河南淅川县徐家湾-李家营石墨矿床地质特征及成因探讨

赖群生

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，郑州 450000）

河南淅川县徐家湾-李家营石墨矿床地质特征及成因探讨

赖群生

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，郑州 450000）

徐家湾-李家营石墨矿位于秦岭造山带东段南支，木家垭-内乡断裂与淅川断裂之间的小陡岭-老灌河石墨成矿带的东端。通过预查工作，在矿区内古元古界大沟岩组中圈定出10个石墨矿体，矿体呈层状且大致平行，产状与地层一致，沿走向和倾向局部有分枝复合现象，矿床规模大型。矿石的自然类型为石墨斜长片麻岩型和石墨石英片岩型，工业类型为需选矿细鳞片晶质石墨矿。矿床成因类型为沉积变质矿床，并具有后期构造、混合岩化和岩浆热液叠加富集特征。

石墨矿；地质特征；成因；徐家湾-李家营

徐家湾-李家营石墨矿位于河南省淅川县毛堂乡境内，地处淅川县小陡岭-老灌河石墨成矿带的东端，是一个大型晶质石墨矿床。对该成矿带石墨矿床成因类型的研究，以往地质工作者仅做过初步探讨［1-2］。本文在预查工作的基础上，总结了该矿的地质特征，并根据矿石及围岩的岩石化学数据分析整理，结合野外地质情况，对该石墨矿床的成因进行探讨。

1 区域地质背景

徐家湾-李家营石墨矿位于秦岭造山带东段南支，木家垭-内乡断裂与淅川断裂之间的小陡岭-老灌河石墨成矿带的东端。区域构造线方向总体为北西西向，地层区划属秦岭地层区南秦岭地层分区［3］。

区域内出露的地层有古元古界大沟岩组（Pt1d）、中-新元古界武当岩群上岩段（Pt2-3w2）、新元古界耀岭河岩组下岩段（Pt3y1）和新生界第四系（Q）。大沟岩组：北侧未见底，南侧与武当岩群以韧性剪切带接触，多呈残留体形态产出在侵入体之中。岩性组合可分为两部分：下部为石榴黑云斜长片麻岩、（含石榴）斜长角闪岩、含石榴角闪斜长片麻岩夹石墨石英片岩；上部以（石榴）黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、黑（二）云石英片岩为主，夹绢云石墨片岩、石墨石英片岩，含赤铁硅质岩、石墨斜长片岩等。武当岩群上岩段：北与大沟岩组及变质侵入体以韧性剪切带接触，南与耀岭河岩组以韧性剪切带接触。岩性主要为变流纹岩、变安山岩、变安山质凝灰岩、变流纹质凝灰岩、变流纹质沉凝灰岩、变安山质沉凝灰岩、变流纹质晶屑凝灰岩，夹变质砾岩、变含砾中粒长石砂岩等。耀岭河岩组下岩段：岩性以变玄武质晶屑凝灰岩、变玄武玢质晶屑凝灰岩、变玄武岩为主，夹变玄武质沉凝灰岩。

区域内构造以断裂为主，以北西西向脆韧-韧性剪切带最为发育，常成束成带发育，具多期活动特征，各类剪切带交织叠加，形成区内网状交织构造格局；由南向北代表性剪切带有淅川断裂、石家营-行山韧性剪切带、大华山-石船山韧性剪切带、安沟-谢家庄韧性剪切带、白龙庙-霸王寨-田关韧性剪切带、内乡-木家垭断裂。北东向和北西向断裂为脆性断裂，规模较小，多表现为扭性；北东向断裂多切穿北西西向断裂。

区域内岩浆活动强烈，具活动期次多、延续时间长、规模大、岩石类型齐全之特征。古元古代侵入岩有灵官垭杂岩、团山寨片麻杂岩、瓦房庄片麻岩体、阁老岭片麻岩体和付子垛片麻岩体；新元古代侵入岩有柿树沟片麻状中细粒闪长岩、甘沟片麻状中粗粒石英闪长岩和封子山片麻状中粒花岗闪长岩；古生代侵入岩有寒武纪鹰爪山片麻状闪长玢岩、泥盆纪边杆岭片麻状石英闪长岩、石炭纪的肖山沟序列和二叠纪霸王寨序列岩石；中生代侵入岩有白垩纪黑沟花岗斑岩-隐爆角砾岩。区内脉岩发育，岩石类型从超基性至酸性皆有出露。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层主体为古元古界大沟岩组，沟谷中零星分布有第四系（图1）。大沟岩组岩性主要为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、石墨石英片岩和石墨斜长片麻岩，局部夹少量的黑云斜长片岩、黑云（二云）石英片岩、斜长角闪片麻岩和大理岩。石墨矿体赋存在石墨石英片岩和石墨斜长片麻岩中。

