佛坪袁家庄晶质石墨矿区地质特征及成矿条件浅析

张 诜，刘锦兴，左 猫，邓书榕，党顺安

（1.咸阳西北有色七一二总队有限公司，陕西 咸阳 712000；2.明市东川金水矿业有限责任公司，云南 昆明 654100；3.根河市森鑫矿业开发有限责任公司，内蒙古 根河 022357）

随着现代科学技术和工业的发展，石墨在冶金、铸造、电气、机械、化工、航天等多领域不断发展，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。佛坪袁家庄位于陕西省汉中市佛坪县袁家庄镇。

1 区域地质概况

该区地处东西秦岭结合部位，是中央造山系与贺兰—龙门—川滇南北构造带的交接点，同时也是华北板块和扬子板块挤压作用最为强烈的地区之一。

地层单元属扬子地层区南秦岭分区徽县—旬阳地层分区，区内出露地层有中泥盆统池沟组(D2c)、中泥盆统青石垭组(D2q)、中泥盆统桐峪寺组(D2tn)、中泥盆系古道岭组(D2g)、中泥盆系星红铺组(D3x)、志留系(S)、第四系（Q）。

矿区遭受了多期、多层次构造作用的改造，构造变形复杂，主体构造特征为南北向挤压作用形成的一系列东西向展布的褶皱构造(见图1)。

该区岩浆活动强烈，岩浆活动主要以侵入岩为主，主要有华力西期黑云母闪长岩，印支期的花岗岩、伟晶岩。

区域内矿产较丰富，主要矿产有：稀有、稀土矿（化）点、金矿点、石墨矿床、刚玉矿点、水晶矿点、大理矿点、白云母矿、石英矿、石冰洲石矿点、花岗岩矿等。

2 矿区地质特征

工作区地处南秦岭造山带中部。北与北秦岭造山带相邻，南与扬子地块相接。区内地质构造复杂，岩浆活动强烈，主体构造以龙草坪、佛坪县城为中心位置上出露的两个片麻岩穹窿构造，其核部为佛坪岩群片麻岩套(Ar3F)，属南秦岭造山带的结晶基底；其上盖层则发育一套从震旦—石炭系的变质岩系。佛坪古陆北侧被五龙岩体环绕，与岩体北侧接触的为一套下古生代地层，接触带角岩化比较发育。

2.1 地层

矿区内出露地层主要为上太古界佛坪岩群(Ar3F)、中新元古界长角坝岩群(Pt2-3C)等。

上太古界佛坪岩群(Ar3F)，矿区中东部有少量零星分布。该岩群主要岩性为黑云母斜长片麻岩、含刚玉黑云斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩，此外还有少量矽线石榴黑云斜长片麻岩、方柱石黑云斜长片麻岩等，岩石中含有大量的富铝矿物。

中新元古界长角坝岩群(Pt2-3C)根据其岩石学特征从下向上依次分为低庄沟岩组(Pt2-3CD)、黑龙潭岩组(Pt2-3CH)和沙坝岩组(Pt2-3CS)三个岩组。

低庄沟岩组(Pt2-3CD)，岩性以黑云石英片岩、黑云斜长片岩、黑云母变粒岩、黑云斜长片麻岩及钙质片岩为主，在工作区常夹有薄层大理岩条带或透镜体，是晶质石墨矿的主要赋矿层位。

黑龙潭岩组(Pt2-3CH)，岩性以石英岩、含石墨石英岩、含云母石英岩及石英片岩为主。总体呈粒状变晶结构，块状—条带状构造。该层是石墨矿的主要赋存层位。

沙坝岩组(Pt2-3CS)，主要岩性为白色含透辉石结晶大理岩、含石墨大理岩。该层也是石墨矿的主要赋矿层位。

2.2 构造

矿区构造位于佛坪穹窿的南半部，由于多期次构造、岩浆热液事件的改造形成了现今的复杂构造格局。矿区内褶皱、断裂发育。

矿区内褶皱构造以杨家坝背斜为主，核部为推覆构造作用出露的佛坪岩群，两翼依次为黑龙潭岩组、沙坝岩组。总体为轴面南倾的同斜褶皱。两翼产状201°∠30°～40°，西部被岩体及脆性断裂侵吞切割。东部延伸出矿区。

断裂构造以杨家坝推覆构造为主，长约3km，宽数米至数百米不等，由三条推覆构造组成。构造面产状160°～250°∠30°～60°不等。构造西部被脆性断层切割，东部延伸出矿区。

矿区内韧性—韧脆性剪切带，呈NWW-SEE向展布。主要表现为发育强烈的片理化构造带，构造带数条平行断层组成。宽约25m 左右。弱变形域由大理岩、灰质大理岩、黑云石英片岩团块和透镜体组成。强变形域主要为黑云石英片岩，其中发育长英质分泌脉褶皱、无根褶皱、豆荚状褶皱、尖棱顶厚褶皱等。

