唐名鷹，華 磊，丁正江，董振昆，王煒曉，翟孝志，王汝杰，鄭成龍

(1.山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276800；2.山東省地礦局 有色金屬找礦與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 日照 276800；3.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209；4.山東省深部金礦探測(cè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室，山東 威海 264209；5.山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255000；6.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島 266000)

0 引 言

石墨作為軍工和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略資源，在新能源、高端裝備制造產(chǎn)業(yè)以及信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要的作用[1]。近年來(lái)，隨著石墨烯高新材料的高速發(fā)展和清潔能源的快速開(kāi)發(fā)，我國(guó)對(duì)于石墨，尤其是晶質(zhì)石墨的需求將會(huì)越來(lái)越大，這也勢(shì)必促進(jìn)石墨資源的勘查工作投入和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)[2-3]。

石墨作為我國(guó)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，占比達(dá)到80%以上的區(qū)域變質(zhì)型石墨礦主要產(chǎn)出在我國(guó)中部前寒武紀(jì)古陸內(nèi)部和早寒武紀(jì)古陸邊緣及相鄰的槽帶區(qū)[2]。本次研究的石墨礦床地處我國(guó)東昆侖構(gòu)造帶東部祁漫塔格造山帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)古元古代金水口巖群為石墨礦床的賦存部位[4-5]，從那西郭勒石墨礦床的發(fā)現(xiàn)到查可勒?qǐng)D石墨礦床、烏臘德石墨礦床的勘查工作，目前已求得石墨礦物量460萬(wàn)t，石墨找礦工作潛力巨大[6-7]。

本次研究的烏臘德石墨礦床產(chǎn)于古元古代金水口巖群大理巖內(nèi)，初步研究表明為區(qū)域變質(zhì)、混合巖化作用和巖漿巖的侵入改造所形成的晶質(zhì)石墨礦床[8]。但對(duì)于該石墨礦床含礦巖系的地球化學(xué)特征、原巖恢復(fù)以及碳質(zhì)來(lái)源等研究工作還未進(jìn)行，因此，本文通過(guò)詳細(xì)的野外地質(zhì)勘查及室內(nèi)巖礦石分析測(cè)試，采用全巖主量和微量元素分析、碳同位素分析等手段，初步闡述了烏臘德石墨礦床的礦床地質(zhì)、地球化學(xué)特征，并對(duì)礦床成因類(lèi)型進(jìn)行進(jìn)一步討論，為該區(qū)找礦工作提供相應(yīng)的理論依據(jù)，這對(duì)祁漫塔格地區(qū)同類(lèi)型礦床的研究和找礦前景預(yù)測(cè)分析具有重要的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)所處的祁漫塔格造山帶東段地處青藏高原東北緣，柴達(dá)木盆地東南緣，為東昆侖造山帶西段，位于昆中微地塊與昆北早古生代巖漿弧的結(jié)合部位[9-11](圖1a)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為古—中元古界金水口巖群白沙河組角閃巖、片麻巖、大理巖等，中元古界長(zhǎng)城系小廟組石英片巖、石英巖，奧陶系—志留系灘間山群火山碎屑巖、碳酸鹽巖等，泥盆系牦牛山組陸源碎屑巖、火山碎屑巖等，石炭系大干溝組碎屑巖，二疊系打柴溝組碳酸鹽巖，上三疊統(tǒng)鄂拉山組陸相火山碎屑巖等[12-14]；受昆北斷裂帶和昆中斷裂帶的影響，區(qū)域構(gòu)造以NWW向和近EW向?yàn)橹鳎貙玉薨櫼訬WW向復(fù)式背斜和向斜構(gòu)造為主；區(qū)內(nèi)巖漿侵入巖大面積分布，整體展布方向與區(qū)域構(gòu)造方向基本一致，以泥盆紀(jì)—二疊紀(jì)和三疊紀(jì)侵入巖為主，其中三疊紀(jì)侵入巖與成礦關(guān)系密切[13-16](圖1b)。

圖1 東昆侖祁漫塔格地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[17]修改)Fig.1 Mineral geological sketch of the Qimantage area, East Kunlun (after reference[17])

以黑山—那陵郭勒河斷裂為界，北部受昆北斷裂和三疊紀(jì)中酸性侵入巖體的影響，多發(fā)育夕卡巖型多金屬礦床，其中肯德可克、野馬泉、尕林格和它溫查漢等以夕卡巖型鐵多金屬礦為主[13-14,18-20]，虎頭崖、四角羊—?？囝^等為夕卡巖型鉛鋅多金屬礦床[14]，同時(shí)區(qū)內(nèi)還發(fā)育夕卡巖-斑巖型拉陵灶火鉬多金屬礦床和斑巖型莫河下拉銀多金屬礦床，其成礦時(shí)代為中—晚三疊世[21-23]。南部出露礦床較少，僅發(fā)育沉積變質(zhì)型鐵礦、石墨礦等，主要有那西郭勒石墨礦、查可勒?qǐng)D石墨礦、烏臘德鐵礦、烏臘德石墨礦(圖1b)，其中鐵礦多分布在金水口巖群白沙河組片麻巖段和與巖漿巖接觸帶的夕卡巖內(nèi)[6,24-25]，石墨礦床均分布在金水口巖群白沙河組大理巖段內(nèi)[7]。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露的地層較為單一，僅發(fā)育古元古代金水口巖群白沙河組片麻巖段和大理巖段。其中片麻巖段分布在勘查區(qū)中南部，呈不規(guī)則透鏡狀、帶狀展布，巖性以灰色眼球狀黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主；大理巖段分為條帶狀大理巖層和透輝石夕卡巖層兩個(gè)巖性層，條帶狀大理巖層呈NWW向帶狀分布，為區(qū)內(nèi)石墨礦體的主要賦礦層位，產(chǎn)狀為140°～200°∠58°～83°，與下伏的白沙河組片麻巖段呈不整合接觸，與上覆的條帶狀大理巖層呈整合接觸；透輝石夕卡巖層分布在勘查區(qū)東部，產(chǎn)出在與石英閃長(zhǎng)巖的接觸部位，產(chǎn)狀與細(xì)晶大理巖層基本一致。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育，巖漿巖以三疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖為主，分布在勘查區(qū)東南部，該石英閃長(zhǎng)巖與白沙河組各巖性段均有接觸，片麻巖段與巖體接觸部位形成較強(qiáng)的混合巖化和絹云母化、綠簾石化、硅化等蝕變，局部見(jiàn)細(xì)脈狀、浸染狀黃鐵礦零星分布，條帶狀大理巖層與石英閃長(zhǎng)巖接觸部位可見(jiàn)絹云母化，透輝石夕卡巖層中可見(jiàn)磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等金屬礦物和透輝石、透閃石、陽(yáng)起石、石榴石等脈石礦物，為礦區(qū)北部烏臘德鐵礦的賦存部位(圖2)。

圖2 烏拉德石墨礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of the Wulade graphite deposit

石墨礦體主要賦存于古元古代白沙河組條帶狀大理巖層內(nèi)，整體呈NWW向帶狀展布，走向長(zhǎng)度大于1 600 m，地表出露厚度約150 m，東側(cè)為白色含石英大理巖，南西側(cè)與絹云母斜長(zhǎng)片麻巖為不整合接觸，控制區(qū)內(nèi)主要石墨礦體的產(chǎn)出和空間形態(tài)(圖2)。通過(guò)前期工程施工，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)晶質(zhì)石墨礦體14條，礦化體6條，求得晶質(zhì)石墨礦物量70余萬(wàn)t。SM2礦體為主要石墨礦體，礦體產(chǎn)出在石墨綠簾石透輝石化大理巖內(nèi)，整體呈NWW向帶狀展布，礦體長(zhǎng)度約1 600 m，傾斜延伸330 m，礦體平均傾向200°，傾角72°，單工程礦體真厚度5.34～47.79 m，平均20.75 m，單工程品位3.25%～6.71%，平均品位4.39%。

