用合山组碎屑岩的地球化学特征示踪桂西晚二叠世喀斯特型铝土矿的物质来源

发布时间：2018-05-04 07:48

  本文选题：桂西 + 晚二叠世　； 参考：《中国科学院广州地球化学研究所》2017年博士论文

【摘要】：喀斯特型铝土矿的成矿来源是铝土矿理论研究的重要组成部分,也是铝土矿成矿理论研究的焦点和难点。长期以来,对喀斯特型铝土矿的物源研究主要依赖于对铝土矿的地球化学分析,但铝土矿的成矿经历了强烈的化学风化作用,传统意义上的不活动元素的活动性可能已经发生一定程度变化,所以导致铝土矿自身的地球化学特征在示踪其物源时存在多解性和局限性。同时也说明,过去单一常规的地球化学手段难以解决喀斯特型铝土矿的物源争议。铝土矿通常与一些碎屑岩紧密共生,这是全世界喀斯特型铝土矿的共同特点。本博士论文研究试图另辟蹊径,利用与喀斯特型铝土矿共生的碎屑岩地球化学的综合研究来探索铝土矿的物质来源。桂西铝土矿是我国重要的铝矿产资源基地,具有喀斯特型铝土矿和堆积型铝土矿矿床共存的独特组合,经过长期研究已积累了丰富的地质资料,为深入研究喀斯特型铝土矿成矿物源打下了良好基础。从上世纪80年代起,前人对桂西喀斯特型铝土矿的成矿母岩先后提出了4种截然不同的认识(即:茅口组灰岩、古陆、峨眉山玄武岩和酸性岩),但这一科学问题仍然悬而未决。桂西喀斯特型铝土矿位于古生代巨厚碳酸盐岩系内茅口组灰岩古喀斯特面之上,属于上二叠统合山组底部含铝碎屑岩的一部分;在野外某些剖面上可以观察到岩性从泥质岩-粘土岩-铝土质粘土岩-粘土质铝土岩-铝土矿的连续变化,这在宏观地质上暗示着合山组碎屑岩与铝土矿可能具有相同的源区。本文在对桂西地区上二叠统合山组进行详细野外地质研究的基础上,选择那豆和大陆两个典型剖面,对共计18件铝土矿和碎屑岩样品进行系统的全岩矿物、主微量、Nd同位素和碎屑锆石U-Pb定年及微区Hf和O同位素测定,厘定合山组碎屑岩与铝土矿的物源的联系,利用合山组碎屑岩的元素-同位素特征示踪桂西上二叠统喀斯特型铝土矿的物质来源,并讨论了其在地球化学和区域构造演化的意义。碎屑锆石年代学研究结果显示,3个碎屑岩和3个铝土矿样品中约有70%~95%碎屑锆石U-Pb年龄分布在250 Ma~280 Ma范围,所有样品碎屑锆石年龄谱均获得单一的峰值,峰值皆在260 Ma左右,且碎屑岩和铝土矿的碎屑锆石的加权平均年龄基本一致。碎屑岩和铝土矿具有相似的全岩εnd(t)和碎屑锆石εhf(t)值,这从地球化学上证实了合山组碎屑岩和铝土矿具有相同源区的推论。由于合山组含铝碎屑岩系夹于古生代巨厚灰岩层中,且3个碎屑岩和3个铝土矿样品碎屑锆石年龄峰值、加权平均年龄与合山组铝土矿的沉积年龄(259.8±0.4ma)基本一致,指示铝土矿的成矿母岩可能为一套火山岩,这也得到碎屑岩中丰富的火山碎屑的支持。桂西晚二叠世喀斯特铝土矿的化学蚀变指数cia值96.8~99.2,接近100,为极端的化学风化产物;而共生的碎屑岩化学蚀变指数cia为67.4~90.9,平均值为79.4,只遭受了中等程度的化学风化,选择与铝土矿同源的碎屑岩的地球化学进行源区示踪更有可靠性。12件碎屑岩样品的主微量元素特征显示铝土矿母岩以酸性岩类为主。碎屑岩具有高的al2o3/tio2(25~132),与酸性火山岩的al2o3/tio2值(21~70)相似。另外,在th-hf-co沉积岩原岩类型判别图上,碎屑岩样品点基本落入酸性火山岩区;在nb/y-zr/tio2火山岩类型判别图上,碎屑岩样品基本落入流纹岩和流纹质英安岩的区域。结合碎屑岩中大量呈尖角状或弧面状碎屑形态,甚至部分具有港湾熔蚀结构的石英,推测桂西铝土矿的原岩为一套酸性火山岩铝土矿和碎屑岩的全岩?nd(t=260ma)为-7.6~-3.5,二阶段nd模式年龄为1500ma左右;在140颗碎屑锆石中,有130颗具有负的?hf(t)值(-26.7~-0.6),二阶段hf模式年龄tdm2以1300ma~1700ma为主。36个碎屑锆石原位o同位素数据,有34颗碎屑锆石的δ18o值为+5.6‰~+10.3‰,这些特征都说明铝土矿的原岩是古老地壳重熔的产物。碎屑锆石微量元素的th/nb-hf/th和th/u-nb/hf构造判别图显示铝土矿的成矿母岩具有岩浆弧特征。碎屑岩具有明显的nb、ta和ti的负异常,且稀土元素球粒陨石标准化配分模式图与典型大陆岩浆弧酸性岩—海南岛中二叠酸性岩浆岩相似,这进一步显示铝土矿的物源可能为自大陆岩浆弧酸性火山岩。碎屑岩和铝土矿的地球化学特征排除了源区为茅口组灰岩和古陆的可能性,全岩nd同位素和锆石微区hf-o同位素数据表明峨眉山大火成岩省(基性岩和酸性岩)不是铝土矿主要源区。结合华南地区晚二叠世的古地理重建和海南岛二叠纪大陆弧岩浆岩的广泛分布,本文认为桂西铝土矿的物源主要为华南西南缘古特提斯二叠纪大陆岩浆弧酸性火山岩,这一成果回答了该区争论不休的喀斯特型铝土矿的物源问题,也为桂西铝土矿进一步勘探提供了科学依据。对合山组碎屑岩和铝土矿地球化学的对比研究还揭示了沉积岩中一些传统的不活动元素在极端化学风化条件下的变化规律。本研究发现,在遭受极端风化后的铝土矿中,传统的不活动元素Al,HREE,Ce,Nb和Ta的行为发生了变化。相对于中等风化的碎屑岩,极端风化的铝土矿具有更低的Al2O3/TiO2,更富集HREE,并呈现明显的Nb、Ta、Ti正异常和Ce正异常。这些行为的变化,多与极端风化下副矿物的产生相关。本研究首次提出桂西喀斯特型铝土矿的物源来自古特提斯北缘岩浆弧的观点,为古特提斯北缘岩浆弧的可能存在提供了沉积证据,这对认识古特提斯洋演化和华南地区西南缘的构造演化具有重要意义。
[Abstract]:The ore - forming source of karst - type bauxite is an important part of the research of bauxite theory , and it is the focus and difficulty of the research on the ore - forming theory of bauxite . In this paper , it is suggested that the main source of the bauxite is from ~ 7.6 鈥，

本文编号：1842192