河南省舞钢市杨树湾石墨矿床地质特征及找矿方向

赵晓晓，陈少伟，李艳艳，张渐渐，许波

(1.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队， 河南 郑州 450016； 2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心， 河南 郑州 450016)

0 引言

矿区处在舞阳铁矿田及灵宝—鲁山—舞阳太华群石墨成矿带东端，以往勘查重点主要为铁矿，由于区内石墨含矿岩系出露较差，石墨矿勘查工作未受到重视。2010—2013年，河南省有色四队在该区进行舞阳铁矿田深部铁矿普查工作中，在多个钻孔中发现较大厚度的含石墨片麻岩。随后在杨树湾矿区开展石墨矿普查工作，圈出2个石墨矿体，估算石墨资源量122.20万吨，固定碳平均品位3.81%，在舞钢地区首次查明一处石墨矿产地，达到大型规模(张燕赞等，2019①)。本文总结了舞钢地区石墨矿地质特征和找矿标志，为下一步寻找同类矿产的找矿工作提出建议。

1 区域地质背景

研究区位于华北地台南缘，三门峡—确山断裂的北侧，灵宝—鲁山—舞阳铁矿、太华群石墨矿成矿带的东端(图1a)(胡受奚，1988；罗铭玖，2000；薛天闯等，2016；颜玲亚等，2018；于吉林等，2019)。

图1 豫西构造纲要图(a)和鲁山—舞钢一带地质简图(b据许令兵等，2019修改)1—始新统陈宅沟组；2—二叠系山西组；3—石炭系太原组、本溪组；4—寒武系馒头组；5—中元古界熊耳群、汝阳群；6—新太古界太华群；7—花岗岩；8—断裂构造；9—矿区位置

区域地层区划属华北地层区，豫西分区，渑池—确山地层小区(王志宏，2000)，区内的新太古界太华群为一套中深变质的片岩、片麻岩建造，是区内沉积变质型铁矿和石墨矿的赋矿层位(李怀乾和张瑜麟，2011；王伟中等，2015；宋鹏等，2017；贾兴杰等，2018；许令兵等，2019；蒋芹等，2020)，盖层岩系多被第四系覆盖，出露地层多为中元古界熊耳群、汝阳群，寒武系馒头组，石炭系太原组、本溪组，二叠系山西组。断裂呈网格状纵横交错，断层倾角多数大于60°。总体发育NW、NE和SN向三组(图1b)，与石墨成矿相关的断裂主要为NW向断裂，其控制着太华群含矿地层的展布(王凤茹和薛基强，2010)。区域新太古界地层经历了较强的区域变质作用，其它地层为无明显变质或浅变质的沉积岩地层，基本没有受到区域变质作用的影响。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露地层有新太古界太华群铁山庙组和杨树湾组、中元古界熊耳群和汝阳群云梦山组及新生界第四系(图2)，其中太华群杨树湾组为石墨矿的含矿层位。

图2 杨树湾石墨矿区地质简图1—第四系；2—中元古界汝阳群云梦山组；3—中元古界熊耳群；4—新太古界太华群杨树湾组；5—新太古界太华群铁山庙组；6—矿体地表露头；7—地质界线；8—勘探线及编号；9—产状；10—钻孔及编号；11—探槽位置

太华群铁山庙组：为一套中深变质岩系。地层产状200°～220°∠40°～50°。主要岩性为黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩；中部为含铁岩系，主要由条带状磁铁石英岩、磁铁矿层及少量黑云角闪斜长片麻岩组成。

太华群杨树湾组：杨树湾组地层北部大部分被第四系覆盖，与下伏地层铁山庙组地层呈整合接触；杨树湾组出露地层南部与上覆地层中元古界熊耳群或云梦山组呈角度不整合接触，地层产状200°～220°∠40°～50°。该组岩性为一套局部含石墨的中深变质岩系，自下而上可分为三段，其中二段为本区石墨矿的赋矿地层。一段以石榴子石的出现为主要标志，主要岩性为含石榴角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩，局部有弱混合岩化；二段岩性较为简单，为含石墨(黑云)斜长片麻岩、含石墨钾长片麻岩、含石墨(透辉)大理岩，该段为矿区石墨矿的赋矿层位，局部富集形成工业石墨矿体；三段岩性主要为黑云角闪斜长片麻岩、金云斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩。

熊耳群：分布在矿区的西南部，岩性主要为紫红色安山岩、杏仁状安山岩、安山玢岩，夹有紫灰色安山质凝灰岩，局部见有底砾岩。

汝阳群云梦山组：与下伏地层杨树湾组呈角度不整合接触，地层产状167°～192°∠19°～24°。下段以灰白色含砾石英砂岩与硅质砾石互层为主要特征；中段以肉红色、灰白色中厚层状细粒石英砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层为特征；上段主要由浅紫红色—薄层状中粒长石石英砂岩夹紫红色厚层泥岩组成。

2.2 构造

矿区位于华北地台南缘，三门峡—确山断裂的北侧。矿区外南部地表见有一条NE向正断裂，深部无工程控制。该断裂延长为2～3 km，宽度约 1 km，倾向NW，倾角为65°～80°，对地层的破坏较大，但未对矿区内石墨矿体造成影响。矿区内地层总体呈单斜构造。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆侵入活动较弱，以中酸性火山浅成侵入岩为主。中性火山岩以熊耳群喷出火山岩为主，主要岩性为紫红色安山岩、杏仁状安山岩、安山玢岩夹紫灰色安山质凝灰岩，局部见有底砾岩；酸性火山岩为二长斑岩，钻孔ZK0600、ZK1000均有见到，局部对石墨矿体有一定的穿插影响。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

区内石墨矿体赋存于太华群杨树湾组地层二段，矿体呈层状、似层状产出，矿体产状与地层大致平行，倾向200°～220°，倾角40°～50°。矿体顶板岩性主要为黑云角闪斜长片麻岩、金云斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、含石墨黑云斜长片麻岩等，局部为石英砂岩；底板岩性主要为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、含石榴子石角闪斜长片麻岩、含石墨斜长角闪片麻岩等；含矿岩系岩性主要为含石墨(黑云)斜长片麻岩，仅个别工程见含石墨(透辉)大理岩、含石墨钾长片麻岩等。本次工作共圈定Ⅰ号、Ⅱ号2个矿体(表1)，其中Ⅰ号矿体为主要矿体，估算石墨矿物资源量占区内总资源量的99.69%。

表1 杨树湾矿区石墨矿体特征一览表

Ⅰ号矿体位于矿区西南部，矿体西北部局部出露于地表；东部、西南部多被云梦山组覆盖，矿体向北西延伸至矿区外。矿体沿走向长1020～1610 m、斜深371～671 m、埋深0～620 m，单工程见矿累计真厚0.89～70.71 m，平均24.30 m，矿体沿倾向最大延深523 m，赋存标高-314.56～195.86 m(图3)。矿体单样品位2.00%～7.84%，平均品位3.81%，品位变化系数为22.9%。矿体呈层状、似层状分布，产状总体变化不大，倾向200°～220°，倾角40°～50°，矿体浅部沿走向略显波状，自东南至西北逐渐变厚。矿体与顶底板围岩无明显界线，具有分支复合现象，局部含有1～3层夹石，中西部被后期侵入二长斑岩岩脉穿插，矿体形态属较规则型。

图3 杨树湾矿区06线(a)、10线(b)剖面图1—第四系；2—中元古界汝阳群云梦山组；3—中元古界熊耳群；4—新太古界太华群杨树湾组；5—钻孔及编号；6—孔深；7—石墨矿体及编号

Ⅱ号矿体位于Ⅰ号矿体下方，规模极小，仅单工程ZK1004控制该矿体真厚1.49 m，固定碳品位4.13%。矿体沿走向长约398 m，斜深336 m，赋存标高-331.29～-91.43 m，埋深383～640.12 m。

3.2 矿石质量

矿石的含矿岩石以含石墨黑云斜长片麻岩为主，少量含石墨(透辉)大理岩，石墨属于大鳞片石墨矿石矿。因此，矿区矿石类型主要为片麻岩型晶质石墨矿石，少量为(透辉)大理岩型晶质石墨矿石。

(1)矿石矿物成分：矿石的自然类型主要为含石墨黑云斜长片麻岩型，少量含石墨(透辉)大理岩型(图4)。

含石墨黑云斜长片麻岩型：矿石的矿石矿物为石墨(2%～6%)；脉石矿物主要有斜长石45%～50%、石英15%～20%、黑云母5%～10%、钾长石5%～8%、少量黄铁矿等；含微量锆石、磷灰石、金云母、石榴子石、绿泥石等；次生矿物有绢云母、碳酸盐、白云母。

含石墨(透辉)大理岩型：脉石矿物主要是方解石55%～65%、透辉石15%～20%；其次为钾长石4%～6%、石墨4%～6%、方柱石1%及少量金云母；含微量锡石、磷灰石。石墨呈鳞片状，粒径 0.02～1.2 mm，黑色不透明，鳞片弯曲。本类型矿石仅在钻孔ZK1003和ZKS0000中存在。

(2)矿石结构、构造：含石墨黑云斜长片麻岩型矿石受动力变质作用，裂隙发育，纵横交错，缝隙中充填碳酸盐、绿泥石等次生矿物，但原岩结构构造尚可辨认，具鳞片粒状变晶结构，片麻状构造、网脉状构造；含石墨(透辉)大理岩型矿石具粒柱状变晶结构，块状构造。

根据岩矿鉴定结果，据石墨与脉石矿物的关系及赋存状态，其结构主要为鳞片变晶结构、聚片镶嵌结构、包体结构；构造主要为网脉状构造(图5)。

图5 石墨嵌布特征(光片)(×1000倍)a—鳞片变晶结构；b—聚片镶嵌结构；c—包体结构；d—网脉状构造矿物缩写：Gr—石墨

(3)矿石化学成分：根据化学全分析结果(表2)，各主要化学成分含量如下：固定碳3.16%～5.91%、SiO258.1%～62.7%、Al2O312.2%～17.1%、Fe2O310.7%～15.0%、CaO 0.55%～6.24%、MgO 0.64%～5.98%、K2O 2.25%～8.34%。矿石中的有害组分为Fe(Fe2O3+FeO)、S，其含量分别为13.06%～20.17%、0.15%～5.63%，其他元素含量较低，综合利用价值不大。

