山东莱芜地区矽卡岩型铁矿床成矿作用与成矿机制研究

论文摘要

位于华北克拉通东部的鲁西莱芜地区是我国最重要的矽卡岩型富铁矿成矿区之一,也是我国平炉富矿的重要产地。莱芜地区中生代侵入岩发育,主要包括矿山、角峪、金牛山和铁铜沟岩体,其中矿山岩体是最重要的成矿岩体。矽卡岩型铁矿床主要产于矿山岩体与中奥陶统碳酸盐岩地层的接触带中,包括大-中型矿床7处,小型矿床3处,累计探明资源储量约5亿吨,占莱芜地区矽卡岩型铁矿总储量的95%以上。前人对该莱芜地区成矿岩体地质特征、控矿构造及矿化特征等开展了大量研究,但对该区成矿岩体的岩石成因、成矿流体组成和演化、成矿时代、膏岩层参与铁矿成矿的方式和机制等关键问题的研究还比较薄弱。针对以上问题,本文以莱芜地区的中生代侵入岩及张家洼大型富铁矿床为主要研究对象,在详细的野外地质调查、岩相和矿相学观察的基础上,开展相关的岩石地球化学、成矿年代学及矿物地球化学研究,深入探讨该区侵入岩的成因、成矿流体演化、膏盐层参与成矿的方式、成岩成矿时代和成矿动力学背景,揭示该区矽卡岩型富铁矿成因机制和关键控制因素。系统的锆石U-Pb定年结果表明,莱芜地区的侵入岩主要形成于130Ma,是华北克拉通破坏峰期的响应。该区几个主要侵入岩体如矿山、角峪、金牛山和铁铜沟等具高Mg#,富集LILE、Pb和LREE,亏损HFSE等微量元素组成特征,并明显富集Sr-Nd同位素,表明其初始岩浆来源于EMI型和EMII型地幔之间的富集岩石圈地幔的部分熔融,并且在岩浆演化过程中发生了不同程度的地壳混染;此外,铁铜沟岩体的同位素组成特征显示有少量软流圈物质的加入。莱芜地区富集岩石圈地幔的形成可能与三叠纪时期华南陆壳向华北克拉通俯冲过程中产生的熔体及侏罗纪时期古太平洋向中国东部俯冲产生的板片流体对华北克拉通岩石圈地幔的交代有关。张家洼矽卡岩型铁矿床主要赋存于矿山岩体的闪长质侵入体与中奥陶统碳酸盐岩的接触带、石炭系本溪组与奥陶系地层之间的层间滑动离构造以及接触带与层间构造的复合部位。野外观察和岩相学特征表明,该矿床的成矿作用可以分为钠质交代阶段（钠长石、方柱石）、干矽卡岩阶段（透辉石、镁橄榄石、尖晶石）、湿矽卡岩阶段（金云母、磁铁矿、蛇纹石及少量磷灰石和榍石）、硫化物阶段（黄铁矿）和碳酸盐阶段（方解石）,其中湿矽卡岩阶段是主成矿阶段,磁铁矿为主要的矿石矿物。与磁铁矿共生的热液榍石U-Pb年龄为131±4 Ma,与磁铁矿共生的金云母40Ar/39Ar年龄为130±1 Ma,二者在误差范高度吻合,并与矿山岩体的锆石U-Pb年龄（130±1 Ma）完全一致,表明莱芜地区矽卡岩型铁矿床的成岩成矿作用年龄为130 Ma。