湖南鲁塘石墨矿Re－Os同位素研究_李超.pdf

２０１７年６月Ｊｕｎｅ２０１７岩矿测试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３６，Ｎｏ．３２９７－３０４收稿日期２０１７－０４－０６；修回日期２０１７－０５－２６；接受日期２０１７－０６－０１基金项目国家自然科学基金面上项目（４１６７３０６０）；中国地质调查局地质调查项目（ＤＤ２０１６００９５）作者简介李超，副研究员，从事Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究。Ｅ - ｍａｉｌＲｅ－Ｏｓ＠１６３．ｃｏｍ。李超，王登红，周利敏，等．湖南鲁塘石墨矿Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究［Ｊ］．岩矿测试，２０１７，３６（３）２９７－３０４．ＬＩＣｈａｏ，ＷＡＮＧＤｅｎｇ - ｈｏｎｇ，ＺＨＯＵＬｉ - ｍｉｎ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＲｅ - ＯｓＩｓｏｔｏｐｅＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＧｒａｐｈｉｔｅｆｒｏｍｔｈｅＬｕｔａｎｇＧｒａｐｈｉｔｅＤｅｐｏｓｉｔｉｎＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ［Ｊ］．ＲｏｃｋａｎｄＭｉｎｅｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ，２０１７，３６（３）２９７－３０４．【ＤＯＩ１０．１５８９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－２１３１／ｔｄ．２０１７０４０６００５０】湖南鲁塘石墨矿Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究李超１，２，３，王登红１，周利敏３，赵鸿３，李欣尉３，屈文俊３（１．中国地质科学院矿产资源研究所，北京１０００３７；２．北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京１００８７１；３．国家地质实验测试中心，北京１０００３７）摘要石墨具有较高的Ｒｅ、Ｏｓ含量，可望成为理想的Ｒｅ－Ｏｓ同位素测年对象，但迄今国内外研究较少，尤其在煤层经变质作用形成石墨过程中，其中Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系的变化还有待研究。湖南鲁塘石墨矿是我国典型的隐晶质石墨矿床之一，矿体产于二叠系龙潭组煤系地层中。本文采用Ｃａｒｉｕｓ管逆王水溶解样品，直接蒸馏、微蒸馏分离纯化Ｏｓ，丙酮萃取法分离富集Ｒｅ，热表面电离质谱法对鲁塘矿区石墨样品以及外围原煤进行了Ｒｅ－Ｏｓ同位素分析。结果表明鲁塘石墨的Ｒｅ含量为０．９０１～９．７９４ｎｇ／ｇ，Ｏｓ含量为７．３～１８９．５ｐｇ／ｇ，Ｒｅ－Ｏｓ同位素等时线年龄为１５５．６３．６Ｍａ，该年龄与鲁塘石墨矿东侧骑田岭岩体第二阶段中粒黑云母花岗岩锆石Ｕ－Ｐｂ年龄１５３～１５７Ｍａ一致，表明了龙潭组煤层受到骑田岭岩体“ 烘烤” 作用，发生热接触变质作用，使得靠近骑田岭岩体原煤变质为石墨，形成石墨矿床。通过对比石墨、原煤和骑田岭岩体Ｒｅ、Ｏｓ含量及比值，发现石墨中的Ｒｅ、Ｏｓ主要来源于原煤，并根据石墨Ｒｅ－Ｏｓ等时线初始（１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ）ｉ值（０．６８６０．