矿区内脆性断层总体为NW 向，规模较大。工作区主要有油坊沟断裂(F1)、金家坪断裂(F2)、彭家沟断裂(F3)和核桃坪断裂(F4)四条，四条断裂产状相近延伸普遍大于20km，最长延伸60km,宽2～20m，断层产状200°～230°∠60°～75°，断层性质均为逆断层。

2.3 岩浆岩

工作区岩浆活动剧烈，出露面积较大，主要为古生代侵入岩，其次零星分布有中生代、晚太古代及元古代侵入岩：元古代侵入岩主要为碗牛坝侵入体(Wηγ)；古生代侵入岩：猫耳梁单元(PM)、岳坝单元(PY)、栗子坝单元(PL)和郭家坝单元(PG)；中生代侵入岩：五龙超单元组合的石板沟单元(TS)和木河单元(TM)。另外还有零星分布的花岗伟晶岩脉。

2.4 变质作用及围岩蚀变

区域内所有地层和岩石均遭不同程度的变质作用，变质程度较深，可达绿片岩相—低角闪岩相。主变质期属华力西—印支期。变质类型主要为区域变质，岩石类型有片麻岩、片岩、石英岩、大理岩等。热液蚀变发育，主要分布于岩体与围岩接触带上，矿化蚀变带热液蚀变也较明显,蚀变类型为炭化、硅化、绿泥石化、黑云母化、黄铁矿化、铁碳酸盐化等。

3 矿体（层）地质特征

3.1 矿体（层）特征

通过预普查工作，矿区内共圈出数层石墨矿体，矿体受地层控制。其中Ⅱ、Ⅲ号石墨矿层工程控制程度较高，矿层延伸较远，呈层状、似层状产出于中新元古界长角坝岩群地层中。

Ⅱ号矿层出露于矿区中部，产于沙坝岩组含石墨大理岩地层中，产状为：倾向185°～224°，倾角41°～78°，呈层状、似层状、透镜状产出，地表控制工程自西向东有TC72、TC64、TC56、TC48-1、TC36、TC16、TC7-2、TC19、TC47，深部控制工程有 ZK6401、ZK2801、ZK1901。地表控制长度3060m，倾向延深控制最大390m，厚度2.02～11.46m，平均4.14m，厚度变化系数72%。品位2.04%～4.93%，平均3.26%，品位变化系数29%，厚度变化不稳定，品位变化稳定，属较稳定型。矿体赋存标高706～1252m。

Ⅲ号矿层出露于矿区中南部，产于低庄沟岩组含黑云石英片岩、黑云斜长片岩、黑云母变粒岩、黑云斜长片麻岩及钙质片岩地层中，产状为：倾向175°～225°，倾角40°～80°，呈层状、似层状、透镜状产出，地表控制工程自西向东有TC1、TC8、TC0、TC7、TC36、BT05、TC31、TC47- 1、TC79、TC2，深 部 控 制 工 程 有ZK001。地表控制长度2720m，倾向延深控制最大140m，厚度2.08～8.36m，平均3.31m，厚度变化系数68%。品位2.19%～7.78%，平均3.33%，品位变化系数40%，厚度变化较稳定，品位变化稳定，属较稳定型。矿体赋存标高1053～1250m。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石矿物成分

矿石矿物主要为晶质石墨，另有少量黄铁矿、褐铁矿等，脉石矿物主要为斜长石、黑云母、石英等，含微量榍石、辉石、角闪石、石榴子石、磷灰石等。

主要矿物赋存特征：

石墨：多以单矿物赋存于矿石中，呈银灰色，晶质鳞片状，多呈单晶，部分呈集合体状沿片麻理分布。单晶片径一般0.287～0.589mm，最大1.81mm。石墨鳞片手摸有滑感，污手。见石墨矿物赋存特征图2～图7。

黄铁矿：地表矿石与深部钻孔原生矿石中均有分布，多呈细粒星散状少量分布，集合体呈条带状定向分布于岩石内部空隙之间。半自形粒状，粒径在（0.05mm×0.05mm）～（0.20mm×0.20mm）之间。

褐铁矿：多呈细脉状、条带状分布于黄铁矿边缘及岩石空隙内部，部分褐铁矿与黄铁矿接触面附近存在交代作用。

斜长石：他形粒状，粒度粒度分布在（0.20mm×0.30mm）～（0.30mm×1.20mm）区间，少部分颗粒内部可见聚片双晶，局部发生轻微泥化、绢云母化、钠长石化。

黑云母：呈片状，薄片下呈绿—棕色，片径分布在0.10～0.30mm之间，定向排列明显。

石英：呈他形粒状，具有粒状变晶的特征，颗粒之间结合紧密，粒度分布在（0.10mm×0.20mm）～（0.40mm×1.30mm）这个区间，大部分颗粒被拉长，部分颗粒内部可见变形纹和波状消光现象。

