河南省鲁山县背孜矿区石墨矿床地质特征及其成因探讨
第３ｌ卷第２期２００９年６月
化工矿产地质
ＧＥＯＬｏＧＹＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＭＩＮＥＲＡＬＳ
Ｖｂｌ．３１ＮＯ．２
Ｊｕｎ．２００９
河南省鲁山县背孜矿区石墨矿床地质特征
及其成因探讨
李山坡ｑ刘宝宏２张丽娜２
１冲国地质大学地球科学与资源学院，北京，１０００８３
２冲化地质矿山总局河南地质勘查院，郑州，４５０００１
提要河南省鲁山县背孜石墨矿床地处华北地台南缘灵宝一鲁山一舞阳石墨成矿带。矿区主要含矿
岩石为太华群水底沟组片麻岩及大理岩。该区断裂构造较为发育，构造活动对矿体起到了一定的破
坏作用，同时造成了本区石墨的局部富集。矿石类型主要为片麻岩型石墨矿，石墨呈晶质鳞片状。
通过野外观察，室内矿石组分研究以及碳同位素分析认为该石墨矿床成因类型应为沉积变质矿床，
并具有后期热液叠加富集特征，成矿物质来源主要为有机碳与无机碳两种类型，且不同舍矿岩石中
碳质来源具有差异性特征。
关键词石墨矿床碳同位素河南鲁山成因
中图分类号：Ｐ６１９．２５２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—５２９６（２００９）０４—０２０７—０６
晶质石墨在国民经济建设各个领域用途十分广泛，河南省鲁山县石墨矿是一个大型石墨矿产地，查明该地区石墨矿床的形成、分布规律对矿区外罔的石墨矿勘查有重要意义。该矿区的研究程度较高，宜昌研究所在本区石墨矿石中，发现残存少量有机碳（化学分析含有机碳０．２３％），认为原岩沉积中的腐植质在漫长的地质作用下，变成有机碳气逸出，而结晶成鳞片状石墨，即为有机碳成矿。河南省地矿厅地调二队对本区矿石中是否有有机碳进行了对比测试，发现经过对有机碳处理与未经处理的结果，相差很小，仅在０．０１％～０．４％之间，认为很难说明有有机碳的存在，即无机碳成矿为主。本文在前人工作的基础上，通过有关资料的研究，总结了该矿的地质特征，并根据该区石墨矿床碳同位素的研究资料分析整理，结合野外地质隋况，探讨了石墨矿中碳的来源。
１矿床地质概况
河南省主要有两个石墨成矿带，一个是华北地台南缘灵宝一鲁山一舞５Ｈ石墨成矿带，一个是秦岭一人别山褶皱系北秦岭朱阳关一柳泉铺石墨成矿带Ⅲ，本区位于前一成矿带。本区划为灵宝一舞阳与太占宙变质作用有关的铁、石墨矿床成矿弧系列Ⅲ。本区大地构造位置处于位于中朝准地台南缘，华熊台缘拗陷，崤山一鲁山拱褶断束，地层区划属华北地层区，豫两分区，渑池一确山小区（河南鲁山区域）。区域构造线方向旱北西一南东向。矿区内主要出露新太古界太华群，由老至新依次为：铁山岭组（Ａｒ。ｆ），岩性主要为黑云斜长片麻岩和角闪斜长片麻岩为主，斜长角闪片麻岩次之；水底沟组（Ａｒ。ｓ），岩性主要为含石墨透辉斜（二）长片麻岩、含石墨黑云斜（二）长片麻岩、含石墨斜（二）长片麻岩、含石墨透闪斜（二）长片麻岩、角闪斜（二）长片麻岩、斜长角闪片麻岩、大理岩、含石墨透辉（透闪）’石大理岩、含石墨大理岩，夹有蛇纹石化大理岩、石英人理岩等；雪花沟组（Ａｒ。ｚ），岩性以灰、灰白、灰绿、褐黄色黑云斜（二）长片麻岩、斜长角闪片
｝第一作者简介：李山坡（１９８２～），男。研究方向：成因矿物学及找矿矿物学，助理工程师。中国地质大学（北京）在读硕士研究生收稿口期：２００９—０８—１５，改【ｕ１日期：２００９－０９－１８
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麻岩、角闪斜长片麻岩为主。背孜矿区地层分布情况见图１。
矿区褶皱构造不发育，主要见于断裂两侧，规模很小，表现为岩层的局部弯曲。矿区断裂构造比较发育，有北西向、近南北向、北东向三组，以北西向为主，规模较大，主要分布于水底沟组的顶部和底部，以压扭性、扭性为主；近南北向、北东向断裂以扭性、张扭性为主，规模很小。断裂构造使水底沟组地层界线发生明显的错断推移，破坏了地层的完整性。受区域北西向构造应力作用，加上石墨的易滑动性及大理岩和片麻岩的岩性差异，水底沟组地层层间破碎带广泛发育。根据工程揭露情况，多数矿石都遭受不同程度的挤压破碎或蚀变，但也正是构造作用，使矿石中石墨富集，鳞片变大。根据钻孔揭露情况，主要矿体的钻孔矿心比较完整，说明层间破碎带主要作用于地表浅部。
