河南省舞鋼市楊樹灣石墨礦床地質特征及找礦方向

趙曉曉，陳少偉，李艷艷，張漸漸，許波

(1.河南省有色金屬地質礦產局第五地質大隊， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016)

0 引言

礦區處在舞陽鐵礦田及靈寶—魯山—舞陽太華群石墨成礦帶東端，以往勘查重點主要為鐵礦，由于區內石墨含礦巖系出露較差，石墨礦勘查工作未受到重視。2010—2013年，河南省有色四隊在該區進行舞陽鐵礦田深部鐵礦普查工作中，在多個鉆孔中發現較大厚度的含石墨片麻巖。隨后在楊樹灣礦區開展石墨礦普查工作，圈出2個石墨礦體，估算石墨資源量122.20萬噸，固定碳平均品位3.81%，在舞鋼地區首次查明一處石墨礦產地，達到大型規模(張燕贊等，2019①)。本文總結了舞鋼地區石墨礦地質特征和找礦標志，為下一步尋找同類礦產的找礦工作提出建議。

1 區域地質背景

研究區位于華北地臺南緣，三門峽—確山斷裂的北側，靈寶—魯山—舞陽鐵礦、太華群石墨礦成礦帶的東端(圖1a)(胡受奚，1988；羅銘玖，2000；薛天闖等，2016；顏玲亞等，2018；于吉林等，2019)。

圖1 豫西構造綱要圖(a)和魯山—舞鋼一帶地質簡圖(b據許令兵等，2019修改)1—始新統陳宅溝組；2—二疊系山西組；3—石炭系太原組、本溪組；4—寒武系饅頭組；5—中元古界熊耳群、汝陽群；6—新太古界太華群；7—花崗巖；8—斷裂構造；9—礦區位置

區域地層區劃屬華北地層區，豫西分區，澠池—確山地層小區(王志宏，2000)，區內的新太古界太華群為一套中深變質的片巖、片麻巖建造，是區內沉積變質型鐵礦和石墨礦的賦礦層位(李懷乾和張瑜麟，2011；王偉中等，2015；宋鵬等，2017；賈興杰等，2018；許令兵等，2019；蔣芹等，2020)，蓋層巖系多被第四系覆蓋，出露地層多為中元古界熊耳群、汝陽群，寒武系饅頭組，石炭系太原組、本溪組，二疊系山西組。斷裂呈網格狀縱橫交錯，斷層傾角多數大于60°?？傮w發育NW、NE和SN向三組(圖1b)，與石墨成礦相關的斷裂主要為NW向斷裂，其控制著太華群含礦地層的展布(王鳳茹和薛基強，2010)。區域新太古界地層經歷了較強的區域變質作用，其它地層為無明顯變質或淺變質的沉積巖地層，基本沒有受到區域變質作用的影響。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內出露地層有新太古界太華群鐵山廟組和楊樹灣組、中元古界熊耳群和汝陽群云夢山組及新生界第四系(圖2)，其中太華群楊樹灣組為石墨礦的含礦層位。

圖2 楊樹灣石墨礦區地質簡圖1—第四系；2—中元古界汝陽群云夢山組；3—中元古界熊耳群；4—新太古界太華群楊樹灣組；5—新太古界太華群鐵山廟組；6—礦體地表露頭；7—地質界線；8—勘探線及編號；9—產狀；10—鉆孔及編號；11—探槽位置

太華群鐵山廟組：為一套中深變質巖系。地層產狀200°～220°∠40°～50°。主要巖性為黑云角閃斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖；中部為含鐵巖系，主要由條帶狀磁鐵石英巖、磁鐵礦層及少量黑云角閃斜長片麻巖組成。

太華群楊樹灣組：楊樹灣組地層北部大部分被第四系覆蓋，與下伏地層鐵山廟組地層呈整合接觸；楊樹灣組出露地層南部與上覆地層中元古界熊耳群或云夢山組呈角度不整合接觸，地層產狀200°～220°∠40°～50°。該組巖性為一套局部含石墨的中深變質巖系，自下而上可分為三段，其中二段為本區石墨礦的賦礦地層。一段以石榴子石的出現為主要標志，主要巖性為含石榴角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖，局部有弱混合巖化；二段巖性較為簡單，為含石墨(黑云)斜長片麻巖、含石墨鉀長片麻巖、含石墨(透輝)大理巖，該段為礦區石墨礦的賦礦層位，局部富集形成工業石墨礦體；三段巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖、金云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖。

熊耳群：分布在礦區的西南部，巖性主要為紫紅色安山巖、杏仁狀安山巖、安山玢巖，夾有紫灰色安山質凝灰巖，局部見有底礫巖。

汝陽群云夢山組：與下伏地層楊樹灣組呈角度不整合接觸，地層產狀167°～192°∠19°～24°。下段以灰白色含礫石英砂巖與硅質礫石互層為主要特征；中段以肉紅色、灰白色中厚層狀細粒石英砂巖與紫紅色粉砂質泥巖互層為特征；上段主要由淺紫紅色—薄層狀中粒長石石英砂巖夾紫紅色厚層泥巖組成。

