康滇地区大红山IOCG矿床成矿作用 ——矿物微区地球化学及年代学的成因启示

论文摘要

扬子西缘康滇地区是全球范围内一个重要的元古宙铁铜多金属成矿带。根据早期的勘探资料可推算出至少有10亿吨铁和6百万吨铜金属。该区自上世纪60年代几个典型铁铜矿床被发现以来,就引起大量学者和地质单位的关注。虽然迄今经过半个世纪的开采和研究,但目前对这些铁铜矿床的描述性地质模型（包括原岩组成,热液蚀变规律,控矿要素等）、成矿时代及大地构造背景、成矿及改造过程等关键科学问题仍然存在不少问题,从而制约了对矿床成因和区域成矿规律的总结。本论文选取区域最典型的、规模最大的大红山铁-铜-（金）矿床作为研究对象,通过总结分析前人资料和详细的野外地质观察,系统总结了该矿床热液蚀变特征和蚀变相组成。在精细的矿物学研究基础上,借助多种同位素年代学（Sm-Nd;Re-Os;U-Pb）测试方法,结合矿物原位同位素（S-B-Nd）分析,尝试厘清大红山铁铜矿床形成时代及改造历史,查明成矿物质来源、成矿（或改造）流体性质,深入探讨并总结了该矿床的成因模式,力求为康滇地区及我国同类型矿床的矿床成因和成矿规律研究提供有益借鉴。论文取得的主要认识和成果如下:大红山铁铜矿床的赋矿围岩大红山群是一套下元古界变火山-沉积地层,时代为1711-1665 Ma。通过原岩特征恢复,沉积地层沉积相自下而上由河流-三角洲相过渡到滨浅海潮坪碳酸盐相,主要岩性包括含砾砂岩–砂岩–粉砂岩–泥质粉砂岩或泥质岩–互层状含碳泥质粉砂岩和白云岩（IASD）–砂质白云岩–白云岩序列。沉积地层中夹杂有少量的火山岩,火山岩具有双峰式特征,出露以基性火山岩为主,有少量酸性岩已完全蚀变成石英钠长岩。这套地层在成矿过程在发生了强烈的热液蚀变作用,导致岩石矿物组成和面貌有很大差异,结合详细的野外观察、光学显微镜、显微镜冷阴极发光、以及X-射线元素扫面等技术论文系统恢复了赋矿地层的原岩特征,证实前人拟定的“红山组”800米厚的“细碧角斑岩系”为强烈蚀变并部分角砾岩化的沉积地层,仅含少量火山岩。条带状铁铜矿的关键层位石榴石云母片岩的原岩岩性主要为互层状含碳泥质粉砂岩和白云岩（IASD）。大红山矿床的主要矿体根据产状和矿石矿物组合差异可分为两类:产于石榴石云母片岩中的条带状-浸染状铁铜矿体和产于“红山组”地层中的块状铁矿体。铁铜矿石中的主要矿物组合为磁铁矿+黑云母+黄铁矿+黄铜矿+菱铁矿+绿泥石组合;铁矿石的主要矿物组合为钠长石+磁铁矿+赤铁矿+石英组合。详细的野外填图和岩相学研究表明大红山矿床中不同岩性中发育类似的热液蚀变相演化。热液蚀变从高温到低温的演化趋势为:Na–（Na）-Ca-Fe–HT K-Fe–LT K-Fe–LT Ca-Mg。与磁铁矿成矿有关的主要蚀变相为HT Ca-Fe和HT K-Fe两类蚀变;而与铜硫化物沉淀有关的蚀变主要为LT K-Fe蚀变。系统采集矿床中硫化物和电气石示踪物质来源及流体演化。根据产状硫化物可大致分为三个世代:PyI为HT Ca-Fe阶段包裹于磁铁矿内部的少量的黄铁矿包体;PyII+CcpII为LT K-Fe阶段大规模沉淀的硫化物,根据围岩进一步划分为II-1（砂岩或砂质白云岩）和II-2（IASD）;Py III+CcpIII则产于后期活化切穿片理的粗脉状石英-方解石脉中。PyI具有低δ34S值范围（-2.2‰到5.3‰）、低Se/S比值和低Co/Ni比值,表明该阶段成矿流体以岩浆流体为主。流体系统的Se/S比值随后升高,同时伴随有PyII+CcpII大规模沉淀。