０３２），推测骑田岭岩体在侵入煤系地层过程中，有少量具有较低１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ值的Ｏｓ被碳质吸附。关键词鲁塘；石墨矿；成因；Ｒｅ－Ｏｓ同位素；定年中图分类号Ｐ６１９．２５２；Ｏ６５７．６３；Ｐ５９７．３文献标识码ＡＲｅ－Ｏｓ同位素亲有机的特性被越来越多的地质学家所认识，早期研究表明，Ｒｅ、Ｏｓ可能以络合物的形式赋存于沉积岩、原油、沥青、石墨等富有机质样品中。Ｒｅ－Ｏｓ同位素测试技术作为一种强有力的技术手段，在富有机质沉积地层的年代学研究中得到了广泛应用，在物质来源研究、古海洋和古气候演化研究发挥了重要作用［１－３］。Ｓｅｌｂｙ等（２００９）［４］利用黑色页岩Ｒｅ－Ｏｓ同位素测试技术对多个地质界线年龄进行了精确厘定。李超等（２０１４）［５］总结了已发表的富有机质沉积岩Ｒｅ－Ｏｓ同位素数据，汇总了不同时代海水的Ｏｓ同位素组成，绘制了～２．７Ｇａ至今海水Ｏｓ同位素组成演化曲线，反映了自元古代开始地球大气从还原性逐渐过渡到氧化性的过程，揭示出不同时期海水Ｏｓ同位素组成变化对陨石撞击、雪球地球、区域构造隆升等地质事件的响应。在富有机质沉积岩作为烃源岩发生熟化成油的过程中，有机质中的Ｒｅ、Ｏｓ也会随有机质一起进入原油［６－９］。在随着有机质熟化迁移的过程中，Ｏｓ同位素能够重新达到平衡，重新计时。因此，油砂Ｒｅ－Ｏｓ同位素年龄能够反映生烃年龄［１０］，沥青Ｒｅ－Ｏｓ同位素年龄能够反映有机质发生运移或油气藏破坏年龄［１１］。石墨是特殊地质作用的产物，也是新兴产业发展的重要原材料，并且有望成为Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究的理想对象之一，但国内外研究并不多见。已有一些学者对发生变质作用的富碳质地层开展了Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究。例如，Ｈａｎｎａｈ等（２００８）［１２］对采自Ｋａｒｅｌｉａ变质油页岩地层中的脉状和碎屑角砾状７９２ ChaoXing 的次石墨岩进行Ｒｅ－Ｏｓ同位素分析，获得了较为精确的Ｒｅ－Ｏｓ同位素年龄（２０５０Ｍａ），该年龄与前人利用Ｐｂ－Ｐｂ法和Ｓｍ－Ｎｄ法对围岩进行分析所获得的同位素年龄在误差范围内基本一致，反映了地层沉积年龄。陈郑辉等（２０１０）［１３］对江西长寿源铅锌矿共生的石墨样品进行了Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究，认为矿体在变质过程中，富有机质沉积地层中的Ｒｅ－Ｏｓ同位素计时发生了重置。由于石墨矿床中缺少适合定年的矿物，石墨矿床的直接定年问题一直很难得到解决。湖南鲁塘石墨矿品位较高，固定碳含量为７５％～８０％，矿体赋存于上古生界上二叠系龙潭组地层中。前人研究表明，海陆交互相形成的原煤中Ｒｅ、Ｏｓ含量较高，并且封闭性较好［１４］。鲁塘石墨矿同样是由海陆交互相原煤经过变质作用形成的石墨，那么，由煤发生变质作用形成石墨过程中，Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系是否能够发生重置而重新计时值得开展研究。本文将Ｒｅ－Ｏｓ同位素直接用于鲁塘石墨矿床的年代学研究，不仅为石墨矿床定年提供一种新的技术手段，而且对于研究煤系地层在变质过程中Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系的变化具有重要意义。１地质背景湖南鲁塘石墨矿位于郴州市西南约４０ｋｍ，郴县、桂阳、临武三县交界处，属鲁塘、荷叶、太和、沙田四乡管辖。矿区位于耒阳临武南北向构造带上，由上古生界组成的沙田鲁塘复式向斜东翼［１５］，其东侧为印支燕山期花岗岩侵入（骑田岭岩体）。由向斜轴部向外依次出露有上二叠统长兴组硅质岩、硅质灰岩、含有菊石化石粉砂岩、龙潭组碎屑岩及煤层（石墨）；下二叠统当冲组硅质岩、栖霞组灰岩及中、上石炭统壶天群白云质灰岩。矿区南北长１７ｋｍ，东西宽３．１ｋｍ，含煤（石墨）盆地面积５４ｋｍ２。由于矿区东侧骑田岭花岗岩体的侵入，致使矿区含煤系地层全部变质，由东而西由石墨→石墨化无烟煤→无烟煤逐渐过渡［１６］。矿体赋存于上古生界上二叠系龙潭组地层中（图１）。龙潭组分为上下两段，总厚约６００ｍ。下段以粉砂岩、粉砂质泥岩为主。上段由泥岩、粉砂岩、长石石英砂岩、石英砂岩和煤层（有的已变质成石墨）组成，厚度１３０～３２４ｍ［１７］。地层走向北北东，组成鲁塘沙田复式向斜中次一级向斜，两翼产状较平缓，倾角为３０～４０。骑田岭复式花岗岩体与含矿地层的接触界线呈北北东方向，多与围岩呈齿状或枝１二叠系长兴组；２二叠系龙潭组；３二叠系当冲组；４二叠系栖霞组；５石炭系中上统壶天群组；６石炭系下统梓门桥组；７石炭系下统测水组；８石炭系下统石磴子组；９二长花岗岩；１０花岗斑岩；１１矿体；１２勘探线。图１湖南鲁塘石墨矿区地质图（据１ ∶ ２５０００湖南省郴州市鲁塘矿区边深部煤（石墨）矿普查地质图）Ｆｉｇ．１ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｄｅｐｏｓｉｔｓｉｎＨｕｎａｎ（ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ１∶２５０００ｇｅｎｅｒａｌｓｕｒｖｅｙｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｏｆｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｄｅｐｔｈｃｏａｌ（ｇｒａｐｈｉｔｅ）ｏｒｅｄｅｐｏｓｉｔｓｉｎＬｕｔａｎｇ，Ｃｈｅｎｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ）叉状侵入接触，由于岩体侵入热力影响，促使岩体西侧外接触带宽约９００ｍ范围内的地层变质，靠近岩体的煤变质成了石墨，形成矿体形态复杂的隐晶质石墨矿床。在石墨矿层与煤层之间通常有一个石墨无烟煤混生带（即半石墨带），石墨、半石墨和煤层的分带大致与花岗岩体平行，随着离岩体由近而远，变质矿物种类和矿石类型、结构皆有明显变化。矿石的主要矿物成分为石墨，其次为石英、绢云母、方解石、红柱石等，具土状或致密块状构造、鳞片变晶结构。呈钢灰色，具金属光泽和强的滑腻感。２样品及实验方法２．１样品制备所采集的石墨样品主要以块状产出，呈钢灰色，８９２第３期岩矿测试ｈｔｔｐ ∥ｗｗｗ．ｙｋｃｓ．ａｃ．ｃｎ２０１７年 ChaoXing 半金属光泽，块状原煤样品为黑色，污手。首先将手标本用滤纸包好，用干净的地质锤凿碎，选取其中一小块（约１ｇ）完整的新鲜石墨（原煤），避免选取靠近方解石脉的石墨（原煤）样品，以避免方解石对石墨（原煤）Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系的热扰动作用。并用玛瑙研磨至２００目，样品的纯度为９９％以上。在选取每件样品之前，用酒精棉球将地质锤和玛瑙研磨擦拭干净，以防止交叉污染。２．２溶样准确称取０．２ｇ待分析样品，通过细颈漏斗加到长２０ｃｍ的Ｃａｒｉｕｓ管底部。缓慢加液氮到有半杯乙醇的保温杯中，使成黏稠状（－８０～－５０ ℃）。将装好样品的Ｃａｒｉｕｓ管置于该保温杯中，用３ｍＬ经二次蒸馏纯化１０ｍｏｌ／Ｌ盐酸通过细颈漏斗把准确称取的１８５Ｒｅ和１９０Ｏｓ混合稀释剂转入Ｃａｒｉｕｓ管底部。再次加入液氮，待Ｃａｒｉｕｓ管中溶液冻住之后，再依次加入５ｍＬ经二次蒸馏纯化１５ｍｏｌ／Ｌ硝酸和１ｍＬ３０％ＭＯＳ级过氧化氢［１８］。再次加入液氮，当Ｃａｒｉｕｓ管底溶液冻实后用液化石油气和氧气火焰加热封好Ｃａｒｉｕｓ管的细颈部分。擦净表面残存的乙醇，放入不锈钢套管内。轻轻将套管置于鼓风烘箱内，待回到室温后逐渐升温到２３０ ℃，加热２４ｈ。取出，冷却后在底部冻实的情况下，用玻璃刀将Ｃａｒｉｕｓ管打开。２．３蒸馏法分离富集Ｏｓ直接蒸馏将溶好冰冻的Ｃａｒｉｕｓ管在细颈处打开，蒸馏前放在冰水浴中回温后，加入１５ｍＬ超纯水，把事先准备好的穿有两根聚四氟乙烯细管（内径０．５ｍｍ，外径０．９ｍｍ）的胶头套在Ｃａｒｉｕｓ管的细颈部分。吸收管内装有５ｍＬ５０％氢溴酸（冰水浴）吸收蒸馏出的ＯｓＯ４。把Ｃａｒｉｕｓ管插入盖子上有孔的电蒸笼中，送气管插入Ｃａｒｉｕｓ管内溶液底部，待气路通畅后再将排气管插进吸收管吸收液底部，１００ ℃ 电蒸笼蒸汽加热５０ｍｉｎ［１９］。所得ＯｓＯ４－氢溴酸吸收液置于８０ ℃烘箱中，加热２ｈ。微蒸馏将氢溴酸吸收液转移至１００ｍＬ聚四氟乙烯蒸发皿中，浓缩至大约１００μ Ｌ，然后用移液枪转移至倒置的尖底瓶盖子上，在１００ ℃电热板上加热至完全干，在５ｍＬ尖底瓶底部加入１０μ Ｌ四次蒸馏纯化的氢溴酸；将４０μ Ｌ９ｍｏｌ／Ｌ硫酸－三氧化铬溶液覆盖在蒸干的氢溴酸溶液上面，并迅速将尖底瓶倒置拧紧；然后将尖底瓶（除了顶部加有氢溴酸部分）包上铝箔，置于８５ ℃电热板上蒸馏４ｈ；将尖底瓶盖子上的硫酸－三氧化铬溶液用超纯水冲洗干净，然后拧紧尖底瓶盖子并置于８０ ℃烘箱中加热２ｈ，将尖底瓶盖子打开再加热０．５ｈ，可直接用于点带测定Ｏｓ同位素比值。２．４丙酮萃取法富集Ｒｅ将Ｃａｒｉｕｓ管蒸馏残液转入１５０ｍＬ聚四氟乙烯烧杯中，将其置于电热板上，加热近干。加少量水，加热近干，重复两次以降低酸度。加入１０ｍＬ１２ｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠（如果碱化后沉淀量过多，可适当增加氢氧化钠用量），稍微加热，促进样品转为碱性介质。转入５０ｍＬ聚四氟乙烯离心管中，加入１０ｍＬ丙酮，振荡１ｍｉｎ，萃取Ｒｅ。以２０００ｒ／ｈ离心１０ｍｉｎ后，用滴管直接取上层丙酮相到２０ｍＬ已加有３ｍＬ１２ｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠的聚四氟乙烯离心管中，振荡１ｍｉｎ，以２０００ｒ／ｈ离心１０ｍｉｎ，用一次性滴管取上层５ｍＬ丙酮于洗干净的装有１ｍＬ超纯水聚四氟乙烯烧杯中，然后在电热板上８０ ℃加热除去丙酮，将电热板温度升至１２０ ℃加热至干，加数滴浓硝酸和３０％过氧化氢，加热蒸干以除去残存的有机质。加入５μ Ｌ超纯水，用热电离质谱法（ＴＩＭＳ）测定Ｒｅ同位素比值［２０］。２．５点带首先将焊好的铂带在空气中以４．５Ａ的电流去气０．５ｈ，然后用微量移液器将溶液小心地点在铂带上（每次取０．２μ Ｌ），以１Ａ电流蒸干。当溶液全部转移完全蒸干后，缓慢升高电流至１．５Ａ，持续１ｍｉｎ赶尽多余的杂质，随后降低电流。用微量移液器取发射剂０．５μ Ｌ氢氧化钡溶液点在试样上，以０．６Ａ电流蒸干，可看到乳白色的沉淀覆盖在铂带上。随后缓慢升高电流至乳白色沉淀开始熔化成像冰一样的状态，而后降低电流。２．６热表面电离质谱测量采用Ｔｒｉｔｏｎ－ｐｌｕｓ热表面电离质谱仪（美国ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ公司）测定同位素比值。对于Ｒｅ采用静态Ｆａｒａｄａｙ模式测定１８５ＲｅＯ４、１８７ＲｅＯ４；对于Ｏｓ，采用ＣＤＤ多接收模式测定１８６ＯｓＯ３、１８７ＯｓＯ３、１８８ＯｓＯ３、１９０ＯｓＯ３、１９２ＯｓＯ３，同时测定１８５ＲｅＯ３以扣除１８７ＲｅＯ３对１８７ＯｓＯ３的影响［２１］。２．７数据处理对测量数据利用Ｏ同位素自然丰度采用逐级剥谱法进行Ｏ同位素干扰校正。采用普通Ｒｅ的１８５Ｒｅ／１８７Ｒｅ＝０．５９７３８作为外标进行Ｒｅ同位素质量分馏校正，采用１９２Ｏｓ／１８８Ｏｓ＝３．０８２７作为内标迭代法对Ｏｓ进行质量分馏校正。９９２第３期李超，等湖南鲁塘石墨矿Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究第３６卷 ChaoXing ３结果与讨论３．１鲁塘石墨和原煤样品的Ｒｅ－Ｏｓ含量特征石墨、原煤样品中Ｒｅ－Ｏｓ同位素数据见表１。Ｒｅ、Ｏｓ含量的不确定度包括样品和稀释剂的称量误差、同位素组成误差、稀释剂的标定误差、质谱测量的分馏校正误差和待分析样品同位素比值误差。整个分析流程的空白为Ｒｅ３ｐｇ，普通Ｏｓ０．０５ｐｇ，１８７Ｏｓ０．０２ｐｇ，即相对于样品中的Ｒｅ、Ｏｓ含量此空白可以忽略不计。从表１中的数据可以看出，石墨样品的Ｒｅ含量介于０．９０１～９．７９４ｎｇ／ｇ，普通Ｏｓ和１８７Ｏｓ含量分别为０．００５１～０．１６５０ｎｇ／ｇ和０．００２２～０．０２４５ｎｇ／ｇ。６件原煤样品的Ｒｅ含量介于６．５６～２３．６６ｎｇ／ｇ，普通Ｏｓ和１８７Ｏｓ的含量分别为０．０７３８～０．１６３９ｎｇ／ｇ和０．０１２３～０．０４００ｎｇ／ｇ。石墨和原煤样品的Ｒｅ、Ｏｓ含量相对于其地壳丰度显著富集［２２－２３］，与一般的黑色岩系样品中Ｒｅ、Ｏｓ含量相近［１０，２４－２５］。这表明了在原煤沉积以及石墨变质过程中Ｒｅ、Ｏｓ存在一定的富集作用。通过对比石墨、原煤和骑田岭岩体Ｒｅ、Ｏｓ含量及其比值，不难发现石墨中的Ｒｅ、Ｏｓ主要来源于原煤，虽然在变质过程中Ｒｅ、Ｏｓ有一定丢失，但是在高温条件下，在原煤变质成石墨的过程中，剩余的Ｏｓ能够发生均一化，使得Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系重新计时，记录变质作用的发生时代。表１鲁塘石墨矿样品Ｒｅ－Ｏｓ同位素数据Ｔａｂｌｅ１Ｒｅ - ＯｓｉｓｏｔｏｐｅｄａｔａｏｆＬｕｔａｎｇｇｒａｐｈｉｔｅｄｅｐｏｓｉｔ样品种类原样编号样品质量（ｇ）Ｒｅ含量（ｎｇ／ｇ）普通Ｏｓ含量（ｎｇ／ｇ）１８７Ｏｓ含量（ｎｇ／ｇ）１８７Ｒｅ／１８８Ｏｓ１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度测定值不确定度石墨ＬＴ２－１０．２０１７６．０３７０．０１８０．１６５００．００１０．０２４５０．０００４１７６．１０．８１．１３７０．０１８ＬＴ２－２０．２００３１８．０２１０．０２４０．０８９１０．００１０．０２１２０．０００３４３３．６３．０１．８２４０．０２９ＬＴ３－１０．２００８６０．９０１０．００３０．００７３０．００００．００２２０．００００５９７．３６．０２．２７５０．０３１ＬＴ３－２０．２０１０８１．２１４０．００４０．００５１０．００００．００２４０．００００１１４７６３．６５９０．０２４ＬＴ２－３０．２１４０９５．４４７０．０１６０．１５６２０．００１０．０２３００．０００２１６７．９１．１１．１２８０．０１０ＬＴ２－４０．２０３０１９．７９４０．０２９０．０９０００．００１０．０２３８０．０００２５２４．０３．４２．０２９０．０１９ＬＴ２－５０．２０１１４８．１５６０．０２６０．１００９０．００１０．０２２２０．０００２３８９．０３．２１．６８４０．０１８原煤１３ＬＴ－１０－１０．２５０２３１２．３９０．１３０．０７２７０．００１０．０１２３０．０００２８２０．５１２．０１．２９７０．０２８１３ＬＴ－１０－２０．２５０６３１５．７３０．２２０．１１９００．００１０．０４０００．０００６６３６．４１１．６２．