0 引言

中国石墨矿床主要分布在古老地台、地块周缘 （李超等，2015），在华北地台南缘及北秦岭造山带 （河南段）已发现河南鲁山背孜、舞钢杨树湾、西峡横岭、镇平小岔沟等一系列大型石墨矿床。河南省晶质石墨资源丰富，占全国晶质石墨资源储量 3.87%，排在全国第 5 位（李超等，2015；薛天闯等， 2016；王力等，2017）。河南省的石墨矿床分布具有明显的区域性分带特征，从南至北划分了南带（南秦岭褶皱带河南淅川—陕西商南石墨成矿带）、中带（秦岭褶皱系北秦岭褶皱带朱阳关—柳泉铺石墨成矿带）、北带（华北陆块南缘灵宝—鲁山—舞阳石墨成矿带）3个石墨成矿带（于吉林和邱冬生，2012； 薛天闯等，2016；于吉林等，2019）。研究区位于河南省石墨矿带中带东端，东经 113° 07′17″～113° 28′38″、北纬32°25′29″～32°33′49″，是河南省石墨重要成矿区带之一，为北秦岭石墨成矿带的重要组成部分。

前人对河南省的石墨矿床进行大量研究，从地层、构造、岩浆岩、矿体特征、矿石结构构造和地质特征进行了分析研究（王凤茹和薛基强，2010；张青松，2013；刘环等，2015；蒋芹等，2020；李彬等， 2020；王巧玲等，2020；徐宪立等，2020），但对本区石墨矿成矿规律及成矿预测的研究甚少。近 10 年来，随着石墨矿勘查投入的增加，在本区相继发现了一系列的石墨矿床（点），在此基础上，笔者根据在草帽岭、杨岔凹石墨矿床的勘查经验，对本区石墨成矿条件及找矿模式进行了分析和归纳总结。

1 研究区地质背景

研究区大地构造位于北秦岭褶皱带寨根—彭家寨地背褶皱束（罗铭玖，2000；于吉林和邱冬生， 2012），国家级重点成矿带武当—桐柏—大别成矿带桐柏段。区域地层区划属秦岭地层区之北秦岭分区之桐柏—商城小区（张青松，2013；刘环等， 2015）。区内石墨矿床主要位于松扒断裂与大河断裂之间的古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组中（图1） （张志娜等，2018；许波等，2022a）。雁岭沟岩组是河南省重要的石墨赋矿层位（刘书星等，2014；薛天闯等，2016），矿体受褶皱和区域构造严格控制，矿体呈层状、似层状、透镜状产出，矿体产状和地层产状一致，随褶皱形态的变化而变化（许波等，2022a）。在桐柏大河一带的雁岭沟岩组已经先后发现了多处石墨矿床（点），具有较好的石墨成矿地质条件和大型石墨矿床找矿潜力。区域构造复杂，构造形迹总体呈北西西向展布，基本构造格架表现为不同时期、不同规模、不同成因类型的强变形韧性剪切带和弱应变域构造岩块的相间排列，含石墨地段主要集中在彭家寨倒转背斜核部。区域内岩浆活动十分频繁，各个地质时期均有不同程度的岩浆活动。后期花岗岩的侵入活动为石墨进一步变质、重结晶、富集提供了热源（许波等，2022b）。

2 典型矿床

2.1 杨岔凹石墨矿床

杨岔凹石墨矿床位于大河断裂南侧的彭家寨倒转背斜中部，研究区内出露古元古界秦岭岩群郭庄岩组和雁岭沟岩组及第四系；区内岩浆岩较发育，西部、东部均有侵入岩出露；区内的整体构造线与区域一致，呈北西向展布。其中石墨矿主要赋存于秦岭岩群雁岭沟岩组中（图2）。

2.1.1 矿体地质特征

该矿床已发现石墨矿带 5 条，圈出 7 个石墨矿体，均赋存于雁岭沟岩组地层中，矿体近平行状产出，整体呈层状、似层状，矿体长度 135～2577 m，厚度1. 04～30.74 m。

1—第四系；2—古近系；3—南湾岩组；4—二郎坪群刘山岩组；5—二郎坪群张家大庄岩组；6—二郎坪群大栗树岩组；7—新元古界歪头山岩组； 8—龟山岩组；9—秦岭岩群雁岭沟岩组；10—秦岭岩群郭庄岩组；11—变辉长岩；12—变角闪石岩；13—变辉石岩；14—蛇纹石化斜辉橄榄岩； 15—花岗斑岩脉；16—花岗岩脉；17—断层及编号；18—推断断层；19—不整合接触；20—大理岩；21—研究区范围

