張艷飛 梁帥 趙青 劉敬黨 肖榮閣

1遼寧省化工地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司，遼寧 錦州 121007 2中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110000 3中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 海淀100083

石墨是重要的非金屬材料礦產(chǎn)，具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫及可塑性等特性，同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及潤滑性等。因此，石墨在冶金、機(jī)械、電氣、化工、紡織、輕工、建筑及國防等許多工業(yè)部門都得到廣泛的應(yīng)用，近年來石墨烯的發(fā)明和研究，增加了石墨的新用途，使得石墨成為礦床研究的熱點(diǎn)。

中國石墨礦產(chǎn)資源豐富，總資源儲(chǔ)量位世界前列，尤其是顯晶質(zhì)石墨資源儲(chǔ)量居世界領(lǐng)先地位。中國石墨礦產(chǎn)地分布廣泛而又相對集中，在已發(fā)現(xiàn)的石墨礦床中，絕大多數(shù)優(yōu)質(zhì)顯晶質(zhì)石墨主要集中在華北古陸的佳木斯地塊、膠北地塊、大青山-烏拉山與太行山交匯帶、東秦嶺地區(qū)，及華南武夷山、西北昆侖山等早前寒武紀(jì)變質(zhì)巖分布區(qū)。近幾年石墨礦床找礦勘探不斷有新成果，2015年內(nèi)蒙古阿拉善盟探明巨大型高品位優(yōu)質(zhì)石墨礦床；2015年四川南江縣探明超大型高品位優(yōu)質(zhì)石墨礦床等。

以往的礦產(chǎn)地質(zhì)研究中，石墨是研究比較欠缺的礦種。前人對華北石墨礦床成因和成礦規(guī)律研究較少，僅是對個(gè)別石墨礦床的成礦地質(zhì)特征、碳質(zhì)來源和成因等方面做了一些探討性工作，較大程度上制約了華北石墨找礦工作的開展，鑒于此，很有必要開展對華北石墨礦床成礦特征、成礦規(guī)律及找礦方向的系統(tǒng)研究。

1 石墨巖系地層時(shí)代

1.1 地球生態(tài)演化

地球的史前時(shí)期冥古宙（Hadean Eon）始于地球形成之初，結(jié)束于3.8Ga前，這一時(shí)期地球由熔融巖漿球逐漸冷卻發(fā)生從外向內(nèi)的物質(zhì)分異，依次出現(xiàn)大氣—海洋—地殼—地?！睾酥饾u完善的地球?qū)尤?，理論推測地殼巖石形成的順序是巖漿巖—化學(xué)沉積巖—碎屑巖，在化學(xué)沉積巖出現(xiàn)時(shí)，地球上開始出現(xiàn)生命。在澳洲西北3.47Ga的披巴拉群（Pilbara Supergroup）巖層中發(fā)現(xiàn)有機(jī)分子生物藍(lán)藻沉積的燧石，是最古老的化石，而在更古老的沉積巖（3.7～3.9Ga前）中發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳存在，表明冥古宙晚期地殼形成時(shí)期地球上即有生命出現(xiàn)。在石墨巖系廣泛大量沉積的2.0Ga前后，生命已經(jīng)接近高級(jí)形態(tài)的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，是原核生物進(jìn)化到真核生物的時(shí)代，并且生物更加繁盛，隨著氣候變暖，也是全球出現(xiàn)大氧化事件，形成了生物爆發(fā)的發(fā)展期，為石墨形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.8Ga前地球生命誕生于海洋以后，開始了緩慢而漫長的進(jìn)化與發(fā)展歷程。這些地球上最早的生命承載著生命進(jìn)化發(fā)展過程中最遠(yuǎn)古的信息和印跡繁衍至今。只有了解它們才能讓人們客觀地解讀地球演化和生命進(jìn)化以及兩者之間的相互關(guān)系。

2.1Ga前的元古宙早期，隨著生命的進(jìn)化，某些原始的原核生物（古細(xì)菌）學(xué)會(huì)吞食其它微生物并形成帶有細(xì)胞核的大細(xì)胞，結(jié)果更為復(fù)雜的細(xì)胞（真核細(xì)胞）開始形成，其遺傳物質(zhì)被一隔膜包被形成細(xì)胞核。最早的真核細(xì)胞（單細(xì)胞）生活在淺海水域，此時(shí)它們可以通過光合作用獲取所需能量。從海水中獲取游離氧（O2）與CO2轉(zhuǎn)化產(chǎn)生有機(jī)物，同時(shí)釋放游離氧（O2），大氣中游離氧（O2）含量開始明顯增加。在第一個(gè)真核細(xì)胞的產(chǎn)生過程中，顯然經(jīng)歷了嵌合體的形成，嵌合體來自古細(xì)菌和真細(xì)菌的共生，這一起源模式可以從真核生物的基因組是由古細(xì)菌和真細(xì)菌的基因組構(gòu)成來推導(dǎo)。真核生物的出現(xiàn)使所有更復(fù)雜生物—真菌、植物、動(dòng)物的誕生與進(jìn)化發(fā)展成為可能。

1.0Ga前，真菌、植物、動(dòng)物等多細(xì)胞后生生物陸續(xù)出現(xiàn)，動(dòng)物種類中出現(xiàn)了海綿、水母、水螅等，其中海綿是起源最早的多細(xì)胞動(dòng)物（900Ma前），它們身體構(gòu)造簡單，沒有形成組織或器官的結(jié)構(gòu)。到900Ma前的元古宙晚期，開始出現(xiàn)了地球生命最早具有原始大腦的一種扁形動(dòng)物—真渦蟲。

至今，原核生物本身卻沒有發(fā)生很大的變化（形態(tài)上），仍然廣泛生活于世界各地區(qū)不同的環(huán)境中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代微生物約占海洋生物數(shù)量的97%。生活于地球深部的原核生物的生物量約占世界總生物量的2/3，它們控制著所有保持地球生態(tài)系統(tǒng)平衡的生物化學(xué)循環(huán)（表1）。

表1 中國前寒武紀(jì)生物演化[1]Table 1 Precambrian biological evolution in China

前寒武紀(jì)中生命進(jìn)化的最后一個(gè)階段稱為埃迪卡拉時(shí)期。20世紀(jì)40年代后期，在澳大利亞南部阿德萊德山脈以北的埃迪卡拉沙巖中，發(fā)現(xiàn)了生活于565Ma前寒武紀(jì)晚期的埃迪卡拉生物群化石。這些生物種類是埃迪卡拉時(shí)期典型的后生生物代表，生命已經(jīng)從最原始的原核生物進(jìn)化發(fā)展到形態(tài)各異、種類繁多的多細(xì)胞生物。但是，動(dòng)物的身體全部是軟的，沒有硬殼、足和牙齒。依據(jù)已采集到的大量古生物生活遺跡化石，埃迪卡拉生物群出現(xiàn)的時(shí)間可能比動(dòng)物最早留下遺跡的時(shí)間推遲了近600Ma。

盡管埃迪卡拉生物群屬于前寒武紀(jì)生物，但它們似乎經(jīng)歷了一段漫長的生活或滅絕時(shí)間以后，發(fā)生了一次明顯的生命自身大爆發(fā)而達(dá)到繁盛時(shí)期。它們的進(jìn)化模式不是循序漸進(jìn)的，而是一次突然的、飛躍式的大爆發(fā)。同時(shí)，已有大量的證據(jù)證實(shí)，前寒武紀(jì)晚期確實(shí)有一些形態(tài)結(jié)構(gòu)的多細(xì)胞生物成功地跨越了被稱之為“滅絕事件”的進(jìn)化深淵后而延續(xù)到了古生代的寒武紀(jì)。

1.2 孔茲巖系地層時(shí)代

石墨礦床成礦巖系簡稱石墨巖系，有三種原巖建造，即形成深變質(zhì)巖型石墨礦床的孔茲巖系、形成淺變質(zhì)巖型石墨礦床的黑色巖系和形成熱變質(zhì)型石墨礦床的煤系建造。孔茲巖系和黑色巖系是同類巖石建造，孔茲巖系是早前寒武紀(jì)深變質(zhì)的黑色巖系。