５７４０．０５１１３ＬＴ－１０－３０．２５０５２１０．５５０．０４０．０９７９０．００１０．０２６２０．０００２５１８．９５．９２．０５２０．０２９１３ＬＴ－１０－４０．２５０８１６．５６０．０８１０．１６３９０．００１０．０２７１０．０００２１９２．７２．８１．２６５０．０１５１３ＬＴ０６－１０．２００３５２３．６６０．０８０．１５０９０．００１０．０２５９０．０００２７５４．９４．７１．３１６０．０１１１３ＬＴ０６－２０．２００２９１５．２００．０６０．０７３８０．００１０．０１７７０．０００２９９１．０１１．２１．８３７０．０２６花岗岩ＱＴＬ－１２４．００１０．０２１７０．０００５０．００６６０．０００１０．０００４３０．００００１１５．８００．４５０．４９８５０．０１３０ＱＴＬ－１４４．００００．０６２９０．０００５０．００３４０．０００００．０００４００．００００１９０．２５１．０１０．９２１００．０１３０ＱＴＬ－２２４．００００．０１７７０．０００６０．００２３０．０００００．０００２６０．０００００３７．４５１．４６０．８８８２０．０１５９３．２鲁塘石墨的Ｒｅ－Ｏｓ年龄及石墨矿床成因分析鲁塘石墨矿石墨样品的Ｒｅ－Ｏｓ同位素比值等时线如图２所示［２６］。所得到的Ｒｅ－Ｏｓ同位素年龄为１５５．６３．６Ｍａ（ｎ＝７，ＭＳＷＤ＝２．３），Ｏｓ同位素初始比值（１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ）ｉ＝０．６８６０．０３２。所获得的Ｒｅ－Ｏｓ同位素等时线年龄明显晚于周围二叠纪长兴组斗岭组泥岩地层沉积岩年龄，而与鲁塘石墨矿东侧上骑田岭第二期浅灰色斑状二长花岗岩侵位时代１５３～１５７Ｍａ在误差范围内相一致［２７］。在空间位置关系上，鲁塘石墨矿在越靠近骑田岭岩体的位置，其品位也越高，显然，鲁塘石墨矿为岩浆热接触成因，表明了龙潭组煤层受到岩浆“ 烘烤” 作用，发生热接触变质作用，使得靠近骑田岭岩体煤层变质为石墨，从而形成石墨矿床。这说明石墨的成因与区域上骑田岭第二期岩体的侵入存在密切联系。靠近岩体位置的龙潭组煤层，在高温高压缺氧条件下发生强烈变质作用，有机质发生脱氢脱氧反应，有机碳最终转化为无机碳，煤层变质形成石墨矿，而在距岩体大约２ｋｍ以外的煤层并未发生变质。即燕山期岩浆的侵入活动，使得靠近骑田岭岩体的沉积地层发生了强烈的变质作用，随着含矿地层与岩体的距离越近，地层发生的变质作用越强烈，石墨矿的品位越高。３．３鲁塘石墨中Ｏｓ的来源沉积岩系中的Ｏｓ来源于海水［２８－２９］，从元古宙到显生宙沉积岩系（１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ）ｉ值均介于０．３～１．０［５］，而在一些由富有机质沉积岩演变而成的地质样品中，如油砂、沥青等均具有较高的（１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ）ｉ值（大于１．５）［８，１０］，这主要是由于Ｒｅ－Ｏｓ同００３第３期岩矿测试ｈｔｔｐ ∥ｗｗｗ．ｙｋｃｓ．ａｃ．ｃｎ２０１７年 ChaoXing 图２鲁塘石墨矿石墨样品Ｒｅ－Ｏｓ等时线图Ｆｉｇ．２Ｒｅ - ＯｓｉｓｏｃｈｒｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｉｎＬｕｔａｎｇｇｒａｐｈｉｔｅｄｅｐｏｓｉｔ位素体系发生重置重新计时的结果。石墨是由较老的煤发生变质作用而成的，理论上应该具有一个较高的（１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ）ｉ值，而鲁塘石墨矿的Ｏｓ同位素初始比值为０．６８６，很显然比理论值偏低。