①—大张沟石墨矿点；②—杨岔凹大型石墨矿床；③—草帽岭中型石墨矿床；④—黄竹园小型石墨矿；⑤—老龙窝小型石墨矿；⑥—油坊石墨矿点；⑦—彭家寨石墨矿点

矿体顶底板岩性主要为白云质大理岩、条带状含石墨大理岩、含石墨（绢云）石英片岩等。矿体受到后期花岗岩脉的穿插和挤压，扭曲明显，产状局部反转，沿走向有分支复合，膨大收缩现象，但总体走向一致，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体为主矿体，现对Ⅰ号矿体进行描述，其余矿体特征见表1。

Ⅰ号矿体：矿体沿走向长 2577 m，斜深 100～300 m，矿体赋存于雁岭沟岩组含石墨石英片岩中，形态为层状、似层状。产状整体南倾，产状 190°～226°∠49°～89°，矿体形态属较规则型。矿体平均厚度10.79 m。矿体平均品位7.55%。

1—第四系；2—二郎坪群刘山岩组；3—秦岭群雁岭沟岩组；4—秦岭群郭庄岩组；5—早志留世花岗质片麻岩；6—早古生界变辉长岩；7—花岗斑岩脉；8—矿脉及编号；9—勘探线及编号；10—钻孔；11—激电剖面；12—石墨矿床；13—矿区范围

矿石类型为石英片岩型晶质石墨矿石，矿石颜色为深灰—灰黑色，呈粒状鳞片变晶结构，片状构造，石墨呈鳞片（集合体）状定向排列，易污手。围岩为含石墨石英片岩、黑云二长花岗岩、白云质大理岩、条带状含石墨大理岩（图3）。矿体发育部位多为地层薄弱地带，易风化，矿体多被覆盖。根据工程揭露，矿体受后期花岗岩脉的穿插和挤压，扭曲明显，沿走向具分支复合现象，分支一般2～3个，夹石多为花岗岩、大理岩。矿体顶部为一层含石墨石英片岩，厚 2～5 m，不易风化，层位稳定，风化面呈黄褐色，地表特征明显，为石墨矿体顶部标志层。 Ⅰ号矿体估算推断的石墨矿石量 708. 03 万 t，矿物量53.94万 t。占全区总量的47.60%。

2.1.2 地球物理特征

杨岔凹矿区通过1∶5万激电中梯（短导线）测量工作，发现激电异常3处（图4），其中T-19异常正是紧邻本矿区北侧的草帽岭石墨矿床，T-20、T-21 异常在本区内，与赋存石墨矿的雁岭沟岩组地层较为吻合，异常带内已发现了 5 条石墨矿带。认为本区物探激电异常均为石墨矿引起。

通过对区内的标本进行物性测定，显示矿体与围岩有明显的电性差异，矿（化）体具有“低阻、高极化”的物性特征，与围岩有明显的物性差异。主要标本参数见表2。

2.1.3 矿石特征

矿石矿物为石墨（10%～40%），金属矿物有少量黄铁矿、褐铁矿（4%～6%）；脉石矿物主要有石英 （45%～65%）、绢云母+白云母（10%～15%）、钾长石 （6%～8%），局部含少量矽线石。含微量锆石、磷灰石、金红石，次生矿物有绢云母、黏土矿物。矿石结构主要为鳞片粒状变晶结构；矿石构造主要为片状构造，次为片麻状构造（图5）。

1 —石墨矿体及编号；2—激电测深点；3—杨岔凹矿区范围

石墨品位高的矿石，石墨、云母等片状矿物含量高，片状构造比较明显；片状矿物较少、石墨品位较低的矿石，主要由石墨、云母及粒状矿物定向分布形成片麻状构造。

该区主要矿石类型含石墨石英片岩型矿石，通过样品石墨片度分析，区内正目（+100目）石墨所占比例为 69.55%。石墨属于大鳞片晶质石墨矿石。具体分析结果如下表（表3）。

根据化学全分析结果（表4），矿石主要化学成分为 SiO₂、Al₂O₃、固定碳，其次为铁质、CaO、MgO、 KO₂等。各主要化学成分含量为：固定碳 4.14%～9. 05%， SiO₂ 34.2%～73.6%， Al₂O₃ 3.89%～12.16%， Fe₂O₃ 2.81%～6.44%， CaO 0.1%～29. 05%，MgO 0.66%～2.73%，K₂O 0.93%～2.64%。各组分之间的含量无明显相互关系。矿石中的有害组分为 Fe（Fe₂O₃+FeO）、S，其中 Fe₂O₃主要在褐铁矿中，其含量地表高于深部；S 主要在黄铁矿中存在，其含量深部高于地表。Fe（Fe₂O₃+FeO）、S 含量分别为 3. 08%～8.34%、0. 07%～1.57%。其他元素含量较低，综合利用价值不大。