岩浆流体在砂岩以及砂质白云岩中占主导地位;而在主要赋矿围岩的IASD中,双峰式分布的硫化物δ34S值（1.0‰到5.1‰和13.5‰到15.8‰）暗示了盆地卤水和岩浆流体的混合可能对大红山硫化物大规模的沉淀起到了重要作用。大红山硫化物中特征的高Co-Ni含量和Co/Ni比值暗示了成矿流体具有基性岩浆岩的亲缘性。晚期活化脉中的黄铁矿的化学成分和S同位素组成总体与原生矿化类似,表明活化流体S及物质来源具有原生矿石继承性。电气石形成于大红山铁铜矿床中从早期钠化到最晚期LT Ca-Mg蚀变的5个主要蚀变和成矿阶段。电气石主要成分为铁电气石-镁电气石序列,属于碱族电气石。电气石的成分受流体和围岩的综合影响,受水/岩比控制。钠化阶段的电气石δ11B值为-14.7‰到-7‰,与随后的HT Ca-Fe阶段的δ11B值范围一致（-12.3‰到-5.7‰）。高温K-Fe阶段（-10.7‰到-0.5‰）和LT K-Fe阶段（-10.7‰到-2.2‰）的电气石具有显著升高的δ11B值范围。最晚期的的电气石-石英-方解石脉则给出了最高的+2.9‰到+5.9‰的范围。大红山中电气石硼同位素的显著分馏不可能仅仅依靠瑞利分馏形成,而是指示了岩浆流体和盆地卤水不同流体间的混合作用。对应阶段的O-S同位素也支持流体混合的存在。在钠化和磁铁矿形成阶段成矿流体以岩浆流体为主,而在随后的高温K-Fe阶段和硫化物大规模沉淀时有大量的盆地流体加入。电气石的系统硼同位素研究表明大红山铁铜矿床中的成矿流体最开始起源于岩浆源区,但非岩浆流体的加入可能对触发具有经济价值的硫化物矿化具有重要意义。对大红山矿床产出的各类副矿物进行了系统的年代学测试,建立了大红山矿床的年代学框架。与铜成矿紧密共生的热液锆石给出U-Pb年龄为1653±18 Ma,这一年龄与利用稀土矿物获得的Sm-Nd误差等时线年龄1654±55 Ma的年龄一致,也与通过脉岩穿插关系所限定的年龄一致,这些年龄一致表明大红山矿床的主成矿期在1.65 Ga。然而,多种同位素定年手段,包括硫化物Re-Os,副矿物U-Pb,以及全岩和稀土矿物Sm-Nd同位素分析则发现大红山矿床形成后经历至少了5期流体的改造作用,分别为（1）1441±58 Ma与区域岩浆流体活动,（2）1026±15Ma与区域岩浆流体活动,（3）910±23 Ma940±12Ma的大红山局部构造-岩浆（?）事件,（4）872±12 Ma876±2 Ma的区域岩浆流体活动,和（5）799±13Ma830±5 Ma与区域大规模岩浆-变质作用有关的流体活动。与主期成矿事件同时代的双峰式岩浆岩的地球化学特征,以及赋矿裂谷盆地火山-沉积地层的演化过程,表明矿床形成与哥伦比亚超大陆裂解有关,大地构造背景为克拉通边缘的大陆裂谷沉积盆地,而成矿后的改造事件可与区域多期次的岩浆-构造-热事件相对应。为了进一步查明成矿期成矿物质来源和成矿后多期热液叠加事件有无新物质加入的可能,本文系统分析矿石全岩和主要稀土矿物（磷灰石、独居石及褐帘石）的Sm-Nd同位素组成。结合相对应的U-Pb年代学体系,从REE的角度,鉴别出仅在1.45 Ga有少量新生成矿物质的加入,而大量的晚中-早新元古代稀土矿物均为1.65 Ga的矿石再活化,并没有新的成矿物质加入。因此从REE的角度,这些稀土矿物如独居石、褐帘石等的年龄（1.04–0.80 Ga）并不能代表独立成矿事件,而是记录了流体叠加/改造活动,指示了稀土元素在矿床内部的重新分布的过程,表明前寒武纪矿床中的稀土元素及其他成矿元素在后期地质事件中可能发生活化和改造作用。

