陕西省丹凤县庾家河石墨矿地质特征及成因浅析

2015-02-23崔海洲王菊婵

地下水 2015年4期

崔海洲，王菊婵，马晔

(陕西省核工业地质局二二四大队，陕西西安710024)

石墨被广泛应用于许多行业，耐火材料行业、镁碳砖、钢铁、石油、化工、机械、轻工等传统产业。随着高新技术的发展、新材料产业将成为石墨产业新的增长点，高性能石墨导电材料、密封材料、环保材料、热交换材料、石墨烯等新兴材料以及制品产业将会得到快速发展。为要满足这些领域和行业的需求，我们必须加大石墨矿的找矿力度［1］。对庾家河石墨矿的地质特征全面分析，总结其控矿因素、成矿规律和成因，对指导在秦岭地区寻找同类矿床有重大指导意义。

1 区域地质概况

矿区处于秦岭纬向构造带北亚带之南缘，商—丹区域性断裂以北，居于分水岭和蔡川两条大断裂之间，地层区划属太白—商县分区。

区域地层主要为下元古界秦岭群(Pt1qn)，为一套以陆源含炭硅泥质碎屑岩为主，夹中基性火山岩、碳酸盐岩的沉积建造，变质建造为黑云斜长片麻岩—变粒岩—大理岩建造，变质相为低角闪岩相—高角闪岩相，中高温中低压变质相系。

区内褶皱和断裂构造发育、构造线大致呈NWW—SEE向展布。秦岭群在区域上组成一向南东东倾伏的巨型复式背斜构造(峦庄复背斜)，除矿区北部的蔡川大断裂带外，还发育多条内北东东向和近东西向压性逆断裂及次级小断裂。

区内岩浆岩广泛分布秦岭群变质地层中，以加里东期的片麻状黑云母混合花岗岩为主。岩体大小不一形态复杂，常呈脉状、岩株状、岩床状或不规则状侵入地层，展布方向与地层、构造线方向一致，较大的有黄柏岔岩体、太子庙岩体和石门岩体等。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区位于杨斜—峦庄复式背斜构造带中部，出露地层主要为下元古界秦岭群第二岩性段(Pt1qn2－3)，以及少量第四系(Q)，由老到新分述如下:

1)第二岩性段(Pt1qn2)

主要分布于十里吊背斜，白家庄背斜的轴部及两翼，最大厚度1 981.5 m。主要由一套变质碳酸盐岩石组成，间夹片麻岩、硅线石片麻岩、石墨大理岩及粒岩、石英片岩等碎屑岩。按照岩石组合特点，以较稳定的四个含矿层为标志层，划分为A—I九个岩性层，表现为五个较大沉积韵律。各段之间均为整合接触。矿区内仅出露A—E层，叙述如下:

A岩层:大理岩层(Pt1qn2a)

分布于清水沟脑—王家沟一带，由灰白—白色中厚层状大理岩、白云石大理岩夹透辉条带大理岩、镁橄榄石大理岩组成，局部夹有石墨大理岩透镜体。出露厚度20.2～280.4 m。

B岩层:石墨片麻岩及石墨大理岩层(Pt1qn2b)

分布于清水沟脑—王家沟一带，为主要含矿层，区内Ⅰ号石墨矿带的赋存层位。主要由石榴石硅线石钾长片麻岩、石榴石硅线石片岩、含石墨片(麻)岩、石墨大理岩、黑云斜长片麻岩、石墨长英粒岩等组成。走向局部被岩体切截，总体连续，该岩层出露厚度 1.0～112.5 m。

C岩层:大理岩层(Pt1

测区内广泛分布，岩性主要为由灰白—白色厚—中厚层状大理岩、白云石大理岩、透辉石条带大理岩夹镁橄榄石大理岩、含石墨大理岩、含石墨石英大理岩、石墨石英片岩薄层及斜长角闪岩等，厚 71.6～483.3 m。

D岩层:石墨长英粒岩、石墨大理岩、石榴石硅线石片麻岩层(Pt1)

分布于小黄柏岔、清水沟脑一带，为主要含矿层，区内Ⅲ号石墨矿带(体)的赋存层位。主要岩性为石榴石硅线石斜长片麻岩、硅线石石榴石片岩，上部为石墨大理岩、石墨长英粒岩、石墨石英片岩等，走向上不稳定，出露厚度2.62～47.5 m。

E岩层:大理岩夹石墨大理岩、硅线石片麻岩层(Pt1)以中厚—厚层状白云石大理岩，大理岩为主，夹含石墨大理岩、含石墨蚀变透辉石大理岩、斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩和石墨含矿层，原资料根据大西沟—蔡凹一带的石墨、硅线石含矿层，将该层分为三个亚段，本区未进行细分。

(2)第四系(Q):分布于测区内的河床、河漫滩、沟谷等处，由砾石、砂、粉砂、亚砂土、亚粘土组成，厚度2.5～8 m。

2.2 岩浆岩

测区内混合花岗岩(hγ3)分布广泛，岩体大小不一，形态复杂，多以顺层或沿背斜轴部大片侵入为主，常呈脉状、岩株状、岩床状或不规则状侵入地层，展布方向与地层、构造线方向一致，约为290°～110°。区域上较大的有黄柏岔岩体和太子庙岩体，矿区位于两个岩体之间。由于混合花岗岩体的侵入和穿插，破坏了地层、构造、含矿层的完整性，使其仅以残留体的形式存在于岩体之中。

2.3 构造

1)褶皱构造

矿区位于秦岭群峦庄复式背斜构造—十里吊背斜的东延伸部位，主要表现为北北东倾的单斜构造，局部南倾或倒转;其轴向275°～285°，向东倾伏，倾伏角约20°。两翼地层产状较陡，北翼一般产状 10°～30°∠45°～70°，南翼一般产状190°～220°∠40°～70°。背斜核部由 Pt1qn2a大理岩组成。北翼被商县—高跃断裂(F1)所切造成地层缺失。

2)断裂构造

区内断裂构造较为复杂，除矿区北部的蔡川大断裂带外，还发育多条内北东东向和近东西向压性逆断裂及次级小断裂。工作区内主要有两条主干断裂F3、F13，呈近北西西—南东东向横贯工作区，分述如下。

F3断裂:分布在工作区西部，位于虎狼沟—十里吊一带，全长5公里以上，总体走向约280°，呈舒缓波状，倾向不定，倾向北，倾角52°～80°。结构面紧闭，有时可见数十米宽的挤压带，通过混合花岗岩，大理岩时常见构造角砾岩、挤压透镜体和粉末状破碎物，当通过片麻岩时常见挤压片理带。

F13断裂:位于F3北部，近于平行，通过王家沟—十里吊一线，全长1.5 km以上，走向约274°，陡倾、倾向时南时北，倾角在68°以上。北盘上升约400 m，使测区东部十里吊背斜南翼Pt1q以上地层缺失。显先压扭—后张扭活动特征。压扭期表现为一系列挤压面、构造透镜体、碳质片岩的分布和混合花岗岩脉的粉末化的形成;张扭期表现为断裂带中大小不等杂乱分布的构造角砾。

2.4 变质作用及变质岩

本区变质作用主要为区域变质作用，形成的变质岩类型主要有大理岩、片麻岩、粒岩、片岩、斜长角闪片岩等，大理岩类是组成秦岭群第二岩性段的主要岩石，占80%以上［2］。

本区变质岩可分为两大类:大理岩、白云石大理岩类;片岩、片麻岩、粒岩、石英岩等。经岩石化学全分析和尼格里数值特征计算，恢复原岩:前者为石灰岩、白云岩，富钙、镁，贫钾，形成于深海及滨海环境，厚大形成环境稳定。后者富硅、铝、铁，钾大于钠，以粘土质沉积岩，砂质粘土质沉积岩为主，形成于浅海环境有机质，仅以夹层出现形成于海退层序。经中深区域变质作用，前者形成各种大理岩、白云石大理岩，后者形成各种片岩、片麻岩、粒岩、石英岩。因此本区是一套典型的付变质岩共生组合。