2.2 構造

礦區位于華北地臺南緣，三門峽—確山斷裂的北側。礦區外南部地表見有一條NE向正斷裂，深部無工程控制。該斷裂延長為2～3 km，寬度約 1 km，傾向NW，傾角為65°～80°，對地層的破壞較大，但未對礦區內石墨礦體造成影響。礦區內地層總體呈單斜構造。

2.3 巖漿巖

礦區巖漿侵入活動較弱，以中酸性火山淺成侵入巖為主。中性火山巖以熊耳群噴出火山巖為主，主要巖性為紫紅色安山巖、杏仁狀安山巖、安山玢巖夾紫灰色安山質凝灰巖，局部見有底礫巖；酸性火山巖為二長斑巖，鉆孔ZK0600、ZK1000均有見到，局部對石墨礦體有一定的穿插影響。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

區內石墨礦體賦存于太華群楊樹灣組地層二段，礦體呈層狀、似層狀產出，礦體產狀與地層大致平行，傾向200°～220°，傾角40°～50°。礦體頂板巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖、金云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、含石墨黑云斜長片麻巖等，局部為石英砂巖；底板巖性主要為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、含石榴子石角閃斜長片麻巖、含石墨斜長角閃片麻巖等；含礦巖系巖性主要為含石墨(黑云)斜長片麻巖，僅個別工程見含石墨(透輝)大理巖、含石墨鉀長片麻巖等。本次工作共圈定Ⅰ號、Ⅱ號2個礦體(表1)，其中Ⅰ號礦體為主要礦體，估算石墨礦物資源量占區內總資源量的99.69%。

表1 楊樹灣礦區石墨礦體特征一覽表

Ⅰ號礦體位于礦區西南部，礦體西北部局部出露于地表；東部、西南部多被云夢山組覆蓋，礦體向北西延伸至礦區外。礦體沿走向長1020～1610 m、斜深371～671 m、埋深0～620 m，單工程見礦累計真厚0.89～70.71 m，平均24.30 m，礦體沿傾向最大延深523 m，賦存標高-314.56～195.86 m(圖3)。礦體單樣品位2.00%～7.84%，平均品位3.81%，品位變化系數為22.9%。礦體呈層狀、似層狀分布，產狀總體變化不大，傾向200°～220°，傾角40°～50°，礦體淺部沿走向略顯波狀，自東南至西北逐漸變厚。礦體與頂底板圍巖無明顯界線，具有分支復合現象，局部含有1～3層夾石，中西部被后期侵入二長斑巖巖脈穿插，礦體形態屬較規則型。

圖3 楊樹灣礦區06線(a)、10線(b)剖面圖1—第四系；2—中元古界汝陽群云夢山組；3—中元古界熊耳群；4—新太古界太華群楊樹灣組；5—鉆孔及編號；6—孔深；7—石墨礦體及編號

Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體下方，規模極小，僅單工程ZK1004控制該礦體真厚1.49 m，固定碳品位4.13%。礦體沿走向長約398 m，斜深336 m，賦存標高-331.29～-91.43 m，埋深383～640.12 m。

3.2 礦石質量

礦石的含礦巖石以含石墨黑云斜長片麻巖為主，少量含石墨(透輝)大理巖，石墨屬于大鱗片石墨礦石礦。因此，礦區礦石類型主要為片麻巖型晶質石墨礦石，少量為(透輝)大理巖型晶質石墨礦石。

(1)礦石礦物成分：礦石的自然類型主要為含石墨黑云斜長片麻巖型，少量含石墨(透輝)大理巖型(圖4)。

含石墨黑云斜長片麻巖型：礦石的礦石礦物為石墨(2%～6%)；脈石礦物主要有斜長石45%～50%、石英15%～20%、黑云母5%～10%、鉀長石5%～8%、少量黃鐵礦等；含微量鋯石、磷灰石、金云母、石榴子石、綠泥石等；次生礦物有絹云母、碳酸鹽、白云母。

含石墨(透輝)大理巖型：脈石礦物主要是方解石55%～65%、透輝石15%～20%；其次為鉀長石4%～6%、石墨4%～6%、方柱石1%及少量金云母；含微量錫石、磷灰石。石墨呈鱗片狀，粒徑 0.02～1.2 mm，黑色不透明，鱗片彎曲。本類型礦石僅在鉆孔ZK1003和ZKS0000中存在。

(2)礦石結構、構造：含石墨黑云斜長片麻巖型礦石受動力變質作用，裂隙發育，縱橫交錯，縫隙中充填碳酸鹽、綠泥石等次生礦物，但原巖結構構造尚可辨認，具鱗片粒狀變晶結構，片麻狀構造、網脈狀構造；含石墨(透輝)大理巖型礦石具粒柱狀變晶結構，塊狀構造。