鲁西北淄博地区召口矽卡岩型铁矿床的石榴石U-Pb年龄为128±3 Ma,鲁西南沂南地区的铜井矽卡岩型Cu-Au-Fe矿床的石榴石U-Pb年龄为126±7–127±3 Ma。这些年龄在误差范围内均与张家洼铁矿床的年龄相似,暗示莱芜地区矽卡岩型铁矿床是鲁西早白垩世130 Ma左右区域大规模成矿作用的产物。综合华北克拉通东部已发表的矽卡岩型矿床及成矿岩体的年龄可知,华北克拉通中、东部的矽卡岩型铁矿成矿作用均爆发于130 Ma,与华北克拉通破坏峰期一致,指示华北地区大规模矽卡岩型铁成矿作用是华北克拉通岩石圈减薄和破坏的响应和产物。为了探讨莱芜地区矽卡岩型铁床成矿流体的演化以及膏岩层参与铁矿成矿的方式和机制,本文对成矿岩体（矿山岩体）中的硫化物和磷灰石以及矽卡岩型铁矿床中不同成矿阶段的热液矿物（钠化-干矽卡岩阶段的方柱石、湿矽卡岩阶段的热液磷灰石和磁铁矿、硫化物和碳酸盐阶段的黄铁矿）开展了系统的矿物学及地球化学研究。结果表明,矿山岩体中的磷灰石具有异常高的Cl含量（可达7 wt.%）,暗示与成矿有关的岩浆高度富集卤族元素（尤其是Cl）,从而有利于高盐度岩浆流体的出溶。该区成矿岩体中辉石堆晶和不成矿岩体中部分具有原生结构的硫化物硫同位素组成具有典型的岩浆硫特征(δ34S接近于0‰)。钠化-干矽卡岩阶段的方柱石Cl/Br摩尔比值介于565–1094,暗示该阶段的成矿流体以岩浆流体为主。形成于湿矽卡岩阶段且与磁铁矿共生的热液磷灰石具有明显更高的Cl/Br摩尔比值（685–8875）,指示该期流体混染了围岩奥陶纪蒸发岩中的岩盐;同时,热液磷灰石的87Sr/86Sr比值（0.70765–0.70903）明显高于成矿岩体的初始87Sr/86Sr比值（0.70645–0.70792）,而与奥陶系碳酸盐围岩的同位素组成相似（0.70867–0.70919）,也指示该阶段大量围岩物质加入到成矿热液中。张家洼铁矿的磁铁矿具有高Mg特征（MgO含量普遍大于1 wt.%）,并且伴生镁铁矿和镁钛矿,指示铁成矿阶段有大量富镁围岩物质的加入。硫化物-碳酸盐阶段的硫化物具有富重硫的硫同位素组成特征(δ34S值整体大于10‰),指示奥陶纪膏盐层中硫酸盐的加入为热液流体提供了大量的硫。同时,大规模富含地层重硫的热液流体叠加交代了该区成矿岩体,使岩体中富含浸染状、细脉状的热液黄铁矿,这些黄铁矿的硫同位素组成与矿石中硫化物阶段的黄铁矿硫同位素组成相近。综上所述认为,奥陶系膏岩层主要以热液流体交代、萃取的方式在湿矽卡岩阶段持续加入到成矿流体系统中;成矿岩体出溶的富氯流体利于铁质出溶和搬运,是成矿的关键因素。