图ｌ背孜矿区地质略图
Ｆｉｇ．ＳｃｈｅｍａｔｉｃｇｅｏｌｏｉｃａｌｉｎＢｅｉｚｉｍｉｎｉｎｇａｒｅａ
第４期李山坡刘宝宏张丽娜：河南省鲁山县背孜矿区石墨矿床地质特征及其成因探讨２０９
２矿床地质特征
２．１矿体特征
区内石墨矿体赋存于太华群水底沟组中，矿体呈似层状、透镜状，沿走向和倾向局部有分枝复合现象，产状与地层产状一致，倾向一般２０５０～２８００，倾角一般４００～７５０，局部直立或倒转。含矿岩石为各类含石墨斜（二）长片麻岩，矿体与大理岩关系较为密切，规模较大的矿体多分布于大理岩两侧。规模较大的矿体３号、１１号、１６号、１７号矿体，其资源量却占矿区总资源量的６２％，主要矿体特征详见表１。
表１主要矿体特征一览表
Ｔａｂｌｅ１Ｌｉｓｔｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｒｅｂｏｄｙ
２．２矿石组构和矿石类型
矿石结构为鳞片粒状、柱粒状变品结构，局部构造强烈地段为碎裂结构。矿石构造为片麻状构造、定向构造，局部呈块状、条带状构造。当矿石中黑云母等片状矿物含量高时，片麻状构造比较明显；片状矿物少时，主要由石墨及柱状矿物定向分布形成弱片麻状构造或块状构造。地表矿石风化，片麻状构造明显，深部钻孔中矿石多呈致密块状，片麻状构造不太明显。
该区石墨呈鳞片状，片径０．０１～１．７２５ｍｍ，属晶质石墨，含矿岩石为各类片麻岩，因此，矿石类型为片麻岩型品质石墨矿。根据脉石矿物组合不同，可分为黑云斜（二）长片麻岩型晶质石墨矿、透辉斜（二）长片麻岩型晶质石墨矿、斜（二）长片麻岩型晶质石墨矿、透闪斜（二）长片麻岩型晶质石墨矿。各类型矿石间无明显界线，渐变过渡，分布亦无规律，在矿区各处均有分布。局部地段，受构造作用，上述矿石挤压破碎，形成碎裂片麻岩型晶质石墨矿。
２．３矿石成分
２．３．１矿石的矿物成分矿石的矿石矿物为石墨（３％～１５％），另外有少量黄铁矿、褐铁矿等，脉石矿物随矿石类型不同有差异，主要为斜长石、钾长石、透辉（闪）石、石英、黑云母、方解石等，含微量榍石、金红石、石榴子石、磷灰石、锆石、绿帘石等。
石墨以单矿物形式赋存于矿石中，呈银灰色，品质鳞片状，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，大部分平行片麻理方向出现，分布较均匀，局部富集呈斑点、团块、条带或条纹状分布。单品鳞片直径一般０．２～０．６ｍｍ，最大１．７２５ｍｍ，聚晶鳞片直径一般２～７ｍｍ，最大达ｌＯｍｍ。
２．３．２矿石的化学成分矿区内主要矿石类型的化学成分如表２所示，从表２可见该区矿石呈现高硅铝而低钙镁的特点。
表２矿石化学成分一览表
Ｔａｂｌｅ２Ｌｉｓｔａｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｏｒｅ
２１０化工矿产地质２００９包
２．４围岩蚀变特征
矿区围岩蚀变类型主要有黄铁矿化、透闪石化、碳酸盐化、硅化，另有少量的蛇纹石化、绿帘石化、绢云母化等。其主要蚀变特征如下：黄铁矿化：主要见于钻孔中，在各类大理岩和片麻岩中均有分布。呈浸染状均匀分布于岩石中，或呈细脉状、团块状沿片麻理或节理裂隙分布，脉宽一般１～１０ｍｍ，团块直径最大可达５ｃｍ左右，他形、半自形晶。
透闪石化：主要由透辉石大理岩、透辉石片麻岩中的透辉石次变形成，在显微镜下观察，透闪石一般保留透辉石颗粒假相，呈粒状、短柱状。岩石蚀变后形成透闪石大理岩、透闪石片麻岩。
碳酸盐化：分布比较普遍，在各类岩石及构造破碎带均可见到。表现为方解石细脉或钙质胶结物，脉体呈白色，斜交或顺片麻理分布，脉体宽多在ｌ＂一Ｓｍｍ。方解石它形一半自形为主，细粒一粗粒。
硅化：分布较普遍，以细脉状或小透镜状、小团块状分布于各类岩石中，顺层或斜交地层，宽多在０．００１～ｌｍ之间，呈白色、烟灰色，成分主要为石英。
３矿床成因讨论
３．１矿床成因
．矿区石墨矿赋存于太华群水底沟组地层中，原岩为含碳泥质岩和碳酸盐岩，夹少量长英质、铁镁质火山岩，为一套有连续相序的浅海陆源碎屑一碳酸盐含碳沉积建造“１。含矿地层岩性为含石墨黑云斜（二）长片麻岩、含石墨透辉斜（二）长片麻岩、含石墨斜（二）长片麻岩、角闪斜长片麻岩、大理岩等。水底沟组含矿岩石主量元素的分析结果见表３，在Ａ—Ｃ－ＦＭ图解（图２）上，
