柴北缘锡铁山地区古生代构造岩浆演化与铅锌成矿控制

发布时间：2020-07-22 03:55

【摘要】：柴达木盆地北部边缘(简称柴北缘)超高压变质位于我国青藏高原东北部,沿NWW向延伸约400km,自北西向南东由鱼卡、绿梁山、锡铁山以及都兰超高压变质地体组成。该变质带形成于早古生代的陆陆碰撞事件,是典型Alpine型俯冲造山系统。已有研究成果普遍认为柴北缘超高压变质带记录了从大洋俯冲、陆壳碰撞、到板片折返最后到造山带垮塌和伸展的完整历史。锡铁山地区位于柴北缘中段,区内发育众多与造山作用相关的古生代侵入岩,同时区内锡铁山铅锌矿床为我国西北地区重要有色金属矿床之一。论文以柴北缘锡铁山地区古生代岩浆作用和铅锌矿床为研究对象,在地质调查基础之上,通过锆石LA-ICPMS U-Pb定年对区内不同类型、不同岩体的成岩事件进行厘定,结合全岩地球化学测试、Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素等手段查明该区古生代构造-岩浆活动的时空演化序列,揭示碰撞造山带岩浆活动与大陆地壳增长之间的联系,深入分析该区深部动力学过程与岩浆活动的耦合关系。同时利用精细的岩相学观察,解剖锡铁山铅锌矿体和硫化物变质变形特征,结合硫化物LA-MC-ICPMS硫同位素测试和碳酸盐矿物C-O-Sr同位素组成分析,讨论成矿“硫”及流体来源,剖析矿床成因分类及成矿动力学背景,阐明区域构造演化对于岩浆活动和成矿作用的控制关系。取得的主要认识如下:(1)锡铁山已探明矿石量约640万吨,平均品位为Zn 4.86%、Pb 4.16%、Ag58 g/t、Au 0.68 g/t,矿体赋存于形成于弧后盆地的中晚奥陶世滩间山群变质火山-沉积岩系中。发生在约400 Ma的俯冲板片的折返作用引起的变质变形作用对矿床的改造作用影响显著,根据野外调研、自动矿物学和电子探针的研究结果发现,原始矿体的形态特征大多已被破坏,多经历过褶皱、剪切、挤压、拉伸等变形改造,塑性流动的硫化物充填至大理岩裂隙和片岩片理之中,局部褶皱造成矿体厚度发生不同程度改变;多数硫化物的原生结构已经遭到破坏或被改变,取而代之的是广泛发育的脆性和韧性变形结构。不同硫化物对于绿片岩相-角闪岩相变质和变形作用的反应不尽相同,也导致了不同硫化物具有不同的变形特征和结构,但是也有部分原生矿物组合被保存在大理岩之中免于被改造破坏。黄铁矿最为稳定,广泛发育脆性碎裂结构,但局部也发生重结晶导致生成退火结构和粗粒自形晶体;磁黄铁矿则非常可能是黄铁矿变质分解的产物;闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿和黄铜矿等均发生了不同程度的塑性变形与流动,充填在黄铁矿和围岩裂隙片理之中,也发现其在塑性迁移过程中搬运和包裹黄铁矿颗粒及碎片;铁白云石和菱铁矿是矿床中最主要的蚀变矿物,与矿床中与硫化物密切共生,为热液交代(蚀变)大理岩原岩产物。(2)锡铁山花岗岩体(以下简称锡铁山岩体)锆石LA-ICPMS U-Pb定年测试结果得出两个近乎相同的加权平均年龄441±2 Ma和442±2 Ma,与该地区超高压变质峰值年龄(442 Ma)高度一致,说明花岗岩浆作用和与大陆碰撞相关的超高压变质作用具有同时性,并依此认为锡铁山花岗岩为同碰撞花岗岩浆作用的产物;锡铁山岩体具有高钾钙碱性和弱过铝、低锆饱和温度和较高的K_2O含量等S型花岗岩特点;其稀土元素和微量元素标准化配分模式与平均大陆地壳相似,显示强烈的轻重稀土分馏((La/Yb)_N=19 26),中等负Eu异常(δEu=0.65 0.71)和亏损Nb、Ta、P、Ti等元素;同时锡铁山岩体的Sr-Nd同位素特征与柴北缘同期花岗岩差异明显(~(87)Sr/~(86)Sr初始值=0.70920 0.71080,ε_(Nd)(t)=-4.61~-3.75),结合其正的ε_(Hf)(t)(0.5 5.3)和继承锆石年龄(475 518 Ma)等特点,该岩体被解释为来自俯冲洋壳熔体和陆壳熔体的混合成因;同位素混合模拟计算显示约有28 35%的洋壳物质和约65 72%陆壳物质参与形成锡铁山同碰撞岩体;因此,本文研究的同碰撞花岗岩揭示了新生地壳中有来自地幔的洋壳物质参与,所以“大陆碰撞带是大陆地壳增长的主要场所”的假设适用于柴北缘。