2.2 草帽岭中型石墨矿床

草帽岭石墨矿床位于杨岔凹矿区东北部。矿区共提交石墨矿物量 22.88 万 t，固定碳平均品位 6.55%。矿区出露地层有古元古界秦岭岩群雁岭沟组（Pt₁y）和郭庄组（Pt₁g）、下古生界二郎坪群刘山岩组（Pz₁l）。大河韧性剪切带在该矿区中部穿过（张志娜等，2018）。岩浆岩较发育，主要有超基性岩脉，燕山期形成的花岗斑岩脉和伟晶岩脉等。石墨矿主要赋存在雁岭沟组（图6）。

2.2.1 矿体地质特征

该矿区共圈出石墨矿体5条，分别为K4-1、K4-2、K4-3、K5-1、K5-2。矿体长度 130～792 m，延伸 100～370 m，厚 2.25～6.73 m，矿体总体产状 3º～53º∠19º～57º。K4-1 为矿区的主要矿体，现将主要矿体叙述如下，其余矿体特征见矿体地质特征一览表（表5、图7）。

K4-1 石墨矿体：产于矿区东部西庄一带，赋存在古元古界秦岭岩群雁岭沟组的大理岩中，极少部分赋存于片麻岩中。矿体由 11个钻孔、7个探槽控制，矿体长 792 m，倾向延伸 310 m，厚度 1.44～14.81 m，平均厚度 6.73 m。矿体产出稳定，整体产状 21°～39°∠17°～34°。矿体赋存标高 127～256 m，埋深 0～130 m。矿体形态简单，呈层状，地表连续性差。

矿石呈灰白色，粒状结构、交代结构，块状构造。主要矿物为方解石、石英，石墨及极少量磁黄铁矿。矿石固定碳品位2.50%～13.64%，固定碳平均品位 6.80%。石墨主要为变晶片状—鳞片状，少量呈粉沫状散染于斜长石晶体中；晶质石墨呈 d= 0. 02～0. 06 mm团块状聚集，大致定向排列；变晶片状—鳞片状石墨片理 l=0. 03～0.35 mm，多数 l=0.1～0.3 mm，片理大致定向排列，断续定向分布。与长轴大致定向排列的石英、斜长石构成岩石之细粒鳞片粒状变晶结构，定向构造。

2.2.2 矿体围岩和夹石

石墨矿体呈层状，沿裂隙产出于大理岩中，局部产于斜长角闪片麻岩内，围岩主要为大理岩、少量为斜长角闪片麻岩。矿体与上、下盘的片麻岩界线明显，与大理岩界线相对模糊，需按样品分析结果圈定界线。围岩蚀变主要表现为沿矿体两侧的大理岩矽卡岩化，蚀变围岩多为灰白色，蚀变厚度一般 2～3 m，具线状蚀变和分带现象。蚀变强度与矿体距离远近有关，近矿围岩蚀变较强，向两边迅速减弱至无；蚀变强度与所在矿体厚度亦有关，矿体厚度大，围岩蚀变相对较强。

2.2.3 矿石质量

石墨矿石结构为鳞片粒状、柱粒状变晶结构、包含结构（图8）、交代结构、自形半自形结构、他形粒状结构，局部构造强烈地段为碎裂结构。石墨矿石构造：片状构造、片麻状构造、块状构造、脉状构造、浸染状构造（图9）。非金属矿物主要有石墨、方解石、石英、绢云母和透闪石等，金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、少量的磁铁矿、褐铁矿等。

3 矿床成因与找矿标志

3.1 矿床成因

研究区石墨矿体呈层状、似层状、透镜状顺层产出，赋矿地层为古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组，赋矿岩石主要为含石墨石英片岩及大理岩（许波等，2022b）。根据石墨矿体产出特征显示，石墨矿床具有典型的层控特征、沉积成因、变质作用成矿特点，即石墨矿床类型为区域沉积变质型石墨矿床。其变质矿物的出现及含量变化能反映原始的成分层，如赋矿岩石与围岩渐变过渡或互层，含矿岩石具有明显的沉积韵律特征，矿石的矿物组合、结构构造与围岩基本一致。