当煤层在高温高压条件下转化成石墨矿的过程中，其中的Ｏｓ同位素能够发生均一化过程，使得Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系能够重新计时。有两种可能性造成了石墨Ｏｓ同位素初始比值偏低第一，煤的沉积环境具有一个极低的Ｏｓ同位素比值，因此由煤转化成石墨后，其Ｏｓ同位素初始比值同样较低；第二，在石墨形成过程中，一个具有较低Ｏｓ同位素比值的端元组分加入石墨中，与煤层中较高的Ｏｓ同位素比值端元发生混合，故得到现在的Ｏｓ同位素初始比值０．６８６。由于鲁塘石墨矿煤层的沉积环境为海陆交互沼泽相，煤的沉积环境不太可能具有较低的Ｏｓ同位素比值特征。鲁塘石墨矿为岩浆热接触变质成因，可以认为在石墨的形成过程中，骑田岭花岗岩起到了十分重要的作用，而且从骑田岭第二阶段花岗岩Ｒｅ－Ｏｓ研究来看，其形成的确存在幔源物质的参与［３０］。因此可以认为，骑田岭花岗岩不仅为石墨矿的形成提供了热源，而且一些岩浆流体可能与石墨矿发生了物质上的交换。３．４鲁塘原煤Ｒｅ－Ｏｓ体系封闭性对鲁塘石墨矿区外围原煤进行Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究表明，其Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系的封闭性较差，并未得到等时线年龄（图３）。由于原煤沉积的环境处于海陆交互相，如果与海水接触时间较短，很可能造成初始Ｏｓ同位素比值不一致，因此，不满足获得Ｒｅ－Ｏｓ等时线年龄的前提。还有一种可能，即原煤中的Ｒｅ－Ｏｓ体系在沉积过程中是封闭的，由于骑田岭岩体的侵入，该岩体的初始岩浆温度为９５０ ℃［３１］，并且骑田岭复式岩体总出露面积约５２０图３鲁塘石墨矿原煤样品Ｒｅ－Ｏｓ等时线图Ｆｉｇ．３Ｒｅ - ＯｓｉｓｏｃｈｒｏｎｏｆｃｏａｌｉｎＬｕｔａｎｇｇｒａｐｈｉｔｅｄｅｐｏｓｉｔｓｋｍ２，持续时间长达十几个Ｍａ［２７］，由于煤田深部存在如此大规模的岩浆活动，较长期地处于高温条件下，完全有可能使得原煤中Ｒｅ－Ｏｓ体系受到扰动，对石墨矿床体系的形成产生影响。４结论鲁塘石墨矿产于二叠系龙潭组煤系地层中，在越靠近骑田岭岩体的位置，其品位也越高，Ｒｅ－Ｏｓ同位素等时线年龄为１５５．６３．６Ｍａ，该年龄与鲁塘石墨矿东侧骑田岭岩体第二阶段二长花岗岩锆石Ｕ－Ｐｂ年龄１５３～１５７Ｍａ一致。表明龙潭组煤层受到骑田岭岩体“ 烘烤” 作用，发生热接触变质作用，使得靠近骑田岭岩体原煤变质为石墨，形成石墨矿床，由此也表明该矿床为热接触变质成因。本研究对远离骑田岭岩体没有变质的原煤进行Ｒｅ－Ｏｓ同位素分析表明，虽然结构并未发生改变，但是其中Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系封闭性已经受到破坏，可能是受到岩浆烘烤作用，同位素体系发生扰动。通过对比鲁塘石墨、原煤和骑田岭岩体Ｒｅ－Ｏｓ同位素特征，指示石墨中的Ｒｅ、Ｏｓ主要来源于原煤，在变质过程中，原煤中的Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系发生重置，重新计时。鲁塘石墨矿Ｏｓ同位素初始比值为０．６８６，与原煤沉积时海水的１８７Ｏｓ／１８８Ｏｓ值一致，如果石墨中Ｏｓ源于原煤，那么理论上该值应该大于０．６８６。由此推测，骑田岭岩体在侵入煤系地层过程中，少量Ｏｓ可能由侵入的骑田岭岩体提供。５参考文献［１］ＣｏｈｅｎＡＳ，ＣｏｅＡＬ，ＢａｒｔｌｅｔｔＪＭ．