论文摘要
青海省柴北缘超高压变质带发现了一系列超大型榴辉岩型金红石矿床,目前对这些矿床的成矿条件、矿床成因以及后期熔流体对成矿作用的影响机制还存在争议。本文通过野外地质调查,在鱼卡–落凤坡和都兰地区识别出多种不同类型的含金红石榴辉岩,通过对这些榴辉岩、榴辉岩中的石英脉及长英质脉体（简称熔流体）开展地球化学和年代学研究,厘定出了不同类型含金红石榴辉岩的原岩时代、成因与构造背景。结合前人已经取得的榴辉岩P-T轨迹成果,本文对榴辉岩型金红石矿的矿床成因及后期的变质改造过程进行了深入分析和探讨,并取得了以下几点新进展:（1）发现鱼卡–落凤坡地区部分含金红石榴辉岩原岩来自古生代洋壳残片。对鱼卡-落凤坡地区的含金红石矿榴辉岩进行锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究,探讨其原岩环境。据锆石形貌学及CL图像将其分为两类,一类核部黑色、边部灰色,另一类核部灰色、边部白色。第一类锆石核部的球粒陨石标准化重稀土曲线陡峭且Th/U比值高,表明其为岩浆锆石核;LA-ICP-MS定年获得551–529 Ma的下交点年龄,该锆石年龄与区域上古生代的洋壳残片形成时代一致,可代表原岩的形成时代。第二类锆石核部的稀土曲线平坦且Th/U比值较低,年龄为440–432 Ma,与区域榴辉岩相变质年龄一致,而边部相对于核部具有相对陡峭的稀土曲线,年龄为419 Ma,可能代表岩石遭受退变质作用的年龄。第一类岩浆锆石核部的εHf（t）值的变化区间为-0.8–+10.9,说明其在岩浆源区受到了壳源流体的交代或者是陆壳物质的混染。因此,本文认为鱼卡地区部分含金红石榴辉岩的原岩为古生代的洋壳镁铁质岩,原岩在古生代大洋形成-俯冲消减过程中就位于活动大陆边缘,随柴达木板块一起发生了深俯冲作用并经历超高压变质作用形成榴辉岩型金红石矿。（2）都兰地区含金红石榴辉岩原岩存在古生代洋壳残片又存在新元古代的大陆溢流玄武岩。都兰地区的含金红石矿榴辉岩全岩地球化学、Sr-Nd同位素及锆石U-Pb年龄和Hf同位素综合研究指示其可以分为两类:第一类含金红石榴辉岩产于花岗质片麻岩中,其原岩年龄为845±4 Ma,榴辉岩相变质年龄为433 Ma。该类榴辉岩具较高的TiO2、TFe2O3和P2O5,然而在超高压变质过程中这些组分很难聚集,推测其形成可能来自高钛岩浆作用中钛铁矿和磷灰石的堆积。微量元素模式为洋岛玄武岩（OIB）型,富含轻稀土元素（LREE）和高场强元素（HFSE）（Nb、Ta、Zr和Hf）。岩浆锆石核的Hf同位素组成(εHf（845）=+1.4–+6.0,TDM1=1.2–1.4 Ga,TDM2=1.3–1.6 Ga)表明它们的母岩浆源于元古代稍微亏损地幔。初始87Sr/86Sr值为0.71059–0.71326,εNd（845 Ma）值为-2.5–-1.5,表明其原岩受到了明显的地壳污染。因此,第一类榴辉岩可能起源于新元古代Rodinia超大陆裂解过程中OIB型地幔柱源的部分熔融。第二类榴辉岩产于镁铁质-超镁铁质蛇绿混杂岩中,其原岩年龄为449±3 Ma,榴辉岩相变质年龄为435-433 Ma。全岩MgO与主、微量元素之间存在明显的线性相关性,表明其原岩是由富含橄榄石、辉石以及富含钛铁矿交替层的堆积物形成的。这些榴辉岩存在N-MORB、E-MORB和OIB等多种稀土配分模式。同时,全岩εNd（449 Ma）变化区间为+2.1–+4.5且岩浆锆石核εHf（449 Ma）值介于-1.0–+11.8之间,表明原岩可能为板块衍生成分交代的亏损地幔源部分熔融的产物。结合其与超镁铁质岩共生产出状态,原岩形成与榴辉岩相变质之间的短间隔（约14 m.y）,第二类榴辉岩可能系俯冲带（SSZ）蛇绿岩。（3）探讨了鱼卡-落凤坡地区榴辉岩包裹的石英脉的形成机制。榴辉岩中变质锆石球粒陨石标准化稀土元素具有微弱的Eu负异常和平坦的重稀土分布,指示锆石形成过程缺乏长石;锆石加权平均年龄为432±2 Ma,代表榴辉岩相的变质年龄。石英脉中锆石颗粒呈无分带或弱振荡带,Th/U比值低,球粒陨石标准化后,Eu负异常不显著,重稀土元素呈现陡峭分布趋势,与寄主榴辉岩中锆石存在较大差异,表明其可能在变质流体中生长;锆石加权平均年龄为431±3 Ma,其与寄主榴辉岩的变质年龄一致。石英脉中锆石呈现出陡峭的HREE模式,表明其形成可能与石榴石分解有关。金红石锆温度计显示榴辉岩的形成温度为609–669℃,明显低于石英脉的形成温度（664–682℃）,结合锆石年龄,认为石英脉中金红石形成于早折返阶段,可能对应于早折返阶段升温过程。榍石锆温度计显示金红石边部的榍石温度为550–592℃,与角闪岩相温度范围一致,可能代表晚期折返过程角闪岩相退变质过程。