石墨矿床赋矿地层雁岭沟岩组原岩建造的发育需要除了稳定的构造环境外，更依赖特定的表生环境，尤其需要浅海环境和生物大量发育。从石墨矿赋体矿地层雁岭沟岩组原岩沉积环境可以看出，原岩沉积环境主要为浅海-滨海相沉积环境，原岩为一套海相碳酸盐岩，钙泥质及泥砂质沉积建造。前寒武纪的这一特定的时间段，在秦岭造山带一带的特定的地质环境，为石墨矿碳物质巨量沉积提供了重要基础。

石墨矿床的成矿作用，系在区域变质、混合岩化及热液作用下，特别取决于温度和压力，在还原环境中原岩中有机碳以重结晶的方式结晶而成鳞片状晶质碳（石墨矿床）。特定时期的超高温区域变质作用是形成鳞片状晶质石墨矿最主要的成矿因素（许令兵等，2019；胡伟等，2019）。

综上所述，本区的石墨原岩为含碳的泥砂质及碳酸岩沉积岩系，该含碳地层经过区域变质作用，在温度、压力、变质溶液的持续作用下，使原岩中的有机碳逐渐变化分解，逐渐形成石墨，随着变质作用的加大，石墨经迁移、集中、重结晶等形成有工业价值的晶质石墨矿。后期花岗岩的侵入，可使石墨矿再次迁移、集中、重结晶，形成晶片更大的石墨，进而提高了石墨的经济价值。本区石墨矿床成因类型为区域沉积变质型，并具有后期热液叠加富集特征（许波等，2022b）。

3.2 成矿规律

石墨矿主要呈北西—南东向，顺层产出于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组地层中，雁岭沟岩组地层具有明显的石墨矿成矿专属性。雁岭沟岩组中含石墨石英片岩是石墨矿的主要含矿岩性，雁岭沟岩组地层中含碳原岩建造严格控制了该区域石墨矿的产出。

石墨空间呈带状展布，矿体走向受区域构造控制，与区域主构造线走向一致。褶皱构造形态控制了石墨矿体的产出形态，矿体产状和地层产状一致，随褶皱形态的变化而变化。

矿体在构造转弯或褶皱核心部位往往变厚，品位高。矿体受到后期花岗岩脉的穿插和挤压，矿体扭曲明显，产状局部反转，沿走向有分支复合，膨大收缩现象，但总体走向一致。

3.3 找矿标志

（1）地层标志：石墨矿床主要产出于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组地层中，该地层是石墨矿床的赋矿地层，对石墨矿床成矿具有一定的成矿专属性，是找矿的地层标志。

（2）岩性标志：雁岭沟组的含石墨石英片岩是石墨矿床的赋矿岩石，是找矿的岩性标志。矿体顶部常见有一层低品位的含石墨石英片岩，厚 2～5 m，不易风化，层位稳定，风化面呈黄褐色，新鲜面为灰白色，地表特征明显，为石墨矿体顶部标志层。

（3）石墨矿物标志：石墨是可见矿物，矿石易污手，是野外最好的识别办法。

（4）地貌标志：石墨矿石质地松软，往往有明显的构造挤压现象，容易风剥蚀呈负地形而被覆盖，在其上面植被发育，土质常为深黑色可以识别。

（5）物探标志：杨岔凹矿区发现的石墨矿体出露位置与 1∶5 万激电异常较吻合，以视极化率值大于4%圈定的1∶5万激电异常区，一般都能见到石墨矿化，石墨矿化低阻、高极化特征相对明显，视极化率异常位置与视电阻率异常位置较为吻合。因此， 1∶5万激电异常是寻找石墨矿床的物探标志。

4 成矿模式

综合河南桐柏县杨岔凹、草帽岭石墨矿床特征建立桐柏县西北部石墨矿成矿模式（描述性） 表（表6）。

5 结语

通过研究，发现本区石墨矿床均产于古元古界秦岭岩群雁岭沟岩组地层，赋矿岩石为含石墨大理岩、含石墨片麻岩、含石墨石英片岩等。该区域除了目前已发现的 7 处石墨矿床（点）外，还有其他含石墨矿点的雁岭沟岩组地层区域未进行系统的石墨矿勘查。这些区域内褶皱、断裂构造发育，整个秦岭岩群地层处于复向斜构造中，断裂构造发育，岩浆岩脉分布广泛，对石墨矿成矿及富集十分有利。

桐柏县西北部石墨矿床的形成和分布受区域成矿环境、地层、构造、岩浆岩等因素控制，其中受地层控制最为显著。区域石墨矿化范围大、强度高，从矿源层、岩石建造、岩浆岩及构造控矿因素来看，区域成矿条件十分优越，具有寻找中—大型石墨矿床的潜力。

参考文献