賦礦巖石主要為石墨大理巖(圖3a、b)，石墨礦體上、下盤(pán)圍巖為(含石英)大理巖、綠簾石化大理巖、綠簾石(透輝石)化大理巖，圍巖局部具夕卡巖化，可見(jiàn)黃綠色透輝石分布，圍巖整體較完整，局部受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖石破碎。礦化蝕變類(lèi)型有綠簾石化、白云母化、絹云母化、綠泥石化、透輝石化、石墨化、黃鐵礦化，可見(jiàn)脈狀石墨、黃鐵礦集合體充填于巖石裂隙中，局部石墨呈浸染狀產(chǎn)出(圖3c、d)。

本次研究的光薄片樣品均采自SM2石墨礦體及其圍巖，分布在探槽及鉆孔巖心中，樣品較為新鮮，礦石中主要礦物為方解石，其次為石墨、少量透輝石(圖3e)、綠泥石、綠簾石、黃鐵礦、磁黃鐵礦等。

方解石多呈無(wú)色，它形粒狀，大小0.5～2 mm，呈鑲嵌狀，定向分布，沿解理方向?qū)ΨQ(chēng)消光；少量透輝石呈淺綠色，它形柱狀，大小0.5～1 mm，星散狀，定向分布，多被綠泥石、不透明礦物交代，少殘留(圖3e)。本區(qū)不透明礦物以石墨為主，含少量黃鐵礦、磁黃鐵礦，石墨在顯微鏡下為淺棕灰色、深藍(lán)色，非均質(zhì)性，片狀，片徑一般在0.001～0.01 mm，少量為0.01～0.02 mm，零星分布于透明礦物顆粒間，集合體似條痕狀、條紋狀定向分布(圖3f)，為微細(xì)晶質(zhì)石墨。

3 樣品采集及分析方法

本次研究采集的5件巖礦石主量和微量元素樣品、6件碳同位素分析樣品均位于4勘探線(xiàn)16TC3探槽、ZKJD402鉆孔及勘探線(xiàn)地表處，所采集的樣品均為新鮮巖石，含石墨大理巖及大理巖均未發(fā)生氧化作用。

樣品前期處理及主量和微量元素、碳同位素分析測(cè)試工作在北京燕都中實(shí)測(cè)試技術(shù)有限公司完成。其中主量元素測(cè)試采用XRF法在島津XRF-1800型波長(zhǎng)色散X射線(xiàn)熒光光譜儀上完成，測(cè)定流程包括玻璃熔融制樣和燒失量測(cè)定，首先將樣品碎至200目以下，選取1 g左右樣品進(jìn)行燒失量測(cè)定后，再稱(chēng)取0.7 g樣品與7 g助熔劑裝入坩堝混合均勻，在1 200 ℃下加熱20 min，經(jīng)過(guò)“振蕩”等工序，將熔融樣品倒入模具，冷卻后制成玻璃樣品進(jìn)行檢測(cè)，主要氧化物的分析相對(duì)誤差小于2%；微量和稀土元素測(cè)試采用消解法進(jìn)行前期處理，稱(chēng)取50 mg樣品置于密封裝置內(nèi)，加入1 ml HF，在電熱板上蒸干去除大部分SiO2后，再加入1 ml HF和0.5 ml HNO3，烘干分解12 h以上冷卻后，低溫蒸干后再用1 ml HNO3重復(fù)上述流程一次，最后加入2 ml HNO3和5 ml水，消解后加入500 ng Rh內(nèi)標(biāo)溶液轉(zhuǎn)移50 ml至離心管中，使用Analytic Jena Plasma Quant MS由M90 ICP-MS進(jìn)行測(cè)定，分析相對(duì)誤差優(yōu)于5%；碳同位素測(cè)試采用同位素質(zhì)譜法，檢測(cè)依據(jù)為GB/T 18340.2010，標(biāo)樣和空白樣采用MAT253穩(wěn)定同位素氣體質(zhì)譜儀測(cè)試，結(jié)果用V-PDB做參考，分析誤差在0.1‰以?xún)?nèi)。

4 樣品分析結(jié)果

4.1 主量和微量元素特征

巖石主量元素分析結(jié)果(表1)顯示，礦區(qū)中石墨大理巖樣品的SiO2含量較低，為11.17%～26.49%，平均值為17.15%；Al2O3含量為2.19%～3.61%，平均值為2.68%；Fe2O3含量為1.07%～5.18%，平均值為2.26%；FeO含量為0.50%～0.70%，平均值為0.60%；TiO2含量為0.13%～0.20%，平均值為0.15%；CaO含量較高，為30.92%～45.75%，平均值為41.88%；K2O含量為0.30%～0.83%，平均值為0.56%；Na2O含量為0.07%～0.16%，平均值為0.13%；K2O+Na2O含量為0.37%～0.99%，平均值為0.69%；K2O/Na2O為3.07～6.00，平均為4.49；堿度指數(shù)(A/NK)為2.84～6.14，平均為4.18；鋁過(guò)飽和指數(shù)(A/CNK)為0.05～0.11，平均為0.07；S含量較低，為0.04%～0.21%，平均值為0.09%；燒失量較高，為29.56%～38.30%，平均值為33.48%。巖石主量元素整體表現(xiàn)為低硅、低堿、高鈣、高燒失量的特點(diǎn)。

微量元素分析結(jié)果及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示(表1，圖4a)，樣品中Ba、Rb、Th、Sr、P相對(duì)富集，K、Zr、Ti相對(duì)虧損，曲線(xiàn)整體呈右傾趨勢(shì)。石墨礦石Rb/Sr比值為0.02～0.05，平均值為0.04，整體反映出缺氧還原的沉積環(huán)境[27]；Sr/Ba比值為1.46～5.93，平均值為3.41，說(shuō)明其沉積物源為咸(海相)水介質(zhì)[28]，上述特征說(shuō)明該石墨礦含礦巖石形成于淺海相還原環(huán)境，與大理巖系圍巖特征一致。

表1 烏臘德石墨礦床含礦巖石主量和微量元素分析結(jié)果

圖4 烏臘德石墨礦床微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(原始地幔及球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)[26])Fig.4 Primitive mantle normalized trace elements spide diagrams and chondrite normalized REE patterns of the Wulade graphite deposit(primitive mantle and chondrite normalized values according to reference[26])

巖石中稀土總量較低，為42.13×10-6～81.11×10-6，平均65.99×10-6，LREE/HREE值為5.34～7.27，平均6.29,(La/Yb)N為5.49～7.63，平均6.45，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分圖(圖4b)整體表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損的特點(diǎn)，其中輕稀土分餾明顯，重稀土基本未發(fā)生分餾，巖石具中等負(fù)Eu異常(δEu=0.65～0.79)，δEu平均值為0.70；Ce元素表現(xiàn)為弱負(fù)異常(δCe=0.80～0.90)，δCe平均值為0.87，說(shuō)明原巖可能形成于還原沉積環(huán)境中。整體來(lái)看，巖石稀土配分曲線(xiàn)顯示為淺海及潮坪相沉積特征[27]。

4.2 碳同位素特征

本次研究的烏臘德石墨礦床為微細(xì)晶質(zhì)石墨礦床，對(duì)石墨大理巖先進(jìn)行石墨單礦物的挑選后，再進(jìn)行單礦物的碳同位素分析，大理巖在粉碎后進(jìn)行單礦物的挑選，對(duì)單礦物進(jìn)行碳同位素分析。本次工作共測(cè)定了6個(gè)石墨和大理巖樣品的碳同位素組成。

分析結(jié)果顯示(表2)，礦石中石墨樣品的δ13CPDB值變化很小，3件樣品的δ13CPDB值分布范圍為-5.4‰～-5.8‰；大理巖樣品的δ13CPDB值變化相對(duì)較大，3件樣品的δ13CPDB值分布范圍為1.4‰～3.3‰。

表2 烏臘德石墨礦床礦石和大理巖樣品的取樣位置及δ13C值

5 討 論

5.1 原巖恢復(fù)

烏臘德石墨礦床的賦礦圍巖為古元古代金水口巖群白沙河組，為一套片麻巖+大理巖的巖性組合，石墨礦體主要賦存于大理巖中。

對(duì)石墨大理巖進(jìn)行w(Ni)-w(Zr)/w(TiO2)(圖5a)及w(La)/w(Yb)-w(REE)圖解(圖5b)[29-30]投點(diǎn)，結(jié)果顯示礦石原巖落入沉積成因的鈣質(zhì)泥巖區(qū)，表現(xiàn)為副變質(zhì)巖的特征，為沉積成因巖石。由于原巖SiO2含量較少，因此尼格里圖解中采用(al-alk)-c圖解(圖5c)[31]進(jìn)行投點(diǎn)，礦石原巖樣品全部落入石灰?guī)r中。

綜合研究認(rèn)為，本區(qū)石墨大理巖總體表現(xiàn)為灰?guī)r沉積的特征，宏觀(guān)上石墨礦體與圍巖無(wú)明顯界線(xiàn)，表明該區(qū)成礦巖石與圍巖的沉積環(huán)境基本一致，因此可判斷成礦圍巖為一套淺水環(huán)境下沉積的灰?guī)r地層。

5.2 沉積環(huán)境

沉積巖中Mn、U、Pb、V、Cr、Mo等相關(guān)元素指標(biāo)可作為恢復(fù)古海洋氧化還原環(huán)境的定性指標(biāo)，其U/Th、Ni/Co、V/Cr元素比值指標(biāo)多適用于泥質(zhì)巖、碎屑巖、碳酸鹽巖沉積[32]。烏臘德石墨大理巖的微量元素中U/Th比值為0.80～1.06(平均0.91)，Ni/Co比值為5.39～12.02(平均8.01)，V/Cr比值為4.69～6.78(平均5.67)，上述元素比值均指示石墨大理巖的原巖沉積為缺氧的還原環(huán)境。同時(shí)石墨大理巖中δCe值為0.80～0.90(平均值0.87)，均小于1，亦說(shuō)明原巖形成于缺氧還原的沉積環(huán)境[32]。

在w(Ba)-w(Sr)圖解(圖5d)中，樣品落入咸水區(qū)范圍[33]，與俄羅斯臺(tái)地不同年代海相碳酸鹽巖區(qū)最為接近，可推斷原巖沉積于靜水低能環(huán)境下的盆地、斜坡，為缺氧的還原環(huán)境下沉積的含碳質(zhì)碳酸鹽巖，沉積時(shí)水體介質(zhì)為咸水。

5.3 物質(zhì)來(lái)源及礦床成因

一般認(rèn)為自然界中碳質(zhì)來(lái)源主要分為3類(lèi)：地幔來(lái)源的碳(δ13CPDB一般為-2‰～-10‰，平均約-7‰)[27]，有機(jī)沉積物成因的碳(δ13CPDB多位于-40‰～-17‰范圍內(nèi)，平均為-28‰～-26‰)[34-36]和典型海洋碳酸鹽巖中的碳(δ13CPDB位于-2‰～+4‰之間)[37]。另外，巖漿成因的碳δ13CPDB為-18.2‰～+2.9‰，為不同碳源混合或熱液、地下水循環(huán)作用所致；巖漿碳酸巖中δ13CPDB為-8.0‰～-2.0‰，可能與地殼碳酸鹽源的不均一或巖漿演化中同位素分餾有關(guān)[27]。

本次研究的烏臘德石墨礦均賦存在金水口巖群白沙河組條帶狀大理巖層中，礦體空間分布形態(tài)明顯受含礦地層制約，礦體主要呈條帶狀、似層狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致，界線(xiàn)多為漸變過(guò)渡關(guān)系，具有明顯的原生沉積特征。礦石工藝性試驗(yàn)表明，礦區(qū)石墨多呈微細(xì)鱗片狀分布，早期極細(xì)鱗片狀石墨(粒度0.001～0.003 mm)集合體多呈短條帶斷續(xù)定向排列，多沿層理分布，主成礦期石墨(粒度0.002～0.02 mm)集合體多形成團(tuán)塊狀、條帶狀、細(xì)脈—網(wǎng)脈狀、條紋狀或褶紋狀分布在大理巖裂隙中，為區(qū)內(nèi)石墨主要產(chǎn)出形態(tài)，初步判斷為區(qū)域動(dòng)力熱液變質(zhì)或混合巖化改造后形成[8]。

為進(jìn)一步確定區(qū)內(nèi)石墨礦的碳質(zhì)來(lái)源，本次研究選取石墨大理巖礦石及大理巖圍巖進(jìn)行碳同位素研究，其中大理巖圍巖的δ13CPDB位于+1.4‰～+3.3‰之間，與典型海洋碳酸鹽巖的碳同位素分布區(qū)間一致；石墨大理巖中石墨單礦物的δ13CPDB位于-5.8‰～-5.4‰，集中分布且具明顯的負(fù)值，與圍巖大理巖的δ13CPDB分布區(qū)間不一致，但也明顯高于有機(jī)物成因的石墨礦的δ13CPDB范圍(-40‰～-17‰)以及柴達(dá)木盆地周緣晶質(zhì)石墨礦的碳同位素分布(-26.3‰～-21.6‰)，位于地幔來(lái)源的碳、巖漿成因的碳以及巖漿碳酸巖中碳的δ13CPDB分布區(qū)間內(nèi)(圖6)。

圖6 烏臘德石墨礦床的碳同位素組成 Fig.6 Carbon isotopic composition of the Wuladegraphite deposit

烏臘德石墨礦床中含礦大理巖均分布在金水口巖群地層中，地層以片麻巖和大理巖為主，為砂泥質(zhì)沉積巖及碳酸鹽巖變質(zhì)而成，周邊巖漿巖均為中酸性巖，無(wú)深源基性巖產(chǎn)出，雖然石墨所得到的碳同位素分布范圍位于巖漿成因的碳同位素區(qū)間內(nèi)，但產(chǎn)出的石墨礦體未與巖漿巖有直接接觸，未出現(xiàn)典型巖漿成因的球狀石墨[38-40]，共生礦物組合僅見(jiàn)少量黃鐵礦、磁黃鐵礦等，因此可初步判斷烏臘德石墨礦的碳質(zhì)來(lái)源并非來(lái)自地幔、巖漿或者巖漿碳酸巖。其碳同位素分布與斯里蘭卡脈狀石墨礦(δ13CPDB為-7.76‰)相近[41]，野外可見(jiàn)硫化物多與脈狀石墨共伴生，初步判斷后期巖漿熱液作用促進(jìn)了主成礦期石墨的增大及進(jìn)一步富集結(jié)晶。

實(shí)際做法：兩個(gè)學(xué)生之間保持2～3米的距離，相互之間開(kāi)展傳接球，對(duì)比哪一組在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)成功傳球的次數(shù)最多。

前人在對(duì)石墨成因的研究中，認(rèn)為具中間碳同位素特征的石墨礦床成因有兩種：一是來(lái)源于深部的富CO2流體在低水壓的還原環(huán)境下沉淀出石墨[42]，二是生物成因和海相碳酸鹽巖無(wú)機(jī)成因的多組分流體瑞利分餾后形成的具中間碳同位素特征的石墨礦床[43-46]。烏臘德石墨礦床主成礦期石墨以團(tuán)塊狀、條帶狀、細(xì)脈—網(wǎng)脈狀、條紋狀或褶紋狀分布在巖石裂隙中，浸染狀分布在巖石地層中的石墨占比較少，且沒(méi)有裂紋—纖維狀充填于裂隙中的石墨[42]，同時(shí)野外地質(zhì)條件也不支撐深部富CO2流體的產(chǎn)出，因此烏臘德石墨礦并非富CO2流體在還原環(huán)境下的產(chǎn)物，其可能解釋為多組分的瑞利分餾，形成原因?yàn)樘妓猁}巖脫碳反應(yīng)形成的相對(duì)富集13C的CO2與富12C的有機(jī)沉積物脫揮發(fā)分后形成的CH4發(fā)生反應(yīng)，形成具中間碳同位素特征值的石墨(圖7)，化學(xué)反應(yīng)式為：

CH4+CO2=2C+2H2O

圖7 不同碳源形成的石墨碳同位素示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[47]修改)Fig.7 Schematic diagram depicting the carbon isotope ratio in graphite derived form different carbon sources (afterreference [47])

本文所得石墨單礦物的δ13CPDB位于-5.8‰～-5.4‰，其數(shù)值多偏向大理巖圍巖的數(shù)值區(qū)間，表明區(qū)內(nèi)原巖中有機(jī)質(zhì)含量較少，在區(qū)域動(dòng)力熱液變質(zhì)、混合巖化改造中，形成具輕碳同位素(12C)的CH4含量較少，發(fā)生反應(yīng)后使得δ13CPDB值更偏向無(wú)機(jī)成因的大理巖一側(cè)，反應(yīng)形成的石墨沉淀于大理巖裂隙中，構(gòu)成主成礦期。

研究區(qū)石墨礦體東側(cè)及深部鉆孔中均可見(jiàn)三疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖，說(shuō)明中酸性侵入巖為石墨礦床的形成提供了良好的熱力學(xué)條件，使得原巖中早期變質(zhì)作用形成的晶質(zhì)石墨和有機(jī)沉積物與碳酸鹽巖地層發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)后，沿構(gòu)造裂隙遷移集中，形成區(qū)域變質(zhì)-熱液改造型的石墨礦床。

6 結(jié) 論

(1)烏臘德石墨礦床石墨大理巖的Al2O3含量為2.19%～3.61%，F(xiàn)e2O3含量為1.07%～5.18%，F(xiàn)eO含量為0.50%～0.70%，TiO2含量為0.13%～0.20%，CaO含量為30.92%～45.75%，K2O含量為0.30%～0.83%，Na2O含量為0.07%～0.16%。稀土總量平均為65.99×10-6，表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損的特點(diǎn)，具中等負(fù)Eu異常，微弱負(fù)Ce異常。微量元素分析顯示Ba、Rb、Th、Sr、P相對(duì)富集，K、Zr、Ti相對(duì)虧損。

(2)烏臘德石墨大理巖的原巖為一套淺水環(huán)境下沉積的灰?guī)r地層，成巖環(huán)境整體表現(xiàn)為缺氧還原的靜水低能盆地、斜坡環(huán)境，沉積時(shí)水體介質(zhì)為咸水。

(3)烏臘德礦區(qū)大理巖圍巖δ13CPDB為+1.4‰～+3.3‰，與典型海洋碳酸鹽巖的碳同位素分布區(qū)間一致，石墨單礦物的δ13CPDB為-5.8‰～-5.4‰，其碳質(zhì)來(lái)源為大理巖脫碳反應(yīng)形成CO2后，與生物成因的有機(jī)沉積物脫揮發(fā)分反應(yīng)形成的CH4混合后的產(chǎn)物。區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖侵入巖為石墨礦床的形成提供了良好的熱力學(xué)條件，原巖中早期變質(zhì)作用形成的晶質(zhì)石墨和有機(jī)沉積物與碳酸鹽巖地層發(fā)生反應(yīng)后，沿構(gòu)造裂隙進(jìn)一步遷移集中，形成沉積變質(zhì)-熱液改造型的石墨礦床。