石英脉中金红石具有核-边结构,核部金红石比边部及榴辉岩中的金红石具有更高的Nb、Ta、Zr、Hf含量和更低的Nb/Ta比值,说明大颗粒金红石在流体中经历了多阶段生长。金红石中Nb-Cr图解表明石英脉中的金红石来自镁铁质原岩。石英脉和榴辉岩中的锆石Hf同位素基本一致,表明石英脉是榴辉岩内部脱水形成的富水流体活动的产物。（4）探讨了鱼卡-落凤坡榴辉岩中长英质脉体的成因机制。长英质脉体中的原位锆石CL图像显示其具有明显的核-边结构,核部为黑色,边部为白色。锆石核部加权平均年龄为436 Ma,与鱼卡-落凤坡地区获得的榴辉岩相变质年龄一致,说明落凤坡在榴辉岩相变质阶段存在熔流体活动。锆石边部加权平均年龄为413–412 Ma,代表熔流体受变质改造的时间下限。脉体锆石核部εHf（t）值介于-10.79–-9.85,边部εHf（t）值介于-8.66–-2.52,可能代表两阶段不同性质的熔流体作用。锆石初始Hf同位素比值介于柴北缘基底花岗质片麻岩和榴辉岩之间,可能是两端元释放的混合熔体。对该脉体中的金红石进行U-Pb定年获得440 Ma的加权平均年龄,其与榴辉岩相变质年龄基本一致,代表金红石的结晶年龄。在长英质脉体中,部分金红石边部相对于核部更富集Nb、V、W、Sb、Zr且具有更高的Nb/Ta和Zr/Hf比值,金红石锆温度计显示金红石核部温度范围为632–647℃,与寄主榴辉岩金红石锆温度显示结果一致（635–675℃）,金红石边部锆温度计显示为657–670℃,结合锆石和金红石年龄,认为核部金红石形成于榴辉岩相变质阶段,而边部金红石形成于早折返阶段。金红石边部榍石Zr温度计为553–604℃,与晚折返阶段角闪岩相温度基本一致。（5）通过岩石学、年代学研究,总结出榴辉岩中五种金红石赋存状态:包裹结构、粒间结构、后期串珠状结构、退变残余结构和丝缕状出溶结构。且当以粒间和串珠状产出时,金红石粒度较粗,更利于选矿。石英脉和长英质岩脉中的金红石具有多期生长特征,主要形成在榴辉岩相变质阶段和早折返阶段,金红石边部的钛铁矿和榍石主要形成在晚折返阶段（可能为角闪岩相变质阶段）。上述结果表明,熔流体活动可能会影响金红石的形成和保存,早期（早折返阶段之前）的熔流体活动对金红石成矿有利,榴辉岩中矿物颗粒间小规模的熔流体活动可以促使金红石进一步富集成串珠状金红石,从而使得矿石颗粒增大。而晚期的熔流体活动（角闪岩相阶段）会导致金红石退变为钛铁矿和榍石。（6）总结出榴辉岩型金红石矿的主要控矿因素、成矿规律和找矿标志。榴辉岩型金红石矿床主要受原岩TiO2含量、金红石粒度形态和保存等控矿因素的控制。（1）富集地幔源区、演化程度高、陆壳混染程度低、富钛基性原岩,是鱼卡榴辉岩型金红石矿成矿的物质基础;（2）高压/超高压变质作用是榴辉岩型金红石矿成矿的必要条件;（3）不同阶段熔流体活动对金红石成矿的影响存在差异;（4）折返速度、后期脆-韧性剪切变形、岩体侵入等也会进一步破坏金红石成矿。成矿规律为柴北缘鱼卡和都兰榴辉岩型金红石矿在矿体形态特征、品位规模、矿石组构、金红石赋存状态方面基本一致,不同点在于:都兰榴辉岩型金红石矿主要以大洋型榴辉岩为主,比大陆型榴辉岩厚度更大、平均品位较低。寻找超高压变质带中钛含量高的新鲜榴辉岩是最重要的找矿标志。（7）根据榴辉岩型金红石矿成矿地质特征和找矿标志等因素,在柴北缘高压/超高压变质带中共划分出2个A类成矿远景区、1个B类成矿远景区和1个C类成矿远景区:鱼卡-开屏沟金红石成矿远景区（A1）、都兰沙柳河北带榴辉岩型金红石矿成矿远景区（A2）、都兰沙柳河南带榴辉岩型金红石矿成矿远景区（C1）、锡铁山-全集河榴辉岩型金红石矿成矿远景区（B1）。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 陈鑫
导师: 郑有业,许荣科
关键词: 金红石矿,榴辉岩,成矿条件,矿床成因,柴北缘
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: 中国地调局子项目《祁连成矿带肃南-大柴旦地区地质矿产调查-青海柴北缘大柴旦-都兰 1:5 万 J46E013020,J46E014021,J46E014022,J47E021010,J47E021011,J47E020010 六幅金红石矿专项矿产地质调查》,青海地勘基金项目《青海省大柴旦行委鱼卡-铁石观金红石矿预查,普查》项目,国家留学基金委,中国地质大学(武汉)优博基金
分类号: P619.2
DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000165
总页数: 239
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