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作者简介

摘要

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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 研究意义

1.2 国内外研究现状及存在问题

1.2.1 铁氧化物-铜-金型矿床研究现状

1.2.2 发展趋势

1.2.3 康滇地区铁氧化物-铜-金型矿床研究现状

1.3 研究内容及方案

1.3.1 关键科学问题

1.3.2 研究对象

1.3.3 研究内容

1.4 完成的实物工作量

第二章区域地质

2.1 地层和岩浆岩

2.1.1 古-中元古代火山-沉积地层和侵入岩

2.1.2 中-新元古代火山-沉积地层和侵入岩

2.2 构造

2.2.1 褶皱

2.2.2 断裂

2.3 区域矿产

第三章测试分析方法

3.1 全岩微量元素分析

3.2 物相及主量元素分析

3.2.1 冷阴极发光

3.2.2 扫描电镜

3.2.3 电子探针

3.3 激光剥蚀ICP-MS微量元素分析

3.4 B-O-S-Nd同位素分析

3.5 年代学分析

3.5.1 LA-ICP-MS U-Pb副矿物年代学

3.5.2 SHRIMP副矿物U-Pb年代学

3.5.3 硫化物Re-Os年代学测试

3.5.4 全岩ID-TIMS年代学测试

第四章矿床地质特征

4.1 矿区地质

4.1.1 地层

4.1.2 构造

4.1.3 岩浆岩

4.2 矿体特征

4.2.1 I号铁铜矿带

4.2.2 II号铁矿带

4.3 蚀变特征及蚀变相

4.3.1 蚀变相的基本概念

4.3.2 大红山矿区蚀变相分析

4.3.3 原岩恢复

4.4 角砾岩与后期叠加蚀变

4.4.1 大红山角砾岩

4.4.2 后期蚀变与矿化的叠加

4.5 矿物生成顺序与成矿期次

第五章成矿流体来源和演化

5.1 硫化物矿物学特征及其原位微量元素和硫同位素分析

5.1.1 典型样品产状及硫化物显微结构特征

5.1.2 硫化物微量元素特征

5.1.3 硫化物硫同位素特征

5.1.4 讨论

5.2 电气石主量元素及硼同位素组成示踪成矿流体演化

5.2.1 电气石产状和实验样品

5.2.2 分析结果

5.2.3 讨论

第六章成矿时代及改造历史

6.1 热液锆石U-Pb年代学

6.2 硫化物Re-Os年代学

6.3 其他含U-Th矿物年代学

6.3.1 褐帘石

6.3.2 石榴石

6.3.3 金红石

6.3.4 独居石

6.4 全岩Sm-Nd年代学

6.5 讨论

6.5.1 大红山铁铜矿床成矿时代

6.5.2 成矿后多期热液叠加改造

6.5.3 多期年龄对同位素年龄解释的启示

第七章成矿物质来源

7.1 矿石全岩及主要含稀土矿物微量元素特征

7.1.1 矿石全岩微量元素特征

7.1.2 主要稀土矿物元素特征及流体交代的影响

7.2 全岩及主要稀土矿物Sm/Nd同位素特征

7.2.1 全岩ID-TIMS Sm-Nd同位素特征

7.2.2 主要稀土矿物Sm-Nd同位素组成特征

7.3 讨论

7.3.1 初始成矿期物质的来源

7.3.2 后期活化过程中成矿物质的来源

7.3.3 利用U-Pb和 Sm-Nd系统来探究复杂的热液系统

第八章矿床成因讨论

8.1 成矿作用过程与矿床成因模型

8.2 对康滇地区IOCG成矿作用的指示

8.2.1 区域IOCG成矿年代学框架

8.2.2 区域IOCG成矿流体的来源及演化

第九章结束语

9.1 主要认识和结论

9.2 尚未解决的科学问题及对今后工作的建议

致谢

参考文献

附表

文章来源

类型: 博士论文

作者: 苏治坤

导师: 赵新福

关键词: 康滇地区,成矿作用,蚀变相,矿物微区同位素分析,成矿时代和改造历史

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: 赵新福教授负责的国家自然科学基金面上项目《扬子板块西缘典型铁氧化物-铜-金矿床成因:矿物微区地球化学制约》

分类号: P618.2

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000245

总页数: 254

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