河南省西峽縣獅子寨石墨礦地質特征及其成因探討

李 彬，孫莉芳，王 杰，李志暉

(1.河南省有色金屬地質勘查總院，河南 鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術研究重點實驗室，河南 鄭州 4500521；3.河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000)

1 區域成礦背景

河南省西峽縣獅子寨石墨礦床地處華北地臺南緣秦嶺—大別山褶皺系北秦嶺朱陽關—柳泉鋪石墨成礦帶。朱陽關—柳泉鋪石墨礦帶分布在秦嶺褶皺帶朱陽關—夏館深大斷裂的兩側，大面積發育有元古界地層，巖漿活動強烈，石墨礦化較好，已經發現的石墨礦床(點)最多，礦石品位高。在已知礦床的周邊及深部有可能發現新的礦床，故本區是石墨礦成礦最有利的遠景區[1]。

2 礦區地質特征

2.1 地層

區內地層出露有古元古界秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)、石槽溝組(Pt1s)等地層(圖1)。

秦嶺巖群雁嶺溝巖組(Pt1y)分布在礦區中部、西南部，主要巖性為厚層石墨白云石大理巖、透閃大理巖，含條帶、團塊碳質大理巖，夾薄層石英巖、黑云斜長片巖。雁嶺溝巖組地層是本區石墨礦主要含礦層位。

秦嶺巖群石槽溝巖組(Pt1s)分布于礦區中部及北部，為一套中深變質巖系，主要巖性為石榴黑云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、石榴黑云二長片麻巖、矽線石榴黑云二長片麻巖。與下伏地層雁嶺溝組(Pt1y)呈整合接觸關系。

2.2 構造

勘查區構造較簡單，總體褶皺構造較發育，主要有天寶寨—金雞嶺背斜分布、瓦房溝—中大嶺背斜、莊子溝—彪池向斜等在礦區北東側局部分布；斷裂構造不發育，但后期構造裂隙較發育。變質礦產具有層控意義，無疑受后期褶皺作用的控制，勘查區褶皺構造多為中常—緊閉型，褶皺的轉折端出現強烈的頂厚和虛脫現象，為礦體形成提供了有利空間。

圖1 獅子寨礦區地質簡圖

2.3 巖漿巖

區內巖漿巖較發育，分布廣泛，成多期次活動、多時期疊加。礦區巖漿侵入巖分布廣泛，主要為新元古代片麻狀二長花崗巖(γ23)、海西期黑云母花崗巖(γ4)和沿北西—南東向侵入的花崗巖脈(γ)及少量的花崗偉晶巖脈。它們多呈不規則脈狀侵入于秦嶺群雁嶺溝組，少量侵入于秦嶺群石槽溝組中，接觸面產狀傾向北，傾角50～80°，與片麻理產狀基本一致。巖體延伸方向310°左右，長一般1～3km，寬一般10～40m。

2.4 圍巖蝕變

圍巖蝕變主要發生在構造蝕變帶及其頂底板圍巖中，熱液蝕變強烈，主要的圍巖蝕變有：黃鐵礦化、硅化、絹云母化、碳酸鹽化，另有少量的蛇紋石化、綠簾石化、鉀長石化等。

3 礦體特征

區內石墨礦體賦存于古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組(Pt1y)地層中，賦存在雁嶺溝組片麻巖及片麻巖與大理巖接觸帶附近。各礦體呈似層狀、脈狀或大透鏡狀，沿走向和傾向局部有分枝復合和舒緩波狀現象，總體產狀與地層產狀基本一致，礦體頂底板為大理巖，含礦巖石為含石墨片麻巖[2]。本次工作共圈定礦體8個(C1～C8)，現就代表性礦體C1、C2、C4、C6 分述如下。

3.1 C1號礦體

C1號礦體位于礦區干溝—小路溝一帶，呈北西—南東向展布，分布于第116～103勘探線之間。C1號礦體沿走向延伸約1 440m，走向約 300°，工程見礦厚度 1.96～ 25.08m，平均13.32m。固定碳含量3.12%～6.70%，平均品位約5.19%。礦體沿傾向最大延深181.72m，礦體厚度不穩定，厚度變化系數為70.91%。

3.2 C2號礦體

C2號礦體為主礦體，位于礦區小路溝—騾子凹一帶，呈北西—南東向展布，部分布于第111、99勘探線之間。C2號礦體沿走向延伸約1 500m，東北端位于騾子凹一帶，西南段位于小路溝，東端延伸出礦區外，走向約310°，傾向北東，傾角66～86°。工程見礦厚度4.58～20.09m，平均11.69m，礦體沿傾向最大延深147.35m，礦體厚度較穩定，厚度變化系數為49.08%。固定碳含量4.78%～11.01%，礦體品位較穩定，品位變化系數為 31.50%。

3.4 C4號礦體

C4號礦體為主礦體，位于礦區小路溝—熊山溝—小石人溝—大石人溝一帶，呈北西—南東向展布，部分布于第215、195勘探線之間，呈似層狀、脈狀或大透鏡狀產出，礦體產狀整體較穩定，基本與地層產狀一致。C4號礦體沿走向延伸約1 760m，東端延伸出礦區外，走向300°左右，傾向南西，傾角61～87°。工程見礦厚度4.53～11.65m，平均7.26m，固定碳含量2.99%～13.15%，平均品位達7.28%。礦體沿傾向最大延深155.83m，礦體厚度較穩定，厚度變化系數為39.43%。