表2 杨树湾矿区矿石化学全分析结果表

(4)石墨片度特征：本次采集了50件样品分两批次进行了石墨片度分析，具体分析结果见表3、表4。

表3 第一批石墨片度分析结果表

表4 第二批石墨片度分析结果表

由表3、表4可知：两批次石墨鳞片粒径+100目(粒径0.15 mm以上)，平均含量分别为91.77%和93.28%，两次平均92.5%，仅有约7.5%的石墨属细小晶质鳞片。本区石墨属于大鳞片石墨矿石矿。

4 讨论

4.1 控矿因素

(1)地层控矿：区内石墨矿均产出于新太古界太华群杨树湾组地层中，杨树湾组的含石墨片麻岩、含石墨(透辉)大理岩、含石墨钾长片麻岩是石墨矿的主要含矿岩性。从原岩建造和沉积环境分析，杨树湾组原岩为碳质泥质粉砂岩、砂质黏土岩—含碳质泥质灰岩—含碳质泥质碳酸盐岩组合，杨树湾组地层中含碳原岩建造严格控制了研究区石墨矿的产出。

(2)构造控矿：舞钢地区断裂构造发育，其中与区域构造线方向一致的NW向断裂控制着太华群含矿地层的分布，研究区石墨矿体整体呈NW—SE向顺地层产出，走向与区域主构造线一致，区域构造控制了石墨矿体的走向产出特征。

(3)变质作用控矿：鲁山—舞阳地区石墨矿床类型为区域沉积变质型，区域变质作用是石墨矿物形成的决定性因素(李山坡等，2009；李超等，2015；王力等，2017；王纪平等，2019；许令兵等，2019)。鲁山一舞阳地区变质作用温度为620～625 ℃，压力小于4×108Pa，属低压相系高角闪岩相(涂绍雄，1984)，在持续高温和压力的区域变质作用下，使矿源层中的碳物质转变为应力矿物石墨，并在适宜的成矿地质条件下，富集为具有工业价值的石墨矿床。

4.2 找矿标志

(1)含矿岩组盖层标志：杨树湾组盖层为熊耳群安山岩、云梦山组的长石石英砂岩。通过对盖层的正确定位，即可推断出杨树湾组地层分布范围。

(2)岩石组合标志：杨树湾组含矿岩系岩石组合简单，顶板普遍存在稳定的黑(金)云片麻岩层，底板多为含石榴子石角闪斜长片麻岩，不具明显的混合岩化。

(3)含矿岩系重要矿物标志：杨树湾组二段含矿岩层中普遍含石墨，石墨可作为直接找矿标志。

(4)构造标志：盖层云梦山组地层和赋矿层位杨树湾组地层呈角度不整合接触。根据上述盖层地层的厚度及角度不整合接触的位置，即可大致确定盖层与含矿层之间的距离。

4.3 找矿方向及建议

(1)矿区杨树湾组与鲁山地区的水底沟组为同一地层(汪校锋等，2015)，具有优越的成矿地质条件，但该地层在叶县—舞钢地区多被覆盖，杨树湾石墨矿床的查明，可带动该区石墨矿的找矿工作，后续要特别注重隐伏石墨矿的寻找。

(2)根据钻孔见矿情况，矿体沿走向及倾向均稳定产出，因此，矿体深部仍有较大的找矿空间，亦可继续沿走向向矿区外围追寻隐伏矿体。

(3)根据区域资料，在矿区西北部的叶县辛店一带有杨树湾含矿岩系出露，是寻找石墨矿的有利地段。

(4)以往在矿区及外围的铁矿勘查中开展了较多钻探工作，往往忽略了石墨矿的勘查，可充分利用以往钻孔资料，为石墨矿的寻找提供线索。

5 结论

(1)通过杨树湾石墨矿床的勘查，在舞钢地区首次提交1处大型优质石墨矿，矿区共圈出2个石墨矿体，矿体赋存于新太古界太华群杨树湾组二段，呈层状、似层状顺地层产出，平均品位3.81%～4.13%，厚度1.49～24.20 m，矿石类型以片麻岩型为主，深部少量为(透辉)大理岩型。

(2)区域构造和太华群杨树湾组控制着石墨矿层的分布，矿区内石墨矿体向两端和深部均稳定延伸，已知矿体的深部和覆盖区仍有较大的找矿空间，矿区外围含矿岩组盖层和含矿岩系出露地段是区域石墨矿的找矿方向。

注 释

① 张燕赞,王云鹏,方冬林等. 2019. 河南省舞钢市杨树湾石墨矿普查报告[R]. 郑州: 河南省有色金属地质矿产局第四地质大队.