论文目录

• 作者简历
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题来源、目的及意义
•     1.1.1 选题来源及目的
•     1.1.2 选题意义
•   1.2 国内外研究现状及存在问题
•     1.2.1 矽卡岩型铁矿床研究现状
•     1.2.2 华北矽卡岩型铁矿及莱芜地区矽卡岩型铁矿成矿作用
•     1.2.3 蒸发岩与岩浆及热液成矿的联系
•   1.3 选题的研究内容及方案
•   1.4 论文工作量
• 第二章 区域地质背景
•   2.1 鲁西地区区域地质特征
•     2.1.1 大地构造背景
•     2.1.2 区域地层
•     2.1.3 区域构造
•     2.1.4 区域岩浆岩
•     2.1.5 区域矿产
•   2.2 莱芜地区地质特征
•     2.2.1 地层
•     2.2.2 构造
•     2.2.3 岩浆岩
• 第三章 鲁西莱芜地区中生代侵入岩成因研究
•   3.1 岩相学特征及地球化学组成
•     3.1.1 岩相学特征
•     3.1.2 锆石U-Pb年代学
•     3.1.3 主-微量元素特征
•     3.1.4 全岩Sr-Nd同位素特征
•     3.1.5 锆石Lu-Hf同位素
•   3.2 岩石成因
•     3.2.1 莱芜地区侵入体的形成时代
•     3.2.2 莱芜地区侵入体的源区组成与岩浆演化
• 第四章 莱芜地区矽卡岩型铁矿床地质特征
•   4.1 张家洼铁矿床矿体地质特征及控矿构造
•   4.2 矿石类型及特征
•     4.2.1 矿石的矿物组成及其特征
•     4.2.2 矿石构造
•     4.2.3 矿石结构
•   4.3 围岩蚀变及成矿阶段
•     4.3.1 钠质交代阶段
•     4.3.2 干矽卡岩化阶段
•     4.3.3 湿矽卡岩化阶段
•     4.3.4 硫化物阶段
•     4.3.5 碳酸盐阶段
•     4.3.6 表生作用期
• 第五章 莱芜地区矽卡岩型矿床成矿年代学研究
•   5.1 莱芜地区矽卡岩型铁矿床热液榍石U-Pb定年
•     5.1.1 样品描述
•     5.1.2 分析结果
•     5.1.3 讨论
• 40Ar/³⁹Ar定年'>  5.2 莱芜地区矽卡岩型铁矿床金云母⁴⁰Ar/³⁹Ar定年
•     5.2.1 样品描述
•     5.2.2 分析结果
•     5.2.3 讨论
•   5.3 淄博召口矽卡岩型铁矿床石榴石U-Pb定年
•     5.3.1 矿区地质特征简述
•     5.3.2 样品描述
•     5.3.3 分析结果
•     5.3.4 讨论
•   5.4 沂南矽卡岩型Cu-Au矿床石榴石U-Pb定年
•     5.4.1 矿区地质特征简述
•     5.4.2 样品描述
•     5.4.3 分析结果
•     5.4.4 讨论
•   5.5 华北矽卡岩型铁成矿作用与克拉通破坏的成因联系
• 第六章 膏岩层对矽卡岩型铁矿床成矿的作用和控制
•   6.1 方柱石卤族元素组成特征及对成矿流体来源的指示
•     6.1.1 样品描述
•     6.1.2 分析结果
•     6.1.3 讨论
•   6.2 热液磷灰石元素和同位素组成特征及对成矿流体来源的指示
•     6.2.1 样品描述
•     6.2.2 分析结果
•     6.2.3 讨论
•   6.3 磁铁矿元素组成特征及对成矿流体来源的指示
•     6.3.1 样品描述
•     6.3.2 分析结果
•     6.3.3 讨论
•   6.4 莱芜地区硫同位素组成及对成矿流体来源的指示
•     6.4.1 样品描述
•     6.4.2 分析结果
•     6.4.3 讨论
•   6.5 矿山岩体中磷灰石卤族元素组成特征及对成矿流体来源的指示
•     6.5.1 样品描述
•     6.5.2 分析结果
•     6.5.3 讨论
•   6.6 膏盐层加入矽卡岩型铁成矿体系的时限及对成矿的影响
• 第七章 莱芜地区矽卡岩型铁矿关键控制因素与找矿潜力分析
•   7.1 成矿关键控制因素
•     7.1.1 岩浆条件
•     7.1.2 构造条件
•     7.1.3 地层条件
•   7.2 成矿潜力评价与找矿方向
• 第八章 结束语
•   8.1 主要认识和结论
•   8.2 存在问题和进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录:实验分析方法
•   1.全岩主-微量元素及Sr-Nd同位素分析
•     1.1 全岩主-微量元素组成分析
•     1.2 全岩Sr-Nd同位素组成分析
•   2.矿物成分分析
•     2.1 电子探针分析（EPMA）
•     2.2 方柱石卤素含量分析（LA-ICP-MS）
•     2.3 磷灰石微量元素分析（LA-ICP-MS）
•     2.4 磷灰石Br含量分析（SIMS）
•     2.5 石榴石LA-ICP-MS元素面扫描
•   3.U-Pb同位素定年
• 40Ar-³⁹Ar定年'>  4.金云母⁴⁰Ar-³⁹Ar定年
•   5.锆石Hf同位素分析
•   6.磷灰石原位Sr同位素分析
•   7.硫同位素分析
•     7.1 硫化物单矿物中硫同位素组成分析
•     7.2 硫酸盐及全岩中硫同位素组成分析
•     7.3 硫化物LA-MC-ICP-MS原位硫同位素组成分析
• 附表和附图

文章来源

类型: 博士论文

作者: 段壮

导师: 李建威

关键词: 鲁西莱芜地区,矽卡岩型铁矿床,岩浆成因,成矿年代,膏岩层加入,成矿流体,富铁矿

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程

单位: 中国地质大学

基金: 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目课题“矽卡岩型富铁矿成矿机制及控制因素”(项目编号:2012CB416802,2012.01-2016.12)

分类号: P618.31

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000240

总页数: 327

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