2.2 构造

矿区内大沟岩组总体以单斜形式产出，走向270～330°，北倾，倾角50～80°；局部近直立或陡南倾，可见开阔褶皱、片麻理波折、紧闭褶皱、片内无根褶皱等。

对矿体影响显著的构造是早期区域变质作用过程中的同变质构造，由于矿体能干性弱，造成在矿体中形成碎裂岩、构造角砾岩、构造透镜体、糜棱岩化岩石，石墨鳞片产生破裂或挠曲；宏观上矿体具流动性，沿走向和倾向局部富集成厚大矿体。成矿期后构造主要表现为北西西向、北北东向两组断层。

北西西向断层表现为三类：一类是分布于中东部规模较大的压扭性断层，长度1.74～3.35 km，宽度5～20 m，倾向10～60°，倾角50～75°；对矿体无影响。第二类为压性顺层断层，分布于矿体或其底板中，长度多小于150 m，宽度0.3～10 m；对矿体总体形态影响小。第三类为走向断层，长度100～200 m，宽度0.5～3 m，倾向35～50°，倾角50～75°；对矿体总体形态影响小。北北东向断层表现为两类：第一类是右旋平移断层，断距5～50 m，第二类是左旋平移断层，断距130 m左右，对矿体连续性有一定影响。

2.3 岩浆岩

矿区内侵入岩较发育，主要有古元古代灵官垭杂岩、新元古代柿树沟闪长岩和甘沟石英闪长岩、泥盆纪边杆岭石英闪长岩，少量二叠纪霸王寨序列中粒似斑状二长花岗岩。脉岩较发育，基性-酸性均有出露，主要有斜长角闪岩脉、辉长辉绿岩脉、花岗岩脉。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

预查工作主要进行了1/10 000地质测量33.8 km2、1/1000勘探线剖面测量20 km、槽探2044 m3、钻探1157.6 m，采集各类测试样品884件等。通过上述工作，在区内圈定10个石墨矿体，规模较大的为K5、K7、K8三个矿体，其资源量占矿区总资源量的76.84%。区内石墨矿体赋存于大沟岩组石墨石英片岩、石墨斜长片麻岩中，呈层状，各矿体大致平行，产状与地层一致，沿走向和倾向局部有分枝复合现象（图2），矿床规模达到大型。主要矿体特征见表1。

3.2 矿石特征

（1）矿石结构构造和矿石类型

矿石结构主要为鳞片变晶结构、鳞片粒状变晶结构、碎裂结构、碎粒结构、糜棱结构等；矿石构造主要为片状构造、片麻状构造、平行构造，局部为流状构造、条带状构造、块状构造等。

K1、K5、K9三个矿体赋存于石墨斜长片麻岩中，其矿石的自然类型为石墨斜长片麻岩型（图3-a）；K2、K3、K4、K6、K7、K8、K10七个矿体赋存于石墨石英片岩中，其矿石的自然类型为石墨石英片岩型（图3-b）。根据矿体平均品位和石墨鳞片片度，本区石墨矿矿石的工业类型为需选矿细鳞片晶质石墨矿。

（2）矿物成分

矿石矿物主要为石墨，含量2%～35%，另有极少量的黄铁矿、褐铁矿等；脉石矿物主要为斜长石、石英、黑云母，少量绢云母、白云母，含微量的金红石、石榴子石、鳞灰石、锆石等。石墨以单矿物形式赋存于矿石中，呈银灰色，晶质鳞片状，多呈单晶，部分呈聚晶或连晶产出，且晶体多有弯曲、挠曲，鳞片长轴定向，多平行片理、片麻理方向，分布较均匀，局部富集呈条带或条纹状。石墨鳞片片度多为0.002×0.02 mm～0.04×0.2 mm，极少数达到0.3 mm；化学成分为C，固定碳含量99.31%，杂质成分主要为Si，少量Al、K。

（3）矿石化学成分

矿区内两种矿石类型的化学成分见表2。从表2可见该区矿石的化学成分具富硅、铝而贫镁的特点，属长英质岩系。

3.3 顶、底板围岩及夹石

矿体的顶、底板围岩及夹石多为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩和花岗岩脉，不含或含极少量的石墨，与矿体界线清晰；少数为含石墨石英片岩和含石墨斜长片麻岩，固定碳含量0.58%～2.99%，与矿体界线过渡。

4 矿床成因探讨

河南省已有两个石墨成矿带，一个是华北地台南缘灵宝-鲁山-舞阳石墨成矿带，一个是秦岭-大别山褶皱系北秦岭朱阳关-柳泉铺石墨成矿带［6-9］。近年来，随着石墨的应用技术不断取得新进展和新突破，其需求量不断增大并被列为国际导向性新材料矿种；随着对南秦岭古元古界大沟岩组认识的加深和对石墨矿勘查的投入，淅川县小陡岭-老灌河成为河南省又一重要石墨成矿带。该成矿带向西延入陕西境内；河南省境内延伸约45 km，由2～3个矿层组成，最多可达7层，单层厚7～159 m，最大厚度525 m［1］。徐家湾-李家营石墨矿区位于该成矿带的东端。

矿区内石墨矿赋存于大沟岩组中，地层岩性主要为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、石墨石英片岩和石墨斜长片麻岩，局部夹黑云斜长片岩、黑云（二云）石英片岩、斜长角闪片麻岩和大理岩；矿区外围的大沟岩组中具较多的斜长角闪岩。矿石及矿体围岩的化学成分见表2，尼格里数见表3。

角闪斜长片麻岩呈层状大面积分布，局部有薄层大理岩夹层，显示副变质岩石组合，原岩为泥灰岩。斜长角闪岩呈透镜状、脉状展布，显示正变质成因，原岩为岛弧拉斑玄武岩及层状碱性偏碱性火山岩［3］。

黑云斜长片麻岩、石墨石英片岩和石墨斜长片麻岩，呈层状大面积分布；副矿物组合主要为磁铁矿、磷灰石、金红石、榍石、钛铁矿、锆石等；锆石晶体呈双锥柱状，晶体内有褐色点状包裹体，锥体和柱体晶棱被熔蚀而浑圆；副矿物组合及锆石形态表明其为副变质成因。

在西蒙南图解（图4）中样品落入砂岩区、粘土岩区；在威尔逊图解（图5）中样品落入粘土岩区、钙质泥质灰岩区；在TiO2-SiO2图解（图6）中样品落入副变质岩的沉积岩区。

在(Al2O3+TiO2)-(SiO2+K2O)-∑i图解（图7）中，样品落入单成分砂岩区、石英岩质砂岩区、复成分砂岩区、岩屑砂岩区、复成分粉砂岩区；在log(Na2O/ K2O)-log(SiO2/Al2O3)图解（图8）中，样品落入杂砂岩区、长石砂岩区。

在K2O-Na2O与构造环境的关系图解（图9）中，样品落入冒地槽砂岩区、断陷地槽砂岩区；利用Al2O3/(K2O+Na2O)统计其成熟度为2.70～4.70，差别较大，说明其沉积物接近物源区。

综上所述，矿区内黑云斜长片麻岩、石墨石英片岩和石墨斜长片麻岩的原岩为活动环境下快速沉积的含碳质杂砂岩和长石砂岩；大沟岩组主体为一套近源快速堆积的含碳质陆源碎屑岩-基性火山沉积岩建造，局部夹少量碳酸盐建造。

矿石中脉石矿物主要为斜长石、石英、黑云母等，石墨呈鳞片状分布于脉石矿物颗粒之间，沿片理、片麻理出现，可见石墨聚集成的条带或条纹等原始层纹构造，说明石墨矿质与地层岩石同时沉积，受地层控制，且明显与含碳质的砂岩密切相关，即含碳原岩建造为石墨成矿的矿源层。

在区域变质作用过程中，含碳原岩建造在温度、压力及H2O、CO2等挥发组分的变化影响下，岩石发生重结晶、重组合及变形作用，改变了矿物组成和结构构造。在变质作用过程中，原岩中碳以重结晶的方式结晶而成鳞片状晶质碳，变质热液促进了石墨的重结晶富集。根据矿物共生组合，结合变质矿物特征、P-T条件研究表明：大沟岩组的变质作用温度为650～700℃，压力0.7～0.81 GPa［3］，属中压相系、高角闪岩相。

后期构造作用及以钾化、硅化为主的混合岩化作用，致使石墨晶片随脉石矿物颗粒增大过程中，亦再生增大，并进一步迁移富集。

后期岩浆热液在岩石中渗透和扩散，产生交代作用和同化作用，使贫矿石变成富矿石，岩矿石中斜长石蚀变为绢云母；长英质岩系的副矿物组合及锆石形态显示与岩浆热液作用有关。

关于碳质来源，陈衍景等［10］认为有机成因和无机成因并存，且不同的岩石类型成因不同：片岩、片麻岩中石墨主要为有机成因，大理岩、混合岩化岩石中石墨为有机和无机的混合成因。徐家湾-李家营石墨矿的矿石类型为石黑石英片岩型和石黑斜长片麻岩型，碳质来源于原岩沉积的有机质，原岩沉积的生物腐殖质在区域变质作用过程中，气化溢出，再结晶成鳞片状石墨，即有机碳成矿。

总之，徐家湾-李家营石墨矿的形成，系在区域变质、混合岩化和岩浆热液作用下成矿。特别是区域变质作用，在还原环境中原岩中有机碳以重结晶方式结晶而成鳞片状晶质碳，形成石墨矿床。含碳沉积建造和区域变质作用是本矿区石墨矿床的主要成矿因素。

5 结语

（1）徐家湾-李家营石墨矿位于秦岭造山带东段南支，木家垭-内乡断裂与淅川断裂之间的小陡岭-老灌河石墨成矿带东端。

（2）矿区内出露的地层主体为古元古界大沟岩组，石墨矿体赋存在石墨石英片岩和石墨斜长片麻岩中。大沟岩组总体以单斜形式产出；对矿体影响显著的构造是早期区域变质作用过程中的同变质构造，成矿期后构造主要表现为北西西向、北北东向两组断层；北西西向断层对矿体无影响或影响小，北北东向断层对矿体连续性有一定影响。

（3）通过预查工作，在矿区内圈定10个石墨矿体，矿体呈层状且大致平行，产状与地层一致，沿走向和倾向局部有分枝复合现象，矿床规模达到大型。矿石的自然类型为石墨斜长片麻岩型和石墨石英片岩型，工业类型为需选矿细鳞片晶质石墨矿。

（4）本区石墨矿床成因类型为沉积变质矿床，并具有后期构造、混合岩化和岩浆热液叠加富集特征；碳质来源于有机碳。

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Discussion on geological characteristics and origin of the Xujiawan-Lijiaying graphite deposit in Xichuan County,Henan province

LAI Qun-sheng

(The First Geological Exploration Institute of Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Zhengzhou 450000,China)

The Xujiawan-lijiaying graphite deposit is located in the southern border of eastern block of the Qinling orogenic belt,between Mujiaya-Neixiang fault and Xichuan fault,and it lies in the eastern end of the Xiaodouling-Laoguanhe graphite metallogenic belt.Through reconnaissance geological work,we found the deposit is with a large scale.It is delineated 10 graphite ore bodies in Paleoproterozoic Dagou group.The ore bodies are layered and roughly parallel with the strata,and appear branching along the trend and tendency.The ore natural type is graphite plagiogneiss and graphite schist,and its industrial type is beneficiation for fine flake graphite ore.The genetic type of the deposit is sedimentary metamorphic,and it is characteristic of the subsequent structure,migmatization and magmatic-hydrothermal superimposed enrichment.

graphite deposit;geological characteristic;origin;Xujiawan-lijiaying

P619.252

A

1672－4135（2017）01－0041-07

2016-10-24

河南省地质勘查基金项目“河南省淅川县徐家湾-李家营一带石墨矿预查（豫国土资发〔2015〕96号）”

赖群生（1968-），男，高级工程师，1989年毕业于中国地质大学（武汉）煤田地质勘查专业，长期从事地质调查和找矿工作，电话13598204348，Email：laiqunsheng@126.com。