖漿活動頻繁，熱液活動強烈。

區內巖漿巖發育，主要為中生代三疊紀的華陽巖體，華陽巖體在區內出露單元為天華山單元(TnrT)和木河單元(TnrM)，其巖性均為二長花崗巖，分布范圍廣，出露面積大，主要分布于該地區的西部、北部，成較大的巖基產出。其次為太古界的中粒角閃花崗巖、偉晶巖脈、石英脈分布于預查區的中部和南部，呈巖株及巖脈狀產出。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

區內已發現3條石墨礦體(Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號)，均為晶質石墨。且均近南北向呈平行條帶狀分布，層間夾層為片麻巖、大理巖，偶見1.0～2.3 m厚石英片巖。

Ⅰ號石墨礦體：賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第一巖性段，該段巖性主要為含石墨黑云斜長片麻巖，局部夾薄層含石墨石英片巖。該礦體地表出露標高1 140～1 380 m，走向282°～347°，傾向192°～257°，傾角19°～34°，經地表槽探揭露，其長約6.34 km，寬約2.8～26.5 m。通過樣品測試化驗結果的統計分析，礦體品位(固定碳含量)為3.5～9.54%。品位變異系數0.31，品位較穩定。

Ⅱ號石墨礦體：賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第三巖性段，該段巖性主要為：含石墨黑云斜長片麻巖，夾薄層含含石墨石英巖或透鏡體大理巖。該礦體地表出露標高1 210～1 510 m。走向285°～346°，傾向195°～256°，傾角16°～37°，經地表槽探揭露，其長約6.57 km，寬約3.5～30.0 m。通過樣品測試化驗結果統計分析，礦體品位(固定碳含量)為3.5%～10.22%，品位變異系數0.21，品位穩定。

Ⅲ號石墨礦體：賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第三巖性段，該段巖性主要為：含石墨黑云斜長片麻巖，夾薄層含石墨石英巖或透鏡體大理巖。該礦體地表出露標高1 270～1 590 m，走向68°～256°，傾向160°～338°，傾角21°～37°，經地表槽探揭露，其長約3.07 km，寬約4.1～12.0 m。通過樣品測試化驗結果統計分析，礦體品位(固定碳含量)為3.5%～15.06%，品位變異系數0.30，品位較穩定。

3.2 礦石特征

石墨礦石中的礦物成分主要為鋁硅酸巖礦物，碳酸鹽、硫化物礦物中等，故礦石易氧化。礦石中唯一的硫化礦物為黃鐵礦，地表露頭上可見到新鮮的黃鐵礦晶體和集合體，地表工程中常見黃鐵礦風化成褐鐵礦，加之石墨礦石均為堅硬的塊狀，因此認為窯坪鄉地區礦石主要為原生礦石。礦石中的礦物成分比較復雜，有用礦物有石墨、硅線石、金紅石，含量占礦物總含量的22%；雜質礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、炭質、褐鐵礦，含量占礦石礦物總量的15%；脈石礦物有斜長石、鉀長石、石英、白云母、黑云母、方解石、透輝石、透閃石等，含量占礦物總量的63%。按礦石中礦物的結晶程度、礦物形態及嵌布關系，將礦石結構分為鱗片粒狀變晶結構、碎裂結構、葉片狀結構和包含結構。常見構造類型有片麻狀構造和片狀構造，其次還有條帶狀構造、浸染狀構造和星散狀構造。

因礦石中的石墨有90%以上呈葉片狀及鱗片狀產出，僅有10%以下為微晶質及隱晶質，但礦石中石墨礦物含量較低，平均僅5%左右，且石墨片徑大部分較小。因此，將礦石的工業類型劃分為中品位，細-中粒鱗片晶質石墨礦石。

4 礦床成因分析及找礦標志

4.1 礦床成因

成礦物質來源：區內古元古界為濱-淺海相泥炭質碎屑巖及碳酸鹽巖沉積，經區域中-低溫動力變質作用，泥炭質碎屑巖變質成片麻巖，碳酸鹽巖結晶成為大理巖，炭質成為石墨。古元古界長角壩巖群普遍含有石墨，在灣牛壩巖組片麻巖中富集成礦。此外，礦區北邊有印支期的華陽花崗巖基，在礦區的西部和南部分布較多的印支期花崗巖、花崗偉晶巖的巖株、巖枝和巖脈。由于它們的侵入，發生區域熱流動力變質作用，使巖石中的炭組份進一步分解、運移、聚集、結晶而形成鐵河石墨礦床。

礦床類型：窯坪鄉地區石墨礦主要賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組第一巖性段和第三巖性段中的片麻巖中，其分布和富集受層位和巖性控制，區域動力熱流變質對石墨的形成和富集起到了至關重要的作用。因此，根據有關石墨礦床成因類型劃分的要求，將礦床成因類型劃為濱-淺海相沉積-區域變成礦床，其工業類型劃為中-深變質巖系中的晶質石墨礦床。

4.2 找礦標志

石墨礦床賦存于長角壩巖群灣牛壩巖組地層中，區內西起毛家溝，東到倒西溝均有分布，并發現有多處石墨礦點，是尋找石墨礦的理想地層層位。黑云斜長片麻巖、大理巖交替出現地段的片麻巖中往往形成石墨礦層，而片麻巖在地貌上大多形成負地形。石墨呈灰-深灰色的鱗片狀，易于識別，礦石中伴生有矽線石、金紅石及少量黃鐵礦，黃鐵礦風化后形成褐鐵礦侵染或斑點，是尋找石墨較明顯的標志。

5 結語

洋縣窯坪鄉地區石墨礦，處于秦嶺褶皺系，南秦嶺印支期褶皺帶白水江-白河褶皺束中部，這是礦床形成和分布的區域構造條件；含礦巖系屬古元古界長角壩巖群灣牛壩巖組，為一套濱-淺海相沉積的含碳泥砂質碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，石墨礦體賦存于碎屑巖之內，這是石墨形成的地層和巖性條件；區內地層和巖石均遭區域變質，由于該區印支期酸性侵入巖活動，使其進一步產生熱流變質，因此，區內巖石變質較深，這是區內石墨礦形成的最重要的條件。初步認為礦床成因類型應屬于沉積—區域變成礦床，其工業類型應屬于中-深變質的晶質石墨礦床。在該工作區之外，特別是區域上，含礦巖系分布廣泛，并發現有多處石墨礦點，通過進一步勘查工作，有可能形成更大規模的工業礦床。