Carbon isotope and genesis studies of graphite deposits in the Liaohe Group of the Jiao-Liao-Ji Orogenic Belt

作为华北克拉通周缘三条石墨成矿带之一的东部带,胶-辽-吉古元古代石墨成矿带是研究早前寒武纪石墨成矿机制及地球早期气候特征的天然实验室。本文对胶-辽-吉造山带辽河群石墨矿(甜水乡马沟石墨矿)进行了详细的岩相学、地球化学、拉曼光谱学以及碳同位素等方面的研究。研究结果表明辽河群含石墨矿岩石主要为含石墨变质杂砂岩、含石墨黑云母长英质片麻岩和含石墨透闪大理岩,在log (Fe₂O₃/K₂O)-log (SiO₂/Al₂O₃)判别图解中,这些含石墨岩石位于砂岩和页岩区域内,它们具有和太古宙后澳大利亚平均页岩(PAAS)相似的稀土元素特征;地球化学特征表明它们具有低的成熟度,未经历长途搬运,是快速堆积的产物,主要沉积于活动大陆边缘弧后盆地环境。碳同位素研究表明辽河群石墨矿碳同位素值具有很宽的变化范围(δ¹³C_PDB=-16.49‰~-25.93‰),是有机物在变质过程中脱CH₄造成的。结合拉曼光谱学特征,我们认为辽河群石墨矿是由有机物经过变质作用形成的,其变质程度可以达到高角闪岩相(551~627℃)。综合分析前人年代学数据,我们认为辽河群石墨矿的沉积时代为2.13~2.17Ga,在后期的弧-陆碰撞造山以及后碰撞作用过程中(2000~1895Ma;1875~1850Ma),有机物逐渐发生变质形成石墨并聚集形成石墨矿床。华北克拉通周缘大量石墨矿的沉积时代(2.3~2.05Ga)和大氧化事件发生的时间一致,可能是地球早期大氧化事件的沉积响应。