ＰｒｅｃｉｓｅＲｅ - Ｏｓａｇｅｓｏｆｏｒｇａｎｉｃ - ｒｉｃｈｍｕｄｒｏｃｋｓａｎｄｔｈｅＯｓｉｓｏｔｏｐｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＪｕｒａｓｓｉｃｓｅａｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＥａｒｔｈａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＳｃｉｅｎｃｅＬｅｔｔｅｒｓ，１９９９，１６７１５９－１７３．１０３第３期李超，等湖南鲁塘石墨矿Ｒｅ－Ｏｓ同位素研究第３６卷 ChaoXing ［２］ＨａｎｎａｈＪＬ，ＢｅｋｋｅｒＡ，ＳｔｅｉｎＨＪ，ｅｔａｌ．ＰｒｉｍｉｔｉｖｅＯｓａｎｄ２３１６ＭａａｇｅｆｏｒｍａｒｉｎｅｓｈａｌｅＩｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒＰａｌｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｉｃｇｌａｃｉａｌｅｖｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｒｉｓｅｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｏｘｙｇｅｎ［Ｊ］．ＥａｒｔｈａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＳｃｉｅｎｃｅＬｅｔｔｅｒｓ，２００４，２２５４３－５２．［３］赵鸿，李超，江小均，等．Ｒｅ－Ｏｓ同位素精确厘定长兴 “ 金钉子” 灰岩沉积年龄［Ｊ］．科学通报，２０１５，６０（２３）２２０９－２２１５．ＺｈａｏＨ，ＬｉＣ，ＪｉａｎｇＸＪ，ｅｔａｌ．ＤｉｒｅｃｔｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃｄａｔｉｎｇｏｆｌｉｍｅｓｔｏｎｅｆｒｏｍＣｈａｎｇｘｉｎｇＰｅｒｍｉａｎ - ＴｒｉａｓｓｉｃｂｏｕｎｄａｒｙｕｓｉｎｇｔｈｅＲｅ - Ｏｓｇｅｏｃｈｒｏｎｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＳｃｉｅｎｃｅＢｕｌｌｅｔｉｎ，２０１５，６０（２３）２２０９－２２１５．［４］ＳｅｌｂｙＤ，ＭｕｔｔｅｒｌｏｓｅＪ，ＣｏｎｄｏｎＤＪ．Ｕ - ＰｂａｎｄＲｅ - ＯｓｇｅｏｃｈｒｏｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＡｐｔｉａｎ／ＡｌｂｉａｎａｎｄＣｅｎｏｍａｎｉａｎ／ＴｕｒｏｎｉａｎｓｔａｇｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓＩｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｉｍｅｓｃａｌｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ｏｓｍｉｕｍｉｓｏｔｏｐｅｓｅａｗａｔｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄＲｅ - Ｏｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｉｎｏｒｇａｎｉｃ - ｒｉｃｈｓｅｄｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２００９，２６５（３）３９４－４０９．［５］李超，屈文俊，王登红，等．Ｒｅ－Ｏｓ同位素在沉积地层精确定年及古环境反演中的应用进展［Ｊ］．地球学报，２０１４，３５（４）４０５－４１４．

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