由于孔茲巖系經(jīng)受了強(qiáng)烈變質(zhì)變形，以往多認(rèn)為它們是太古宙的產(chǎn)物，但是近年來的研究，國外許多典型地區(qū)（如印度南部、俄羅斯地盾、芬蘭、斯里蘭卡等地）的孔茲巖系很可能形成于太古宙以后，而孔茲巖系形成于太古宙之后的認(rèn)識(shí)在國內(nèi)也得到越來越多的重視。華北古陸早前寒武紀(jì)孔茲巖系形成時(shí)代主要有晚太古代和早元古代兩種不同的認(rèn)識(shí)。根據(jù)后期侵入的中酸性巖體（脈）的年齡測定，可以給出孔茲巖系形成時(shí)代的上限，一些變泥砂質(zhì)巖石中變質(zhì)碎屑鋯石的1.8～2.1Ga的年齡數(shù)據(jù)，也只是孔茲巖系形成時(shí)代的上限，并不真正代表孔茲巖系的形成時(shí)代。變泥砂質(zhì)巖石Sm-Nd同位素研究是確定孔茲巖系形成時(shí)限的另一重要方法，孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石以富鋁質(zhì)孔茲巖和富鉀質(zhì)變粒巖-片麻巖為主。它們來自大范圍物源區(qū)，是經(jīng)歷過搬運(yùn)沉積等殼內(nèi)再循環(huán)作用的產(chǎn)物，可反映基底物質(zhì)包括Nd同位素在內(nèi)的組成特征。根據(jù)Sm-Nd同位素虧損地幔模式年齡（tDM）的含義，模式年齡應(yīng)大致代表泥沙質(zhì)巖石源區(qū)母巖主體的形成時(shí)代，可以給出孔茲巖系形成時(shí)代的下限。

根據(jù)華北古陸及鄰區(qū)一些新鮮無蝕變孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石的Sm-Nd同位素組成及計(jì)算參數(shù)，可排除后期作用的影響，除烏拉山群和崆嶺雜巖外，其它孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石的tDM大多小于2.7Ga，其中，上集寧群所分析的3個(gè)樣品中，有2個(gè)樣品tDM小于2.7Ga，一個(gè)樣品tDM為2.83Ga；賀蘭山群和遼河群情況類似；界河口群7個(gè)樣品分析，tDM幾乎全部小于2.7Ga[1-8]。呂梁地區(qū)孔茲巖系被呂梁群（Sm-Nd全巖年齡，2.469Ga）和早元古代黑茶山群不整合覆蓋，并被五臺(tái)-呂梁綠巖帶構(gòu)造截切和疊加，表明孔茲巖系應(yīng)劃歸晚太古[1-8]。烏拉山群和崆嶺雜巖變泥沙質(zhì)巖石tDM大多大于2.7Ga，小于3.2Ga，這也并不能說明它們就一定形成于太古宙，但可肯定它們形成于中太古代之后[1-8]。荊山群孔茲巖系變泥砂質(zhì)巖石鋯石SHRIMP U-Pb年齡為1.88Ga[5]，碎屑鋯石年齡變化很大，可大致劃分為四組（2.9～2.8 Ga，～2.6Ga，2.5～2.4Ga，2.3～2.2Ga）。根據(jù)碎屑鋯石和變質(zhì)鋯石SHRIMP U-Pb定年，荊山群孔茲巖系形成時(shí)代為早元古代晚期（2.2～1.9Ga）。崆嶺雜巖已分辨出下部基底片麻巖和上部孔茲巖系的雙層地殼結(jié)構(gòu)，下部基底片麻巖可能形成于中太古代，上部孔茲巖系可能形成于早元古代。崆嶺群孔茲巖系的鋯石U-Pb一致線年齡為2332Ma，Rb-Sr全巖等時(shí)線和K-Ar稀釋法年齡分別為2010Ma、1891Ma，屬早元古代；內(nèi)蒙古集寧群孔茲巖系，鋯石U-Pb法和全巖Rb-Sr等時(shí)線法獲得最大年齡為2467Ma，屬晚太古代，其經(jīng)歷了晚太古代和早元古代兩期變質(zhì)作用[4,5]。麻山群二輝麻粒巖中的紫蘇輝石40Ar/39Ar法變質(zhì)年齡近2.5Ga[1]，因此麻山群麻粒巖相變質(zhì)作用發(fā)生在晚太古代末-早元古代初期，其成巖時(shí)代顯然早于晚太古代。

太古宙末期表殼巖系形成及變質(zhì)變形、TTG花崗質(zhì)巖石及鉀質(zhì)花崗巖形成都是同一構(gòu)造巖漿旋回不同階段的產(chǎn)物。該構(gòu)造旋回在許多地區(qū)都有跨越太古宙—元古宙時(shí)間界線的現(xiàn)象存在，其中鉀質(zhì)花崗巖形成最晚，年齡多在2.35～2.55Ga之間。而迄今為止，還未見到太古宙TTG和鉀質(zhì)花崗巖侵入孔茲巖系的現(xiàn)象。孔茲巖系的物質(zhì)組成反映其物源區(qū)具有相當(dāng)高的成熟度，并具有巨大的出露范圍。而只有到了太古宙末期，華北古陸才有富鉀富鋁的花崗質(zhì)巖石大范圍分布，它們?yōu)榭灼潕r系泥砂質(zhì)巖石源區(qū)組成的主要物質(zhì)，大多形成于太古宙之后。

根據(jù)地質(zhì)特征、Nd同位素組成和鋯石U-Pb年齡測定，目前可以確定賀蘭山群、上集寧群、河口群、遼河群等孔茲巖系形成于早元古代。很可能，華北古陸及鄰區(qū)絕大部分孔茲巖系都為早元古代（1.9～2.1Ga）甚至更晚地質(zhì)時(shí)代的產(chǎn)物。

1.3 石墨巖系鋯石U-Pb測年

石墨巖系是沉積變質(zhì)巖系，理論上說利用鋯石測年不能夠直接獲得沉積年齡，巖石中鋯石或者是沉積期間搬運(yùn)來的沉積前的碎屑鋯石，或者是后期區(qū)域變質(zhì)過程中重結(jié)晶的變質(zhì)鋯石，因此石墨巖系的沉積年齡介于最年輕的碎屑鋯石和最早的變質(zhì)鋯石年齡之間。但是這個(gè)區(qū)間往往很長，很難獲得準(zhǔn)確的年齡，因此經(jīng)常在同位素年齡曲線上以實(shí)測的變質(zhì)鋯石的和諧曲線與年齡曲線的上交點(diǎn)年齡推測沉積年齡。上交點(diǎn)年齡的主要依據(jù)，是假設(shè)區(qū)域變質(zhì)作用是在一個(gè)封閉體系中完成的，這個(gè)體系中放射鉛同位素的含量可以改變，但放射鉛的相對比值，即206Pb/238U對207Pb/235Th相對值不變，206Pb/238U-207Pb/235Th和諧線將與年齡線相交。但是地質(zhì)作用中很難保持完全的封閉體系，每次構(gòu)造變質(zhì)或者巖漿作用都會(huì)有外來物質(zhì)加入改變巖石體系中同位素的相對比值，因此實(shí)際利用中需要分別考慮不同階段或者不同成因鋯石的特征。研究測得華北古陸典型石墨礦帶深變質(zhì)型石墨巖系沉積年齡比較一致，基本是早元古代晚期 2.0Ga前后的年齡（圖 1），隨后發(fā)生了呂梁運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致廣泛強(qiáng)烈的區(qū)域變質(zhì)作用，形成深變質(zhì)巖系[1-8]。

圖1 華北石墨礦石鋯石年齡圖[1-8]Fig.1 zircon ages from graphite-rich rocks in North China Craton

2 石墨巖系

2.1 石墨巖系物源性質(zhì)及沉積環(huán)境

沉積變質(zhì)巖巖石化學(xué)分析結(jié)果顯示，晶質(zhì)石墨礦床沉積建造屬于濱海-淺海相孔茲巖系和黑色巖系，含有機(jī)碳的孔茲巖系和黑色巖系中包括了各種與黑色頁巖共生的細(xì)碎屑巖和化學(xué)沉積巖，其物源系海源陸源物質(zhì)不同含量的混合物，因此其巖石化學(xué)組成有較大的差異，硅質(zhì)頁巖的SiO2含量在80%，甚至90%以上，化學(xué)沉積碳酸鹽巖、菱錳礦、磷塊巖等，SiO2含量小于30%，一般黑色頁巖SiO2含量在50%～70%之間。海源物質(zhì)以化學(xué)沉積為主，陸源物質(zhì)以碎屑沉積為主，化學(xué)沉積物膠結(jié)碎屑物質(zhì)一般為海陸混合物源。

孔茲巖系及黑色巖系的沉積環(huán)境，主要是一些裂谷、海床、陸棚沉積環(huán)境，這種環(huán)境沉積的礦源巖可以劃分為海源和陸源物質(zhì)來源，除了一般沉積分異富集的元素之外，海相與陸相沉積富集元素有一定區(qū)別。海床沉積巖物質(zhì)來源大部分為玄武巖洋殼海蝕作用剝蝕的碎屑及化合物，以富含 Na2O、TiO2、CaO、FeO、MgO、Sr、Ni、Co、V、Cu、Au等為特征，其元素地球化學(xué)特征與洋殼及幔源物質(zhì)具有可比性；而淺海陸棚及陸相裂谷沉積巖物質(zhì)來源主要為陸源風(fēng)化碎屑及化合物，以富含K2O、Al2O3、Mo、W、Rb、Zr等為特征，其元素地球化學(xué)與陸殼物質(zhì)具有可比性。

沉積碳酸鹽巖中MgO、CaO是碳酸鹽礦物的主要成分，其相對含量與水體環(huán)境有關(guān)。在高鹽度的鹵水環(huán)境中沉積的碳酸鹽礦物MgO含量高，甚至于形成獨(dú)立的MgCO3礦物，而低鹽度的淡水中只形成CaCO3雯石類礦物。以中等鹽度海水沉積白云石（MgCO3、CaCO3）為標(biāo)志劃分高鹽度和低鹽度的分界（圖2）。高鹽度環(huán)境一般為封閉裂谷瀉湖環(huán)境，而低鹽度環(huán)境則為廣海開放環(huán)境。根據(jù)碳酸鹽巖 MgO/CaO分析沉積區(qū)域的水體鹽度條件，遼吉石墨礦帶、膠北石墨礦帶、烏拉山-太行山石墨礦帶均屬于高鹽度裂谷環(huán)境，而佳木斯石墨礦帶及東秦嶺石墨礦帶都屬于低鹽度開闊海環(huán)境，與區(qū)域地質(zhì)背景研究吻合（圖2）。

圖2 華北石墨透輝透閃變粒巖大理巖礦石MgO-CaO相關(guān)圖[1-8]Fig.2 MgO versus CaO diagram of graphite-rich diopside tremolite granulites and marbles in North China Craton

開闊海沉積區(qū)域的構(gòu)造穩(wěn)定性劃分為活動(dòng)陸緣區(qū)域及被動(dòng)陸緣區(qū)域沉積環(huán)境，以被動(dòng)陸緣區(qū)域構(gòu)造最穩(wěn)定，沉積物分選好，富含鉀鋁，海洋島弧區(qū)域最活躍，沉積物分選差，富含鐵鎂。

2.2 石墨巖系微量元素地球化學(xué)

微量元素含量變化規(guī)律與元素本身地球化學(xué)相容性及沉積環(huán)境有關(guān)，不相容元素與堿性不相容元素化合物組相關(guān)性好，并且具有相似的演化規(guī)律，如 Rb、Nb、Th、U等與 K2O、Na2O一樣隨著SiO2含量升高而升高。相容元素與鐵鎂相容元素化合物組相關(guān)，并且具有相同的演化趨勢，如 Cr、Ni、Co、Sr與 FeO、MgO一樣，隨著SiO2含量升高而降低[1-8]。根據(jù)巖石地球化學(xué)分析及圖解資料，通常以 Rb、Sr、Ba、Zr、Hf、Th、U、Y、Nb、Ta、Cr、Ni、Co、V等微量元素組成及其相對變化規(guī)律分析判別沉積環(huán)境及其分異作用，因此有必要首先分析這些元素的地球化學(xué)性質(zhì)。

黑云斜長變粒巖一般Rb/Sr高于Sr/Ba，而透輝透閃變粒巖和大理巖Sr/Ba高于Rb/Sr，顯示黑云斜長變粒巖原始沉積以陸源物質(zhì)為主，而透輝透閃變粒巖和大理巖原始沉積是海源物質(zhì)為主或者海陸物質(zhì)混合沉積為特征。

綜合黑云斜長變粒巖型和透輝透閃變粒巖型礦石的巖石化學(xué)R型聚類分析（圖3、表2[1-8]），在相關(guān)系數(shù) 0.1水平以上可以劃分三個(gè)群組：一是SiO2-Al2O3-K2O-Rb-Ba及MgO/CaO-Rb/Sr特征比值構(gòu)成陸源碎屑群組；二是MgO-CaO-Na2O-Sr及 Sr/Ba構(gòu)成海源物質(zhì)群組，Th-REE及Th/U-LRE/HRE具有正相關(guān)性；三是Corg(organic Carbon)-U-V-Fe2O3-V/Cr群組，顯示有機(jī)碳與U-V相關(guān)，表明有機(jī)碳的保存與氧化還原環(huán)境有關(guān)。有機(jī)碳含量與陸源群組和海源群組都沒有明顯相關(guān)性，這也符合實(shí)際礦化地質(zhì)特征，石墨礦石有碎屑巖型，也有碳酸鹽巖型，顯示的海陸過渡環(huán)境沉積富集特征。

圖3 華北黑云斜長變粒巖-透輝透閃變粒巖礦石巖石化學(xué)R型聚類譜系圖[1-8]Fig.3 Cluster pedigree chart between graphite-rich biotite plagioclase granulites and graphite-rich diopside tremolite granulites in North China Craton

表2 華北深變質(zhì)巖型石墨礦床巖石化學(xué)組成[1-8]Table 2 Whole-rock geochemical compositions of graphite-rich deep metamorphic rocks in different graphite deposits in North China Craton

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

2.3 石墨巖系稀土元素地球化學(xué)

稀土元素中（不包括Pm和Y），La-Eu元素稱為輕稀土元素，具有較大的離子半徑（La 106pm）和較高的電荷，其性質(zhì)類似 Th、U，是不相容元素；Gd-Lu元素稱為重稀土元素，具有較小的離子半徑（Lu 93pm）和較低的電荷，與某些礦物是相容的，如在石榴石中可以替代Al3+進(jìn)入礦物晶格。在還原條件下，Eu以Eu2+存在時(shí)，可以進(jìn)入斜長石晶格替代Ca2+，因此斜長石中出現(xiàn)正銪異常，而與斜長石平衡的其它相則出現(xiàn)銪虧損形成負(fù)銪異常[11]。在海水及潮坪相沉積物中，Ce以Ce4+存在，經(jīng)常與其它稀土元素分離，出現(xiàn)負(fù)鈰異常[12]。

總結(jié)稀土元素判別沉積巖形成環(huán)境的標(biāo)志，以稀土元素總量（REE）、輕重稀土元素比值（LRE/HRE）、δCe、δEu特征值及其相互關(guān)系來判別沉積環(huán)境和沉積物來源。一般碎屑沉積巖中稀土元素總量較高，輕重稀土元素分異明顯；而化學(xué)沉積巖中稀土元素較低，輕重稀土元素分異較弱。統(tǒng)計(jì)分析顯示石墨巖系中δCe正負(fù)范圍較寬，濱淺海潮坪相沉積顯示負(fù)鈰異常，中深海沉積顯示正鈰異常；一般正常沉積的沉積巖中 δEu值均小于 1，顯示負(fù)銪異常，只有熱水沉積巖顯示大于1，顯示正銪異常[1-8]。