表３化学成分一览表
Ｔａｂｌｅ３Ｔａｂｌｅｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
注：①石墨黑云斜长片麻岩；②黑云斜长片麻岩；③含石墨二长片麻岩；④含石墨二长片麻岩：［以上引白杨长秀（２００８）］
⑤含石墨片麻岩均值［引自涂绍雄Ｄ１（１９９６）］；⑥含石墨大理岩；⑦含石墨大理岩；样品采自背孜一瓦屋乡一带。
含矿地层原始岩性组合为含碳泥质岩、铁泥质岩和碳酸盐岩。据岩石稀士配分图（图３），．显示出水底沟组为成熟度高的稳定陆壳基底变质岩系的特征，与华北陆块孔兹岩系稀土元素的配分模式～致弛１。本区片麻岩系与大理岩系呈频繁夹杂或交互出现，反映沉积环境为振荡作用比较频繁。
第４期李山坡刘宝宏张丽娜：河南省鲁山县背孜矿区石墨矿床地质特征及其成凶探讨２１１
矿石中脉石矿物组合为长石、石英、透辉石、黑
云母等，石墨警鳞片状分布于脉石矿物颗粒之间，
沿片麻理出现，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，受一定的地层岩性控制，明显与含碳质、钙
质的砂泥质岩密切相关，即上述岩性为石墨成矿
的矿源层。
Ａ
ｋ滢冀兹ｋ抛
ＦＭ）（ａｆｔｅｒＨ．ｎ．ｃｅＭｅＨｅＫ０．１９６６）’
（注：０２为样品投影位置及编号）
图２Ａ—Ｃ—ＦＭ判别图
Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｅｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ
ｏｆＡ－Ｃ．ＦＭ
Ｉ一正铝硅酸盐岩亚组：ＩＩ一铁镁铝硅酸盐岩亚组：ⅡＩ一正系列碱
土铝硅酸盐岩诬组：ＩＶ一钙铝硅酸盐岩亚组：Ｖ一铝镁铁硅酸盐岩亚组：ＶＩ一铁硅酸盐岩亚组：Ⅶ一正系列镁质超基性岩组：Ⅷ一正系列碱土低铝超荜性岩组：ＩＸ一正系列碱土铝基性岩组：Ｘ一碱土钙系列钙质碳酸盐岩亚组：Ⅺ—碱土钙系列铝钙质亚组
图３石墨黑云斜长片麻岩稀七配分图（据杨长秀，２００８，
有改动）
Ｆｉｇ．３ＲＥＥ
ｏｆＰａｒｔｔｅｍｏｆｂｉｏｔｉｔｅ—ｐｌａｇｉｏｃｌａｓｅｇｎｅｉｓｓｗｉｔｈｇｒａｐｈｉｔｅ，（ｍｏｄｉｆｉｅｄａｆｔｅｒＣｈａｎｇｘｉｕＹａｎｇ，２００８）
在区域变质作用过程中，含碳原岩建造在温度、压力及Ｈ２０、Ｃ０２等挥发组分的变化影响下，岩石发生重结品、重组合及变形作用，改变了矿物组成和结构构造…。涂绍雄（１９８４）根据矿物组合及相关分析，利用Ｋｒｅｔｚ等（１９７８）提供的角闪石一单斜辉自．的铁配分系数与温度的关系图解和Ｈｅｐｕｙｋ等（１９６７）提供的黑云母一石榴子石矿物对的镁分配系数与温度的关系图解，计算出本区变质作用温度为６２０～６２５℃１１１；根据变质作用温度和石榴石一单斜辉石的铁镁分配系数，计算出该区变质作用压力为４×１０８Ｐａ，属低压相系高角闪岩相ｕ３。在变质作用中，变质热液促进了石墨的重结品富集。
由于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。
３．２碳质来源
表４为该区石墨矿炭同位素测试结果。根据表４分析可知，该矿区片麻岩型石墨矿的６”Ｃ的值为一２１．６９ｘ１０一，略高于世界各地不同时代有机质６１３Ｃ平均值一２６ｘ１０≈ｎ１，碳的米源于生物遗体，即为有机成因。大理岩中的６１３Ｃ的值为一１８．２８ｘ１０≈和一１８．３３×１０，高于片麻岩中６”ｃ，而远低于全球不同时代海相碳酸盐６乃Ｃ平均值（Ｏ．５±２．５ｘ１０。），指示其碳质来源的多样性，即除部分碳来自碳酸盐矿物的转交之外，应有较多的碳来自碳酸盐地层中有机质的转变Ｈ１。
表４石墨片麻岩和大理岩的碳同位素组成
Ｔａｂｌｅ４Ｇｒａｐｈｉｔｅｇｎｅｉｓｓａｎｄｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｅｏｆｍａｒｂｌｅ
该表数招引自陈衍景等（２０００）．样品取自矿区中部水底沟从该区的碳同位数可知，不同类型的岩石中的碳同位数具有差异性，有机成冈的碳推测可能与太古界的低等生物有关。Ｈｏｅｒｓ（１９６７）在研究距今３７００Ｍａ格陵兰依苏亚含铁建造时指出其中
２１２化工矿产地质２００９住
石墨的８１３Ｃ为一１．５×ｌＯ一～一４０ｘ１０一，说明在新太古界存在大量微生物。
碳无机成冈的碳即由碳酸盐脱碳，再还原而成＂１，结合该区的区域变质温度，认为有如下脱碳反应：
ＣａＣ０３（方解石）－－＊ＣａＯ（硅灰石）＋Ｃ０２
ＣａＭｇ（Ｃ０３）（白云石）＋２Ｓ１０２（石英）－－．ＣａＭｇＳｉ２０６（透辉石）＋Ｃ０２‘５１
上述反应式中生成的ｃ０２，被Ｈ＋还原，与其结合，转变成单质的碳，随沉积物一起沉积。
ｃ０２＋Ｈ＋—｝ｃ＋Ｈ０２
形成的碳经过区域变质作用碳质结晶形成品质鳞片状石墨矿，该区水底沟组地层中所含火山沉积变质岩、原生矿中共生的黄铁矿等为无机碳的观点提供了较直接的证据。
综上所述，本区石墨矿床成因类型为沉积变质矿床，并具有后期热液叠加富集特征。根据碳同位素特征和通过预查一详查对矿床研究程度的不断提高以及野外的详细观察，可知该矿区的碳的来源既有有机的也有无机的，显示了碳来源的差异性。
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ＬｉＳｈａｎｐ０１ＬｉｕＢａｏｈｏｎ９２ＺｈａｎｇＬｉｎａ２
Ｊ．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，
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ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｓｃａｌｅａｎｄｏｆｑｕａｌｉｔｙｏｒｅｂｏｄｙ．ＴｈｅｇｅｎｅｔｉｃｔｙｐｅｏｆｔｈｉｓＧｒａｐｈｉｔｅａｒｅａｉｓｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌａｔｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｅａｎｄ
ｓｅｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓｕｒｖｅｙ，ｗｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｉｎｇｎｅｉｓｓｉｓｏｒｇａｎｉｃ，ａｎｄｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｉｎｍａｒｂｌｅａｒｅｂｏｔｈｏｒｇａｎｉｃａｎｄｉｎｏｒｇａｎｉｃ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｃａｒｂｏｎｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｉｓａｒｅａ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｔｅｄｅｐｏｓｉｔ，ｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｅ，ＨｅｎａｎＬｕｓｈａｎＣｏｕｎｔｙ，ｇｅｎｅｓｉｓ
河南省鲁山县背孜矿区石墨矿床地质特征及其成因探讨
作者：李山坡， 刘宝宏， 张丽娜， Li Shanpo， Liu Baohong， Zhang Lina
作者单位：李山坡,Li Shanpo(中国地质大学,地球科学与资源学院,北京,100083)， 刘宝宏,张丽娜,Liu Baohong,Zhang Lina(中化地质矿山总局河南地质勘查院,郑州,450001)
刊名：
化工矿产地质
英文刊名：GEOLOGY OF CHEMICAL MINERALS
年，卷(期)：2009，31(4)
被引用次数：0次
参考文献(5条)
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5.章少华豫西南石墨矿床成因新认识 1995(1)
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