3.5 C6號礦體

C6號礦體也為主礦體，位于礦區熊山溝—大石人溝—小石人溝—程溝一帶，呈北西—南東向展布，部分布于第215、201勘探線之間及兩側。C6號礦體沿走向延伸約1 500m，走向約300°，傾向南西，傾角55～85°；礦體規模為大型。工程見礦厚度4.62～18.16m，平均8.38m。固定碳含量4.04%～11.01%，平均品位約8.69%。礦體沿傾向最大延深131.91m，礦體厚度不穩定，厚度變化系數為53.36%。

4 礦石質量

區內礦石類型簡單，為片麻巖型晶質鱗片狀石墨礦石，地表礦石較疏松，為風化、半風化礦石，深部鉆孔礦石致密堅硬，為原生礦石。

4.1 礦石礦物成分

礦石礦物為石墨(3.1%～16.97%)(圖2)。另外根據X-射線衍射和光學顯微鏡觀察結果，礦石中脈石礦物成分比較簡單，主要有方解石、石英、鉀長石、白云母、綠泥石、透輝石、透閃石，少量的石榴子石等，這些礦物在礦石中約占90%，金屬礦物主要有黃鐵礦(圖3)，磁鐵礦和少量褐鐵礦。

圖2 石墨鏡下分布狀態

4. 2 礦石結構、構造

4.2.1 礦石結構

(1)鱗片狀結構：石墨呈鱗片狀分布在脈石礦物粒間呈定向分布(圖2)。

(2)條帶狀結構：石墨與脈石礦物互層成條帶狀產出。

(3)包含結構：細粒的石墨晶體在石英、長石中呈包體，石墨分布沒有規律(圖3)。

圖3 鏡下黃鐵礦與石墨共生

(4)揉皺狀結構：石墨、脈石礦物受后期構造變形作用發生揉皺。

(5)半自形粒狀結構：黃鐵礦、磁黃鐵礦呈半自形分布在脈石礦物中(圖4)。

圖4 片麻狀(a)及條帶狀(b)石墨

4.2.2 礦石構造

(1)片麻狀構造：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(圖4a)。

(2)條帶狀構造：石墨與脈石礦物呈條帶狀產出(圖 4b)。

(3)浸染狀構造：石墨、黃鐵礦呈星散浸染狀分布在脈石礦物中。

4.3 礦石的工藝性質及特征

晶質(鱗片狀)石墨的片度不同，其工業用途及經濟價值相差較大。為了解區內石墨礦的鱗片大小，本次普查取了100個巖礦樣，按-100目(＜0.147mm)、100 目～ 80 目 (0.175)、80 目～ 50目(0.287)、+50目四個目級在鏡下測定礦石中石墨片度，礦石樣品中正目(+100目)石墨含量平均52.54%。各目級所占百分比見表1。

5 礦床成因及找礦標志

5.1 礦床成因

本區的石墨礦體(層)賦存在秦嶺群雁嶺溝組(Pt1y)地層中，主要含礦巖性為角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、含石墨片麻巖、大理巖等，是一套典型的變質巖系含礦建造[3]。原始巖性組合為含碳砂泥巖和碳酸鹽巖夾少量長英質、鐵鎂質火山巖，為一套有連續相序的淺海陸源碎屑—碳酸鹽含炭沉積建造[4]。片麻巖系與大理巖系呈頻繁夾雜或交互出現，反應沉積環境為振蕩作用比較頻繁。大約2 200Ma前，碳酸鹽巖在大陸邊緣穩定的海灣環境中沉積下來，在1 000Ma左右，受板塊構造的影響，發生了大規模的區域變質作用。礦石中脈石礦物組合為長石、石英、黑云母等，石墨呈鱗片狀分布于脈石礦物顆粒之間，沿片麻理出現，可見石墨聚集成的條帶或條紋等原始層紋構造，說明石墨礦質與地層巖石同時沉積，受一定的地層巖性控制。值得指出的是，形成具有工業價值的石墨均與鈣質石墨片巖有關，這可能暗示了粘土質在石墨形成過程中的重要作用[5]。

表1 石墨礦片度(長徑)統計結果 (單位：%)

由于后期構造作用及以鉀化、硅化為主的混合巖化作用，致使石墨晶片隨脈石礦物顆粒增大過程中，亦再生增大，并進一步遷移富集。

綜上所述，本區石墨礦床成因類型為沉積變質礦床，并具有后期熱液疊加富集特征。

5.2 找礦標志

含碳建造—雁嶺溝組(Pt1y)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，并由擠壓破碎及輕微混合巖化地段，為成礦有利部位。同時，區石墨礦體受褶皺構造控制，礦體厚大部位往往位于向斜的軸部和背斜的兩翼[6]，為成礦有利部位。

6 找礦前景

本區位于河南省兩大石墨成礦帶之一的秦嶺—大別山褶皺系北秦嶺朱陽關—柳泉鋪石墨成礦帶上。該石墨礦帶分布面積較廣，呈北西西—南東東向展布，礦帶總長100km以上，南北寬4～8km，在秦嶺褶皺帶朱陽關—夏館大斷裂帶兩側，石墨礦化較好，主要分布在西峽、內鄉、鎮平等縣境內[1]。區內石墨礦的控礦因素主要為原巖建造性質和變質作用。該類型礦床(點)目前已發現約80處，其中大中型礦床10余處，其中主要有：西峽縣橫嶺石墨礦(大型)、干腳溝石墨礦(中型)、后湖石墨礦(大型)、獨埠嶺石墨礦(大型)、彪池石墨礦(中型)，鎮平縣小岔溝石墨礦(大型)等。顯示了該區是豫西南重要的石墨礦成礦區帶，成礦地質條件優越，石墨礦找礦前景良好。礦區發現的8個工業礦體，預估資源量(333)+(334)?石墨礦物量達到195萬t，達到大型。隨著勘查程度的不斷深入，本礦區找礦前景很大。