根據巖礦鑒定結果，據石墨與脈石礦物的關系及賦存狀態，其結構主要為鱗片變晶結構、聚片鑲嵌結構、包體結構；構造主要為網脈狀構造(圖5)。

圖5 石墨嵌布特征(光片)(×1000倍)a—鱗片變晶結構；b—聚片鑲嵌結構；c—包體結構；d—網脈狀構造礦物縮寫：Gr—石墨

(3)礦石化學成分：根據化學全分析結果(表2)，各主要化學成分含量如下：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%。礦石中的有害組分為Fe(Fe2O3+FeO)、S，其含量分別為13.06%～20.17%、0.15%～5.63%，其他元素含量較低，綜合利用價值不大。

表2 楊樹灣礦區礦石化學全分析結果表

(4)石墨片度特征：本次采集了50件樣品分兩批次進行了石墨片度分析，具體分析結果見表3、表4。

表3 第一批石墨片度分析結果表

表4 第二批石墨片度分析結果表

由表3、表4可知：兩批次石墨鱗片粒徑+100目(粒徑0.15 mm以上)，平均含量分別為91.77%和93.28%，兩次平均92.5%，僅有約7.5%的石墨屬細小晶質鱗片。本區石墨屬于大鱗片石墨礦石礦。

4 討論

4.1 控礦因素

(1)地層控礦：區內石墨礦均產出于新太古界太華群楊樹灣組地層中，楊樹灣組的含石墨片麻巖、含石墨(透輝)大理巖、含石墨鉀長片麻巖是石墨礦的主要含礦巖性。從原巖建造和沉積環境分析，楊樹灣組原巖為碳質泥質粉砂巖、砂質黏土巖—含碳質泥質灰巖—含碳質泥質碳酸鹽巖組合，楊樹灣組地層中含碳原巖建造嚴格控制了研究區石墨礦的產出。

(2)構造控礦：舞鋼地區斷裂構造發育，其中與區域構造線方向一致的NW向斷裂控制著太華群含礦地層的分布，研究區石墨礦體整體呈NW—SE向順地層產出，走向與區域主構造線一致，區域構造控制了石墨礦體的走向產出特征。

(3)變質作用控礦：魯山—舞陽地區石墨礦床類型為區域沉積變質型，區域變質作用是石墨礦物形成的決定性因素(李山坡等，2009；李超等，2015；王力等，2017；王紀平等，2019；許令兵等，2019)。魯山一舞陽地區變質作用溫度為620～625 ℃，壓力小于4×108Pa，屬低壓相系高角閃巖相(涂紹雄，1984)，在持續高溫和壓力的區域變質作用下，使礦源層中的碳物質轉變為應力礦物石墨，并在適宜的成礦地質條件下，富集為具有工業價值的石墨礦床。

4.2 找礦標志

(1)含礦巖組蓋層標志：楊樹灣組蓋層為熊耳群安山巖、云夢山組的長石石英砂巖。通過對蓋層的正確定位，即可推斷出楊樹灣組地層分布范圍。

(2)巖石組合標志：楊樹灣組含礦巖系巖石組合簡單，頂板普遍存在穩定的黑(金)云片麻巖層，底板多為含石榴子石角閃斜長片麻巖，不具明顯的混合巖化。

(3)含礦巖系重要礦物標志：楊樹灣組二段含礦巖層中普遍含石墨，石墨可作為直接找礦標志。

(4)構造標志：蓋層云夢山組地層和賦礦層位楊樹灣組地層呈角度不整合接觸。根據上述蓋層地層的厚度及角度不整合接觸的位置，即可大致確定蓋層與含礦層之間的距離。

4.3 找礦方向及建議

(1)礦區楊樹灣組與魯山地區的水底溝組為同一地層(汪校鋒等，2015)，具有優越的成礦地質條件，但該地層在葉縣—舞鋼地區多被覆蓋，楊樹灣石墨礦床的查明，可帶動該區石墨礦的找礦工作，后續要特別注重隱伏石墨礦的尋找。

(2)根據鉆孔見礦情況，礦體沿走向及傾向均穩定產出，因此，礦體深部仍有較大的找礦空間，亦可繼續沿走向向礦區外圍追尋隱伏礦體。

(3)根據區域資料，在礦區西北部的葉縣辛店一帶有楊樹灣含礦巖系出露，是尋找石墨礦的有利地段。

(4)以往在礦區及外圍的鐵礦勘查中開展了較多鉆探工作，往往忽略了石墨礦的勘查，可充分利用以往鉆孔資料，為石墨礦的尋找提供線索。

5 結論

(1)通過楊樹灣石墨礦床的勘查，在舞鋼地區首次提交1處大型優質石墨礦，礦區共圈出2個石墨礦體，礦體賦存于新太古界太華群楊樹灣組二段，呈層狀、似層狀順地層產出，平均品位3.81%～4.13%，厚度1.49～24.20 m，礦石類型以片麻巖型為主，深部少量為(透輝)大理巖型。

(2)區域構造和太華群楊樹灣組控制著石墨礦層的分布，礦區內石墨礦體向兩端和深部均穩定延伸，已知礦體的深部和覆蓋區仍有較大的找礦空間，礦區外圍含礦巖組蓋層和含礦巖系出露地段是區域石墨礦的找礦方向。

注 釋

① 張燕贊,王云鵬,方冬林等. 2019. 河南省舞鋼市楊樹灣石墨礦普查報告[R]. 鄭州: 河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊.