四川坪河晶质石墨矿床地球化学特征及成因分析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.06.04

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (06): 1486-1496.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.06.04

四川坪河晶质石墨矿床地球化学特征及成因分析

夏锦胜¹^,²(), 孙莉¹(), 张鹏³(), 陈昌阔⁴, 汪君珠², 司江福²

1.中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037
2.六盘水市自然资源局,贵州六盘水 553000
3.山东省第五地质矿产勘查院,山东泰安 271000
4.贵州省地矿局 113地质大队,贵州六盘水 553000

收稿日期:2021-12-04 修回日期:2022-06-13 出版日期:2022-12-10 发布日期:2023-01-11
通讯作者: 孙莉,张鹏
作者简介:张鹏,男,高级工程师,1980年出生,地质调查与矿产勘查专业,从事区域矿产调查及矿产勘查评价工作。Email:zhang_6999@163.com。
孙莉,女,研究员,1981年出生,矿产普查与勘探专业,从事矿产资源评价工作。Email:sunli0727@163.com。
夏锦胜,男,硕士,1991年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事矿床地球化学研究、国土空间生态修复和地质灾害防治工作。Email: lpsszrzyj@163.com。
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目“全国矿产资源国情调查与综合评价(2022—2025)”(DD20221694);国家自然科学基金项目(41802250);国家重点研发计划项目(2016YFC0600504);中国地质调查局地质调查项目“全国矿产资源潜力动态评价”(DD20160100)

Geochemical Characteristics and Genesis of Pinghe Crystalline Graphite Deposit in Sichuan Province

XIA Jinsheng¹^,²(), SUN Li¹(), ZHANG Peng³(), CHEN Changkuo⁴, WANG Junzhu², SI Jiangfu²

1. MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China
2. Natural Resources Bureau of Liupanshui,Liupanshui,Guizhou 553000,China
3. Shandong Fifth Institute of Geology and Mineral Exploration,Taian,Shandong 271000,China
4.113 Geological Party,Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration,Liupanshui,Guizhou 553000,China

Received:2021-12-04 Revised:2022-06-13 Online:2022-12-10 Published:2023-01-11
Contact: SUN Li,ZHANG Peng

摘要/Abstract

摘要：

四川坪河晶质石墨矿床大地构造位置位于扬子古陆块内的米仓山—大巴山基底逆冲带上,是中国重要的晶质石墨矿床之一。为研究其矿床成因,通过野外地质特征调查和矿物特征研究,结合含石墨变质岩系的地球化学特征分析可知,坪河晶质石墨矿床主要赋存在中元古界火地垭群麻窝子组地层中,矿体在平面、剖面上形态呈层状到不规则透镜状,矿体产状与围岩基本一致。主要含矿岩石为含石墨片岩,次为含石墨白云质大理岩,矿石平均固定碳含量16.32%;石墨矿物多呈鳞片状,其中大鳞片石墨(>0.15 mm)占37%,中小鳞片石墨(<0.15 mm)占63%;主量元素和微量元素分析结果表明: 坪河晶质石墨矿床含石墨变质岩系原岩为泥质粉砂岩,物源为陆源;锆石SHRIMP U-Pb测年结果显示含石墨片岩变质时代为新元古代(751.6±4.5) Ma;石墨矿δ¹³C测试平均值为-24.17‰,表明石墨的碳质来源为有机碳。综合推测坪河晶质石墨矿床成因为有机成因的区域变质矿床。

关键词: 四川坪河, 晶质石墨矿, 地球化学特征, 矿床成因

Abstract:

The Pinghe scaly graphite deposit,one of the crucial graphite deposits in China,located on the Micangshan-Dabashan thrust belt of upper Yangtze Block.Field survey,mineralogical and geochemical analysis of graphite bearing metamorphic rocks were carried out to study the ore genesis of this deposit.The ore bodies are hosted in the Mawozi Formation of the Mesoproterozoic Huodiya Group.The ore bodies which conform to the wall rocks mainly display bedding to lenticular occurrence.The host rocks of the deposit are mainly graphite schists and minor graphite bearing dolomotic marbles.The average fixed carbon content of the ore bodies is 16.32%.Graphites in the ore bodies mainly show flake textures with big flakes (>0.15 mm) of 37% and small to middle flakes (<0.15 mm) of 63%.The analysis on major and trace elements indicates that the protolith of the graphite-bearing schist has affinity to terrigenious argillaceous siltstone.Zircon SHRIMP U-Pb dating yields the metamorphic age of the graphite-bearing schist at (751.6±4.5) Ma.The δ¹³C of graphites averages on -24.17‰,which indicates the genesis of graphite in the deposit is mainly attributed to organic carbon.Therefore,we infer that the formation of the Pinghe deposit is closely linked to an organic origin and regional metamorphism.

Key words: Pinghe,Sichuan, scaly graphite deposit, geochemical feature, ore genesis

中图分类号:

夏锦胜, 孙莉, 张鹏, 陈昌阔, 汪君珠, 司江福. 四川坪河晶质石墨矿床地球化学特征及成因分析[J]. 现代地质, 2022, 36(06): 1486-1496.

XIA Jinsheng, SUN Li, ZHANG Peng, CHEN Changkuo, WANG Junzhu, SI Jiangfu. Geochemical Characteristics and Genesis of Pinghe Crystalline Graphite Deposit in Sichuan Province[J]. Geoscience, 2022, 36(06): 1486-1496.

图/表 16

参考文献 37

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粒级/mm		比例/%
<-0.05	-300目以下	33	晶质石墨
+0.05~-0.15	-100~+300目	30
+0.15~-0.3	-48~+100目	20
+0.3~-0.5	-32~+48目	12
>+0.5	>+32目	5

粒级/mm		比例/%
<-0.05	-300目以下	33	晶质石墨
+0.05~-0.15	-100~+300目	30
+0.15~-0.3	-48~+100目	20
+0.3~-0.5	-32~+48目	12
>+0.5	>+32目	5

序号	岩性	样号	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O
1	石墨片岩	PH-01	65.07	1.52	17.07	6.29	1.44	0.01	1.29	0.03	0.47
2	石墨片岩	PH-02	71.72	1.75	16.59	1.01	0.99	0.01	0.94	0.22	0.55
3	石墨片岩	PH-03	69.09	1.92	17.32	1.79	1.36	0.01	1.23	0.65	0.63
4	石墨片岩	PH-04	81.41	0.85	12.21	0.21	0.24	0.01	0.84	0.09	0.40
5	石墨片岩	PH-21	66.15	1.50	17.93	3.89	0.32	0.01	1.33	0.11	1.13
6	石墨片岩	PH-22	80.14	0.74	11.36	2.33	0.64	0.02	0.68	0.14	0.49
7	石墨片岩	PH-23	65.05	1.89	18.11	5.96	0.42	0.01	0.99	0.15	0.96
8	石墨片岩	PH-24	70.81	1.38	16.94	2.27	0.32	0.01	1.05	0.35	1.42
序号	岩性	样号	K₂O	P₂O₅	烧失量	TFe₂O₃	Na₂O+K₂O	MgO/CaO	SiO₂/Al₂O₃	K₂O/Na₂O	固定碳
1	石墨片岩	PH-01	6.61	0.05	20.01	7.88	7.07	44.14	3.81	14.13	14.09
2	石墨片岩	PH-02	6.07	0.04	17.89	2.11	6.62	4.24	4.32	11.13	14.23
3	石墨片岩	PH-03	5.74	0.11	18.97	3.30	6.37	1.90	3.99	9.05	14.36
4	石墨片岩	PH-04	3.63	0.09	35.05	0.48	4.03	9.48	6.67	9.04	27.29
5	石墨片岩	PH-21	7.54	0.06	16.41	4.25	8.67	12.32	3.69	6.65	12.24
6	石墨片岩	PH-22	3.27	0.12	27.79	3.04	3.76	4.75	7.05	6.67	25.47
7	石墨片岩	PH-23	6.35	0.06	17.21	6.43	7.32	6.71	3.59	6.59	11.64
8	石墨片岩	PH-24	5.36	0.06	15.38	2.62	6.78	3.01	4.18	3.78	11.24

序号	岩性	样号	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O
1	石墨片岩	PH-01	65.07	1.52	17.07	6.29	1.44	0.01	1.29	0.03	0.47
2	石墨片岩	PH-02	71.72	1.75	16.59	1.01	0.99	0.01	0.94	0.22	0.55
3	石墨片岩	PH-03	69.09	1.92	17.32	1.79	1.36	0.01	1.23	0.65	0.63
4	石墨片岩	PH-04	81.41	0.85	12.21	0.21	0.24	0.01	0.84	0.09	0.40
5	石墨片岩	PH-21	66.15	1.50	17.93	3.89	0.32	0.01	1.33	0.11	1.13
6	石墨片岩	PH-22	80.14	0.74	11.36	2.33	0.64	0.02	0.68	0.14	0.49
7	石墨片岩	PH-23	65.05	1.89	18.11	5.96	0.42	0.01	0.99	0.15	0.96
8	石墨片岩	PH-24	70.81	1.38	16.94	2.27	0.32	0.01	1.05	0.35	1.42
序号	岩性	样号	K₂O	P₂O₅	烧失量	TFe₂O₃	Na₂O+K₂O	MgO/CaO	SiO₂/Al₂O₃	K₂O/Na₂O	固定碳
1	石墨片岩	PH-01	6.61	0.05	20.01	7.88	7.07	44.14	3.81	14.13	14.09
2	石墨片岩	PH-02	6.07	0.04	17.89	2.11	6.62	4.24	4.32	11.13	14.23
3	石墨片岩	PH-03	5.74	0.11	18.97	3.30	6.37	1.90	3.99	9.05	14.36
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5	石墨片岩	PH-21	7.54	0.06	16.41	4.25	8.67	12.32	3.69	6.65	12.24
6	石墨片岩	PH-22	3.27	0.12	27.79	3.04	3.76	4.75	7.05	6.67	25.47
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8	石墨片岩	PH-24	5.36	0.06	15.38	2.62	6.78	3.01	4.18	3.78	11.24

样号	Rb	Ba	Th	U	Ta	Nb	La	Ce	Sr	Nd	Zr	Hf
PH-01	106.90	431.7	3.91	11.82	1.22	16.66	39.30	56.53	33.33	31.97	213.4	5.45
PH-02	133.60	270.7	4.18	8.57	1.24	17.13	26.41	36.39	45.93	20.81	205.3	5.40
PH-03	131.20	278.5	5.60	12.02	1.42	19.17	39.65	54.34	46.45	30.59	234.7	5.96
PH-04	73.47	113.0	6.05	13.36	0.56	7.66	58.36	115.80	40.10	57.46	150.6	3.57
PH-21	121.60	450.0	4.63	12.66	1.57	12.16	34.91	62.81	41.67	28.36	206.0	18.23
PH-22	41.82	217.0	1.95	5.71	0.08	3.17	16.85	24.48	23.97	14.06	112.0	5.51
PH-23	125.80	351.4	6.34	10.19	1.09	5.95	18.68	31.45	65.83	14.60	187.0	18.19
PH-24	115.30	451.0	4.92	8.16	1.18	5.74	17.40	28.83	62.61	13.25	163.0	15.13
样号	Sm	Y	Yb	Lu	Ni	Cu	Zn	Pb	Mo	Co	Cs	Cr
PH-01	4.82	22.47	2.21	0.35	426.50	46.65	17.21	10.12	127.10	26.04	5.30	143.5
PH-02	3.18	29.91	2.47	0.39	118.40	22.15	17.46	5.94	62.07	5.95	4.35	169.0
PH-03	4.71	30.87	2.72	0.42	141.60	27.25	20.20	5.75	62.90	10.62	5.07	191.9
PH-04	9.55	29.19	3.51	0.54	5.77	7.58	11.48	1.78	44.30	0.16	3.76	325.9
PH-21	4.16	17.16	2.59	0.48	171.10	15.20	15.24	9.05	98.33	17.14	6.28	106.0
PH-22	2.53	12.38	1.75	0.30	13.08	7.70	8.66	5.45	45.04	1.19	1.73	109.6
PH-23	2.25	23.59	3.36	0.61	217.50	21.24	17.77	7.79	40.58	23.93	6.57	121.0
PH-24	2.07	16.51	2.48	0.45	90.17	10.74	11.65	8.05	49.11	6.70	5.94	120.1
样号	Sc	V	Ga	Rb/Sr	Sr/Ba	V/(V+Ni)		Ni/Co	Th/U
PH-01	16.51	2 486	16.65	3.21	0.08	0.85		16.38	0.33
PH-02	17.65	1 708	18.92	2.91	0.17	0.94		19.91	0.49
PH-03	16.38	1 874	18.22	2.82	0.17	0.93		13.33	0.47
PH-04	9.30	4 615	14.08	1.83	0.35	1.00		35.64	0.45
PH-21	23.89	1 690	17.79	2.92	0.09	0.91		9.98	0.37
PH-22	6.24	1 437	6.97	1.74	0.11	0.99		11.01	0.34
PH-23	21.03	1 123	16.86	1.91	0.19	0.84		9.09	0.62
PH-24	19.39	1 032	17.56	1.84	0.14	0.92		13.47	0.60

四川坪河晶质石墨矿床地球化学特征及成因分析

Geochemical Characteristics and Genesis of Pinghe Crystalline Graphite Deposit in Sichuan Province

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样品号	样品	δ¹³C/‰	δ¹³C平均值/‰
PH-21	含晶质石墨大理岩	-22.92	-24.17
PH-22	晶质石墨片岩	-24.42
PH-23	晶质石墨片岩	-24.54
PH-24	晶质石墨片岩	-24.64
PH-01	晶质石墨片岩	-23.56
PH-02	晶质石墨片岩	-23.95
PH-03	晶质石墨片岩	-24.27
PH-04	晶质石墨片岩	-25.08

序号	样品	δ¹³C/‰	资料来源
1	坪河石墨矿(本文)	-22.92~-25.08	实测
2	辽河群石墨矿	-16.49~-25.93	文献[17]
3	乌兰石墨矿	-24.12~-28.6	文献[18]
4	河南小岔沟石墨矿	-17.3~-18.1	文献[19]
5	河南小陡岭石墨矿	-19.0~-26.2	文献[20]
6	辽宁杜屯石墨矿	-19.2~-26.0	文献[20]
7	黑龙江柳毛石墨矿	-16.8~-24.4	文献[21]
8	黑龙江柳毛石墨矿围岩蛇橄透辉大理岩	3~-5.6	文献[21]
9	北方孔达岩系片麻岩石墨	-22.2	文献[22]
10	新疆苏吉泉石墨矿	-20.5~-23.9	文献[23]
11	鄂西二郎庙、三岔垭石墨矿	-9.67~-16.19	文献[24]
12	吉林集安群石墨矿	-17.55~-25.43	文献[25]
13	内蒙古兴和黄土窑石墨矿	-20.49~-24.13	文献[26]
14	中坝石墨矿	-27.64~-28.44	文献[27]
15	山东南墅石墨矿	-14~-26	文献[28]
16	渤海湾油田原油	-24.1~-27.2
17	煤	-21.7~-30
18	沥青煤	-30.6~-31.2
19	沥青	-20.9
20	各地石灰岩	-1.5~-9.2
21	现代有机质	-24.3~-30

样品号	w(Pb)/ (μg/g)	w(Th)/ (μg/g)	w(U)/ (μg/g)	w(Th)/ w(U)	同位素比值							年龄/Ma
					同位素比值							²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	±	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	±	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	±
					²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	±	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	±	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	±	ρ	²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	±	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	±	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	±
PH-03@01	30	154	175	0.878 3	0.069 2	3.28	1.227 6	4.38	0.128 7	2.89	0.66	905	66	813	25	780	21
PH-03@02	50	206	332	0.618 9	0.064 2	2.39	1.072 2	3.19	0.121 2	2.12	0.66	747	50	740	17	737	15
PH-03@03	171	108	254	0.427 4	0.187 1	0.84	13.369 4	2.44	0.518 3	2.29	0.94	2 717	14	2 706	23	2 692	51
PH-03@04	66	287	348	0.824 1	0.068 2	2.05	1.357 5	2.91	0.144 3	2.06	0.71	875	42	871	17	869	17
PH-03@05	57	322	353	0.911 0	0.067 8	3.14	1.129 9	4.00	0.120 8	2.48	0.62	863	64	768	22	735	17
PH-03@06	25	146	147	0.997 1	0.068 2	4.77	1.151 0	5.92	0.122 4	3.50	0.59	874	96	778	33	745	25
PH-03@07	28	105	182	0.578 3	0.060 5	3.17	1.064 1	4.15	0.127 7	2.67	0.64	620	67	736	22	775	20
PH-03@08	33	129	213	0.607 5	0.065 9	2.86	1.118 6	3.86	0.123 0	2.60	0.67	804	59	762	21	748	18
PH-03@09	22	98	141	0.694 1	0.064 5	3.59	1.076 3	4.55	0.121 1	2.79	0.61	757	74	742	24	737	19
PH-03@10	34	213	201	1.061 6	0.065 2	4.20	1.107 7	4.85	0.123 2	2.42	0.50	781	86	757	26	749	17
PH-03@11	39	229	234	0.979 7	0.059 9	5.00	1.027 2	5.69	0.124 4	2.71	0.48	600	105	718	30	756	19
PH-03@12	50	304	304	0.998 8	0.063 1	3.06	1.057 4	3.73	0.121 5	2.13	0.57	712	64	733	20	739	15
PH-03@13	28	158	170	0.925 2	0.062 5	3.17	1.058 5	4.04	0.122 8	2.51	0.62	692	66	733	21	747	18
PH-03@14	29	163	181	0.901 2	0.064 7	2.93	1.102 8	3.96	0.123 6	2.66	0.67	765	60	755	21	751	19
PH-03@15	130	757	767	0.987 2	0.065 4	1.45	1.135 5	2.30	0.125 9	1.79	0.78	787	30	770	12	765	13
PH-03@16	21	73	139	0.522 7	0.066 6	3.43	1.145 7	4.38	0.124 7	2.72	0.62	826	70	775	24	758	19

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样号	岩性	w(Al) /%	w(Fe) /%	w(Mn) /%	w(Al)/w(Al+ Fe+Mn)
PH-01	晶质石墨片岩	9.04	4.40	1.00	0.63
PH-02	晶质石墨片岩	8.78	0.70	0.73	0.86
PH-03	晶质石墨片岩	9.17	1.25	0.96	0.81
PH-04	晶质石墨片岩	6.46	0.15	0.65	0.89
PH-21	含晶质石墨大理岩	9.49	2.72	1.03	0.72
PH-22	晶质石墨片岩	6.02	1.63	0.53	0.74
PH-23	晶质石墨片岩	9.59	4.17	0.77	0.66
PH-24	晶质石墨片岩	8.97	1.59	0.81	0.79

样号	岩性	w(Al) /%	w(Fe) /%	w(Mn) /%	w(Al)/w(Al+ Fe+Mn)
PH-01	晶质石墨片岩	9.04	4.40	1.00	0.63
PH-02	晶质石墨片岩	8.78	0.70	0.73	0.86
PH-03	晶质石墨片岩	9.17	1.25	0.96	0.81
PH-04	晶质石墨片岩	6.46	0.15	0.65	0.89
PH-21	含晶质石墨大理岩	9.49	2.72	1.03	0.72
PH-22	晶质石墨片岩	6.02	1.63	0.53	0.74
PH-23	晶质石墨片岩	9.59	4.17	0.77	0.66
PH-24	晶质石墨片岩	8.97	1.59	0.81	0.79