河南桐柏縣楊岔凹石墨礦床地質特征及找礦前景

許 波，陳少偉，張漸漸

(1.河南省有色金屬地質礦產局第五地質大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016)

2015年以來，對桐柏地區開展了區域石墨礦產調查，通過1∶5萬激電測量和少量槽探工程查證等工作，圈出楊岔凹、大張溝、黃莊等多個石墨找礦靶區。根據區域礦產調查成果對桐柏縣楊岔凹開展了石墨礦地質普查工作，發現含石墨礦層5條，圈定石墨礦體7條，首次提交了一處大型石墨礦產地。本文依據普查找礦的成果，總結了楊岔凹石墨礦床地質特征、成礦規律及找礦標志，對礦床成因進行了探討，指出進一步找礦方向，對礦區外圍及深部找礦具有一定的指導意義。

1 區域地質背景

礦區大地構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]。地層屬秦嶺地層區北秦嶺地層分區，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區域地質圖

區域構造樣式表現為多層次韌性剪切、復式背斜、復式向斜構造[2-3]，構造形跡總體呈北西西向展布。區域內巖漿活動非常頻繁，主要在北部發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。變質巖以區域變質巖為主，動力變質巖次之，接觸變質巖僅在巖體邊緣附近有少量分布。區域石墨礦床主要有草帽嶺、黃竹園、老龍窩、大張溝石墨礦，均產出于古元古界秦嶺巖群地層中。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內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；北部以含長英質條帶白云石大理巖、硅質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。雁嶺溝巖組是礦區內石墨礦的賦礦層位。

郭莊巖組地層巖性組合為：礦區北部為斜長角閃片麻巖、花崗質片麻巖，地層內有較多后期花崗巖脈、花崗斑巖脈順層侵入；礦區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侵入體花崗質片麻巖侵入。

圖2 桐柏縣楊岔凹石墨礦區地質簡圖

2.2 構造

區內褶皺、斷裂構造發育。褶皺主要為彭家寨復背斜的次級褶皺；斷裂構造以北西—南東向韌性—脆韌性走滑斷層為主，主要發育三條斷層，為老龍泉斷裂(F44)、老和尚帽斷裂(F54)和大河斷裂(F42)。礦區西部整體發育一復式向斜，該復式褶皺主體由兩個背形和兩個向形組成，在A-A′剖面至08勘查線之間，從南到北為松樹溝向形(X2)、藥場背形(B3)、藥場—雷家寨向形(X2)、貓頭嶺背形(B1)，地層產狀形態呈向形—背形—向形—背形連續出現(圖3)。褶皺構造形態控制了石墨礦體的產出形態，礦體產狀和地層產狀一致，且隨褶皺形態的變化而變化；斷裂對礦體破壞不大，僅使礦體產生拖曳或很小的錯斷。

圖3 桐柏縣楊岔凹礦區A-A＇地質剖面圖

2.3 巖漿巖

區內巖漿活動頻繁，主要為早志留世片麻狀花崗質侵入體，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，使礦區地質環境的溫度、壓力進一步發生變化。在溫度、壓力繼續增高的情況下，石墨可進一步集中，發生重結晶，形成晶片更大的石墨，進而提高了石墨的經濟價值。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

礦區共發現含石墨礦層5條，圈出礦體7個，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號礦體為主礦體。礦體均賦存于雁嶺溝巖組地層中，礦體呈層狀、似層狀，近平行產出，產狀與地層基本一致，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%。受褶皺構造及花崗巖脈的穿插和擠壓的影響，礦體扭曲明顯，產狀局部反轉，沿走向有分支復合，膨大收縮現象(表1)。

表1 楊岔凹礦區石墨礦體特征一覽表

3.2 礦石類型及特征

礦區內石墨礦礦石類型單一，為石英片巖型晶質石墨礦石。

(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、團塊、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 石墨礦石手標本及顯微照片

(2)礦石結構、構造。

礦石結構主要為鱗片粒狀變晶結構，礦石構造主要為片狀構造，少量為片麻狀構造。石墨品位高的礦石，石墨、云母等片狀礦物含量高，片狀構造比較明顯；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造。

(3)礦石化學成分。

礦石的化學全分析結果見表3。礦石中固定碳 含 量 4.14% ～ 9.05%，SiO247.1% ～ 73.6%，Al2O37.17% ～ 12.16%，Fe2O33.27% ～ 6.44%，CaO 0.1% ～ 13.81.%，MgO 0.66% ～ 2.73%，K2O 1.36%～2.64%，可以看出該區礦石的化學成分具富硅、鋁而貧鎂的特點，屬長英質巖系。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%，目前無利用價值。

(4)礦石風化特征。

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

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

礦區內石墨礦體呈層狀、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。礦區內石墨礦體產出特征顯示出，石墨礦床具有明顯的層控特征，初步認為石墨礦床成因類型為區域沉積變質型石墨礦床。其變質礦物的出現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、結構構造與圍巖大同小異。

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

石墨礦賦礦地層原巖建造的發育需要除了穩定的構造環境外，且更依賴特定的表生環境，尤其需要淺海環境和生物大量發育。從石墨礦賦礦地層雁嶺溝巖組原巖沉積環境可以看出，原巖沉積環境主要為淺海—濱海相沉積環境，原巖為一套海相碳酸鹽巖，夾鈣泥質及泥砂質碎屑巖沉積建造。前寒武紀這一特定的時間段，秦嶺造山帶一帶的特定的地質環境，為石墨礦碳物質巨量沉積提供了重要基礎[9-13]。

秦嶺巖群雁嶺溝巖組為區內石墨礦賦礦地層，原巖為含碳的泥砂質及碳酸巖沉積巖系，經過區域變質作用，在溫度、壓力、變質溶液的持續作用下，使原巖中的碳逐漸變化分解，逐漸形成石墨，隨著變質作用的加大，石墨經遷移、集中、重結晶等形成有工業價值的晶質石墨礦。后期構造運動和花崗巖的侵入，可使石墨礦再次遷移、集中、重結晶，形成晶片更大的石墨，進而提高了石墨的經濟價值。

綜上所述，本區石墨礦床成因類型為區域沉積變質型，并經歷了后期動力變質和熱液交代疊加改造過程。

4.2 找礦標志

(1)地層標志：石墨礦主要產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志。

(2)巖性標志：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，不易風化，層位穩定，風化面呈黃褐色，新鮮面為灰白色，地表特征明顯，為石墨礦體頂部標志層。

(3)石墨礦物標志：石墨是可見礦物，礦石易污手，野外易于識別。

(4)地貌標志：石墨礦石質地松軟，往往有明顯的構造擠壓現象，容易風化剝蝕呈負地形而被覆蓋，植被發育，土質常為深黑色，易于識別。

(5)激電異常標志：區內已發現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。

5 找礦前景

通過普查地質工作，在礦區范圍內已查明一處大型優質晶質石墨礦床。礦區內石墨礦體向深部仍有較大的延深，深部找礦潛力較大；區域上秦嶺巖群雁嶺溝巖組地層穩定分布，控制著石墨礦層的分布。在礦區外圍，沿地層走向向礦區兩邊踏勘時，已發現一些規模較大的石墨礦體，顯示出外圍有較好的找礦前景，可作為下一步工作方向。