海源海相沉積巖中LRE/HRE與REE一般正相關(guān)，即稀土元素總量越高輕重稀土元素比值越大，稀土元素配分曲線斜率越大，顯示稀土元素總量主要與輕稀土元素含量相關(guān)；δEu與LRE/HRE負(fù)相關(guān)，即斜率越大的稀土元素配分曲線負(fù)銪異常越明顯，顯示輕重稀土元素分異過程中造成Eu元素逐漸虧損；δCe與LRE/HRE正相關(guān)，即斜率越大的曲線正鈰異常越顯著，表示海源物質(zhì)越多，Ce含量越高[1-8,13]。

佳木斯地塊的蘿北云山石墨礦、雞西柳毛石墨礦和東秦嶺的鎮(zhèn)平小岔溝石墨礦、淅川五里梁石墨礦及土默特左旗什報(bào)氣石墨礦屬于陸緣海沉積環(huán)境，稀土元素配分曲線顯示輕稀土元素富集重稀土元素虧損的右傾曲線，顯示負(fù)銪異常，斜率大的曲線負(fù)銪異常顯著，個(gè)別顯示正鈰異常（圖4a、圖4b）。遼吉寬甸楊木桿石墨礦、集安雙興石墨礦、大同新興石墨礦、興和黃土窯石墨礦及膠北萊西南墅石墨礦、平度劉戈莊石墨礦屬于陸內(nèi)裂谷沉積環(huán)境，稀土元素配分曲線也顯示輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的右傾斜曲線，但是顯示為斜率小的曲線負(fù)銪異常明顯，個(gè)別有正鈰異常（圖4c、圖4d）。

圖4 石墨礦石球粒隕石配分曲線[1-8]Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of graphite-rich rocks in different tectonic environments

上述石墨礦石的巖石化學(xué)及微量元素和稀土元素地球化學(xué)分析均顯示濱海潮汐帶及淺海沉積環(huán)境，顯示兩個(gè)基本特征：一是黑云斜長變粒巖型礦石陸源沉積物含量高于海源沉積物，而透輝透閃變粒巖及大理巖是海源沉積物含量高于陸源沉積物；二是高鹽度陸內(nèi)裂谷環(huán)境陸源沉積物含量高于開放陸緣海環(huán)境。

3 結(jié)論

（1）華北古陸深變質(zhì)型石墨巖系沉積年齡基本為早元古代晚期2.0Ga前后。

（2）晶質(zhì)石墨礦床沉積建造屬于濱海-淺海相孔茲巖系和黑色巖系，含有機(jī)碳的孔茲巖系和黑色巖系中包括了各種與黑色頁巖共生的細(xì)碎屑巖和化學(xué)沉積巖，其物源系海源陸源物質(zhì)不同含量的混合物。

（3）石墨巖系中 δCe正負(fù)范圍較寬，濱淺海潮坪相沉積顯示負(fù)鈰異常，中深海沉積顯示正鈰異常；一般正常沉積的沉積巖中δEu值均小于1，顯示負(fù)銪異常。

（4）佳木斯地塊的蘿北云山石墨礦、雞西柳毛石墨礦和東秦嶺的鎮(zhèn)平小岔溝石墨礦、淅川五里梁石墨礦及土默特左旗什報(bào)氣石墨礦屬于陸緣海沉積環(huán)境。遼吉寬甸楊木桿石墨礦、集安雙興石墨礦、大同新興石墨礦、興和黃土窯石墨礦及膠北萊西南墅石墨礦、平度劉戈莊石墨礦屬于封閉裂谷沉積環(huán)境。

（5）黑云斜長變粒巖型礦石陸源沉積物含量高于海源沉積物，透輝透閃變粒巖及大理巖型礦石是海源沉積物含量高于陸源沉積物，而且高鹽度封閉裂谷環(huán)境陸源沉積物含量高于開放陸緣海環(huán)境。