依据岩石中硅线石、十字石、铁铝榴石、镁橄榄石、透辉石、白云石、黑云母、斜长石、微斜长石、正长石的普遍出现可认为本区变质岩主要属中压型铁铝榴石角闪岩相。

3 矿体特征

矿区内共发现石墨矿化带二条，分别位于背斜构造的两翼，其中Ⅰ号带位于背斜北翼，Ⅲ号带位于背斜南翼，2条矿带各发现矿体3条。主要产于秦岭群第二岩性段(Pt1qn2)的石墨大理岩中、含石墨片(麻)岩、石榴石硅线石片岩、石榴石硅线石钾长片麻岩，区内矿体走向基本一致，总体走向近北西西—南东东，Ⅰ号带内各矿体近南倾，Ⅲ号带矿体近北倾，倾角均为中等偏陡，矿体层状—似层状，厚度变化较稳定，品位分布均匀(见图1)。

Ⅰ －1、Ⅰ－2、Ⅲ－2、Ⅲ－3号矿体均为大理岩型和片麻岩型石墨混合型矿体，矿体呈层状、似层状产于秦岭群第二岩性段B岩层(Pt1qn2b)之中。Ⅰ－2、Ⅲ －2、Ⅲ －3号矿体上、下盘岩性为大理岩、含石墨大理岩，局部为花岗岩。Ⅰ－1号矿体下盘岩性为混合花岗岩。

Ⅰ－3号矿体为大理岩型石墨矿体，呈层状产于秦岭群第二岩性段B岩层(Pt1q)之中，上、下盘岩性为大理岩。

Ⅲ－1号矿体为片麻岩型石墨矿体，呈层状产于秦岭群第二岩性段D岩层(Pt1q)之中，上盘为大理岩、下盘岩性主要为花岗岩。

综上所述，矿体受背斜构造和地层控制，成矿与花岗岩也有密切关系，应是变质和热接触变质共同作用的结果。

图1 矿体厚度和品位分布图

4 矿石质量

4.1 矿石类型

矿石自然类型主要划分为大理岩型石墨矿石和粒岩型—片麻岩型(多为过渡类型)石墨矿石两种。根据矿石中石墨多呈自形—半自形及它形鳞片状，石墨晶体长轴片度0.1～1 mm者大于90%，确定其工业类型为晶质(鳞片状)石墨矿石。

4.2 矿石结构、构造

矿石结构有自形—半自形及它形鳞片变晶结构，矿石构造主要为叠层状、浸染状、片状和片麻状构造(见图2)。

图2 矿石显微照片

4.3 矿石矿物成分

大理岩型石墨矿石具鳞片粒状变晶结构。矿物成分为方解石75%，水云母、滑石、绿泥石12%，石墨3% ～7%，石英5%，透辉石1%。石墨呈黑色不透明片状，反射光下为亮铅灰色，大部分片径(长)0.08 ～0.80 mm，(宽)0.01 ～0.10 mm，呈斑点状集中、不均匀分布方解石间(见图3)。

片(麻)岩—粒岩型石墨矿石具鳞片粒状变晶结构。矿物成分为石英60%，石墨10% ～15%，铁质(褐铁矿)15%，滑石、绿泥石(均为蚀变产物)10%。石墨呈黑色不透明片状，反射光下为亮铅灰色，大部分片径(长)0.06～0.64 mm，(宽)0.01～0.14 mm，长轴半定向分布石英、长石间，石英透镜体中不含石墨。此外，局部可见石墨较集中呈斑点状分布(见图4)。