3.2.2 矿石化学成分

矿区矿石主要化学成分：C 4.96%～5.87%，SiO2 43.35% ～70.99% ，Al2O3 6.88% ～17.74% ,Fe2O3 2.07% ～4.23% ,CaO 7.03% ～7.85% ,MgO 0.86% ～1.57%。石墨矿中各组分变化规律不明显，反映了矿床内部矿石分布的随机性（表1）。

表1 化学多元素分析成果表[ω(B)(10-2)]

3.2.3 矿石结构构造

矿石结构多为鳞片状、星点状粒状变晶结构，块状、条带状构造，矿石中石墨多沿片麻理分布。

3.3 矿石类型

矿区石墨矿多呈鳞片状，粒度0.01～1.651mm，石墨粒度以大于50目主，占有率为60.75%，其次为80～50目，占36.30%，再次为小于100 目，占11.02%，而100～80目占有率最小，占有率为5.42%（表2）。大于100目石墨颗粒占比89.98%，属优质晶质石墨矿体，含矿岩石为石墨矿化黑云斜长片麻岩，属片麻岩型晶质石墨矿。

石墨矿化黑云斜长片麻岩：灰—灰黑色，细粒鳞片变晶结构，片麻状构造。主要矿物成分：石墨、斜长石、黑云母、石英，岩石中绿泥石化、绿帘石化、硅化明显，石墨多呈鳞片状沿片麻理分布，片径0.1～1.5mm。石墨矿多呈灰—银灰色，有滑感，污手。斜长石他形粒状，少部分颗粒内部可见聚片双晶。黑云母呈片状，薄片下呈绿—棕色，定向排列明显。

石英呈他形粒状，具有粒状变晶的特征，颗粒之间结合紧密，部分颗粒内部可见变形纹和波状消光现象。

3.4 矿体（层）围岩与夹石

矿体围岩为黑云斜长片麻岩、含石墨大理岩。黑云斜长片麻岩与矿体界限不清，肉眼以岩石中是否含有石墨与矿体区分，主要依靠化学分析成果确定。含石墨大理岩与矿体界限明显，产状总体南倾，倾向变化较大，倾角与矿体倾角相近。围岩固定碳含量一般1.0%。

矿体中的夹石多呈薄层状、似层状，无明显规律。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

矿区位于华南板块秦岭褶皱系南秦岭褶皱带，经历了多期造山运动和岩浆热液事件，遭受了多期构造岩浆活动，为成矿作用奠定了有利基础。经预普查工作发现，矿体有一定的层位，矿体产状与黑云斜长片麻岩产状近乎一直，呈层状、似层状、透镜状，长度延伸最长可达千米以上，每个矿层一般有多条近乎平行的矿体组成，各个矿体矿体特征相近，矿体近矿围岩多见（薄）层状石墨矿化大理岩出露，多与矿体呈互层状分布。

矿床的炭质来源于原始沉积物的有机质（曹芳芳等，2012）。石墨矿的成矿作用，多发生在区域变质及热液作用下，受温度和压力影响，原岩中的有机碳发生重结晶作用形成鳞片状晶质碳。持续的区域变质作用是形成鳞片状晶质石墨矿的主要成矿因素。

综之，该矿区石墨矿床成因为区域变质矿床。

4.2 找矿标志

中新元古界长角坝岩群(Pt2-3C)地层是该区石墨矿赋存层位，主要含矿岩性为石墨矿化黑云斜长片麻岩，矿体边部见（薄）层状大理岩，石墨矿呈黑—银灰色，有滑感、污手等特点可直接指示石墨矿的存在。

5 结论

（1）佛坪袁家庄石墨矿自北向南已发现3 个矿带，Ⅰ号矿带分布于矿区北部杨家坝一带（由于该矿带大部分被高铁压覆区覆盖，且控制工程较少，本文中并未提及）。Ⅱ号矿带分布于矿区中部，产于沙坝岩组含地层中，Ⅲ号矿带分布于矿区中南部，产于低庄沟岩组地层中。

（2）该矿区石墨矿赋存于中新元古界长角坝岩群(Pt2-3C)，受地层层位控制，产状与片麻岩产状一致，矿体呈层状、似层状、透镜状产出，矿体长度约2720～3060m,倾向最大控制深度140～390m，厚度2.02～11.46m，品位2.04%～7.78%；矿石类型为麻岩型晶质石墨矿；矿床成因类型为区域变质矿床。

（3）工作区地处南秦岭造山带中部，经历了多期造山运动和岩浆热液事件，遭受了多期构造岩浆活动，为成矿作用奠定了有利基础。工作中发现，在已圈定三条石墨矿带两侧均存在大量石墨小矿体，由于工作量限制，并未施工工程对其进行控制分析，沿现有主矿体两侧具有良好的找矿前景，预计有大型晶质石墨矿床的赋存。