陜西省丹鳳北部晶質石墨礦地質特征及成因分析

楊聯濤

(中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

陜西省太白—商南石墨成礦亞帶上，有鳳縣—太白和丹鳳北部兩個石墨找礦遠景區，2016年陜西省將丹鳳北部范圍設立為晶質石墨找礦會戰區之一。該區石墨礦賦礦地層主要為古元古界秦嶺群雁嶺溝組地層，為區域變質型礦床，礦石質量較好，屬于大鱗片型。目前，區內已做過石墨礦勘查工作的地區有庾家河、留仙坪、蔡凹—碾子坪—大西溝、塔兒坪等處，故該區有較大勘查和開發前景。

1 成礦地質背景

本區大地構造位置位于北秦嶺復合島弧雜巖帶東部[1]，地層區劃屬北秦嶺地層分區之太白地層小區東段。依據陜西省成礦區(帶)的劃分，屬于陜西省Ⅳ級成礦區帶：Ⅳ-66A-2太白縣—商南Au稀有金屬白云母石墨成礦亞帶[2]。

1.1 地層

丹鳳北部晶質石墨礦的賦礦地層主要為古元古界秦嶺群雁嶺溝巖組。雁嶺溝地層為一套經歷多期變質變形、層狀無序的中—高級變質地層組合體，達低角閃巖相—高角閃巖相變質，屬于一套富含石墨高鋁的孔茲巖系[3]。

1.2 構造

丹鳳北部晶質石墨礦位于華北古陸塊南緣北秦嶺復合島弧雜巖帶東段，地層經過多期質變和形變，褶皺構造、斷裂構造、面型構造極為發育，總體構造線近東西向。區內已發現的晶質石墨礦主要分布在區內東西向展布的張河—界嶺背斜的兩翼。

1.3 巖漿巖

區域巖漿巖主要為古生代北秦嶺花崗巖帶，包括泥盆紀桃坪、騾子坪、黃柏岔、黃龍廟巖體群，志留紀孫家山、桐樹溝、陳寺溝、庵底巖體群，奧陶紀秋樹坪巖體、奧陶紀寬坪巖體及早古生代次火山相。通過對區內巖漿巖的調查研究，發現巖體破壞了石墨礦體的連續性，但是卻在接觸部位附近加大了石墨鱗片的生長[4]。

1.4 變質作用

主要為區域變質作用，形成中深度變質巖系[3]，其次局部范圍經歷了混合巖化，富碳地層變質為石墨礦體提供了有利條件。雁嶺溝組地層區域變質表現為泥質變質巖中出現：矽線石+石榴石+黑云母+斜長石+微斜長石+鈦鐵礦+石英組合。全部以原巖礦物的殘晶形式殘留于巖石中。石榴石—黑云母礦物溫度計證明，變質程度屬于高角閃巖相。

2 丹鳳北部晶質石墨礦地質特征

2.1 礦化帶分布特征

丹鳳北部共有七條晶質石墨礦化帶，主要分布于雁嶺溝地層b巖段的第二、四、六巖性層中。區內晶質石墨礦化帶展布與區域構造線方向一致，北西西—南東東向。礦化帶的分布見圖1，礦化帶特征見表1。

圖1 丹鳳北部晶質石墨礦化帶分布圖

表1 丹鳳北部晶質石墨礦化帶特征

2.2 礦石質量特征

2.2.1 礦物特征

礦石礦物為石墨，顏色呈銀灰色、灰黑色，多呈聚晶或連晶，鱗片長軸定向，略平行層理或片麻理方向產出，局部富集呈條帶狀或條紋狀。石墨鱗片質軟，手摸有滑感，污手，錘擊具明顯鋼灰色痕跡。

2.2.2 礦石結構構造

礦石結構為鱗片粒狀變晶結構。礦石構造為層狀構造、片麻狀構造、片狀構造、塊狀構造、條帶狀構造等。

2.2.3 礦石類型

礦石類型主要為石墨大理巖，次為石墨片麻巖、石墨片巖，少量石墨變粒巖。

(1)石墨大理巖：鋼灰色—黑色，錘擊具明顯的銀灰色擦痕，鱗片粒狀變晶結構，薄層狀構造，石墨鱗片以填隙方式雜亂生長于方解石礦物顆粒之間。主要礦物組成為方解石、石墨、透輝石、石英、長石，其次為少量白云母、絹云母及粘土礦物、金屬礦物等。其中方解石含量為40%～70%，石墨含量為10%～20%，石英含量為3%～7%，長石含量為5%～15%，透輝石含量為10%～20%。石墨呈粗大的鱗片狀，雜亂式生長于方解石礦物顆粒之間。

(2)石墨片麻巖：灰黑色—黑色，錘擊具有極明顯的銀灰色條痕，手搓表面光滑污手嚴重，鱗片粒狀變晶結構，片麻狀構造。礦物組成主要為斜長石、石英、黑云母等，其次為石墨、白云母，另含少量金紅石、金屬礦物(褐鐵礦、赤鐵礦等)和微量副礦物。其中長石含量為25%～40%，石英含量為20%～30%，黑云母含量為15%～25%，石墨含量為10%～30%。石墨呈片狀，長軸平行層理方向，斷續定向排列，集合體呈稠密浸染狀，沿片麻理方向定向生長。

(3)石墨片巖：黑色，沿片理方向手搓表面具有明顯的滑膩感，污手嚴重，鱗片狀粒狀變晶結構，片狀構造。主要礦物組成為石英、白云母、石墨、矽線石，其次為少量矽線石、高嶺石及蝕變長石碎屑、金屬礦物(褐鐵礦)、金紅石及少量粘土礦物。其中石英含量為40%～70%，白云母含量為10%～40%，矽線石含量為3%～7%，石墨含量為10%～20%。原石墨定向排列十分明顯，沿片理方向呈平行的條帶狀生長。

(4)石墨變粒巖：鱗片花崗變晶結構，粒狀變晶結構，變斑狀構造，平行構造、片狀構造及塊狀構造。石墨一般含量為8%～20%，脈石礦物主要有石英(50%～80%)、長石(5%～20%)，次要有黑云母(1%～3%)等。石墨呈晶質、鱗片狀，自形—半自形及他形鱗片狀，較均勻的分布于石英或石英和長石粒間，多定向或在石英顆粒間雜亂分布。部分石墨形成集合體呈透鏡狀聚斑，石墨片晶之間往往夾有少量綠泥石、硅線石、高嶺石，鱗片中常有石英、褐鐵礦包體。若受構造作用，石墨鱗片常呈波狀彎曲，產生裂紋或泥化，而成為土狀石墨與褐鐵礦混染分布于整個礦石中。

2.2.4 化學成分

礦石的化學成分主要為固定碳、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO。隨著石墨含量的增加，礦石中SiO2、CaO、MgO、SO3含量大致減小，其他元素無明顯的變化規律。礦石中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、S、P2O5等對石墨精礦提純、深加工的有害組分含量均較低。

2.2.5 石墨片度

石墨鱗片片度＞80目者占到81.18%，區內石墨礦以大鱗片石墨為主。

3 礦床成因分析

秦嶺群雁嶺溝巖組原巖為砂泥質、半粘土質粘土巖，富碳泥灰巖及富鋁碳酸鹽系列，反映了一個淺海沉積環境，其碳質來源于微體生物和低級形態生物有機質碳。雁嶺溝巖組地層變質程度較高，達到高角閃巖相，含有機碳的巖石，經過區域變質作用，有機碳重結晶形成晶質石墨，并且石墨晶體增大，形成了具有工業品位的石墨礦體。分析認為該區石墨礦床屬區域變質型。

(1)成礦地質背景。

中國區域變質型石墨礦主要分布在古老地臺、地塊周緣[5]，華北地臺南緣分布有河南背孜[6]、西安驪山[7]、陜西丹鳳庾家河[8-9]等一系列石墨礦床。

(2)沉積作用。

成礦原巖是在濱淺海沉積環境下的一套生物活動強烈的海相陸源沉積建造，還原條件良好，有機質豐富，為石墨成礦提供了最初的物源[10]。礦床基本上受沉積因素控制，因原巖具有一定沉積層位，石墨礦體具有層控特征。沉積作用主要發生在古元古代。通過對丹鳳北部已發現的晶質石墨礦進行統計，賦礦層位主要為古元古界秦嶺群雁嶺溝組b巖段第二、四、六巖性層，嚴格受層位控制，巖性組合以石墨大理巖、石墨片麻巖、石墨黑云斜長片麻巖、石墨石英片巖等為主。

(3)區域變質作用。

雁嶺溝組地層發生區域動力熱流變質作用，形成以晶質石墨、矽線石為特征的高角閃巖相變質，原巖中的有機質在還原條件下發生一系列的分解反應[3]、脫氧、脫氫反應，碳質組分發生自組織作用和重結晶作用[11]并相對集中，結晶成鱗片狀石墨，形成具工業品位的石墨礦體[5]。區域變質過程主要發生在呂梁期—加里東期。石墨品位的高低及其分布由原生的沉積條件與古地理環境及區域變質作用多重控制。

(4)混合巖化作用。

本區在加里東—海西期，巖漿活動強烈，花崗巖順層侵入，并且伴隨構造加壓與地熱遞增，雁嶺溝巖組普遍發生混合巖化作用，主要表現為重結晶、局部重熔和交代作用。在此作用過程中，部分組分發生運移和聚集，長石和石英等造巖礦物發生偉晶化[12]，石墨礦層發生疊加改造，部分石墨再度發生重結晶，提高了石墨鱗片的片度和礦石質量[6，13]，特別是巖脈周圍及其附近部位[3，11]，甚至形成石墨脈(脈內石墨鱗片片度較大)。

(5)碳質來源分析。

穩定碳同位素重分析δC13PDB為 -12.34‰～-13.89‰[14]，分析認為石墨中碳質來源于微古生物，屬有機碳。蜉蝣藻類在元古代陸間海或陸源海濱帶繁衍、聚集、埋藏，導致導致碳質富集，在長期變質作用下，碳質集中結晶形成了石墨[15]。