(3)锆石LA-ICPMS U-Pb定年显示,锡铁山辉长岩以及X-1、X-2和X-3花岗岩同时形成于372 Ma,滞后于柴达木板块和祁连板块之间的大陆碰撞事件约50个百万年;辉长岩显示中低钾拉斑成分特点,具有高FeO~T和TiO_2含量,富集大离子亲石元素,亏损Nb和Ta元素,与岩石圈地幔来源岩石类似,这一特征也得到了其它微量元素如Zr/Nb、La/Nb和Nb/Ta比值的印证;另外,和MORB相比,辉长岩显示了相对富集的特征,结合其微量元素特征判定,辉长岩源区的岩石圈地幔受到过俯冲板片熔体的交代。同期的三个花岗岩体都是高钾钙碱性的弱过铝质I型花岗岩,其具有强烈的轻重稀土分馏模式和负Eu异常,且强烈亏损Ba、Sr和高场强元素如Nb、Ta、Ti和P等,富集Rb、Th、U和Pb元素,与大陆上地壳高度相似;但其Sr-Nd-Hf同位素特点与柴北缘上地壳来源岩石和柴北缘基地有明显差异,却与上述形成于442 Ma的同碰撞花岗岩高度一致,因此这些花岗岩被解释为同碰撞花岗岩熔融的产物;其具有的相对亏损的同位素特征和岩石中出现的镁铁质包体,也表明其可能受到同期镁铁质岩浆的影响;此外,这些花岗岩中包含的继承锆石显示负的ε_(Hf)(t)和元古代二阶段模式年龄,表明其源区可能也包含少量古老地壳的物质。基于辉长岩和花岗岩的时空关系,结合其成因特点,本文提出加厚岩石圈根部的对流剥离模式最适合解释该区地壳活化、壳幔相互作用以及相关后碰撞动力学过程。(4)硫化物原位LA-MC-ICPMS硫同位素测试结果显示,锡铁山黄铁矿δ~(34)S值变化范围为-15.4‰到+25.7‰、闪锌矿为+2.2‰到+4.9‰、方铅矿为-0.3‰到+3.3‰、黄铜矿为+1.4‰到+3.7‰、以及磁黄铁矿为+2.0‰到+4.1‰。总体而言锡铁山硫化物δ~(34)S保留了其同位素变异性,说明了区内发生的变质作用对硫同位素分馏影响不大。此外,锡铁山硫化物的δ~(34)S值主要集中在-1~+5‰范围内,表明硫主要淋滤自下盘火山岩或者直接来源于深源岩浆,同时少量黄铁矿具有较大的范围波动的δ~(34)S值,海水硫酸盐还原也可能也有贡献少量H_2S。硫同位素分馏不平衡可能是海水和成矿热液混合作用下快速结晶的结果。与矿化同期的共生菱铁矿和铁白云石C-O-Sr同位素分析显示其具有热液来源特征,主要形成于热液交代碳酸盐岩的过程,而热液可能与火山作用相关。锡铁山赋矿大理岩起源于正常的浅海相碳酸盐沉积,可能为来自碳酸盐台地的碎屑流或者浊积岩,但是经历了热液交代作用使得同位素特征发生了变化;很多证据表明,锡铁山矿床形成于碳酸盐交代作用,虽然矿床中片岩型条带状矿体是矿床中重要的矿床类型,但是这些似层状矿体更有可能是由于变质变形作用而发生的塑性流动而形成,并非原生矿化。锡铁山矿床原生矿物结构、赋矿围岩特点、部分S来自海水硫酸盐还原及较高的Au元素含量等特点与以碎屑岩为主的沉积岩容矿矿床及岩浆接触交代型矿床不同,而更可能是一个形成于火山热液系统的交代碳酸盐矿床。因此,本文认为锡铁山矿床是一个特殊的火山岩容矿块状硫化物(VHMS)矿床,形成于深海环境但含矿热液交代了来自浅海碳酸盐台地的碎屑流或者浊积岩。(5)本文依据已有滩间山群变质火山岩研究成果,认为滩间山群和其中赋存的铅锌矿床成矿地质背景应该为弧后盆地。基于上述研究,并结合区域超高压变质岩和岩浆岩研究成果,本文总结了柴北缘构造演化的岩浆活动和成矿作用响应序列和机制,阐明区域构造演化对于岩浆活动、成矿作用及成矿后矿体变化和保存的控制关系,完善了柴北缘造山带构造-岩浆-成矿耦合模型。此外,本文根据相关构造分析、矿体展布规律、成矿元素变化趋势等因素对区内找矿潜力进行了分析,提出了3个找矿远景区。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.4;P588.11
【图文】：

青藏高原北缘,祁连,柴北缘,阿尔金

柴达木板块与祁连板块之间（图2-1），沿 NWW 方向延伸约 400km。其北西端被阿尔金北东向走滑断裂所切，南东端被北西走向的走滑断裂所截。超高压变质带北侧的祁连板块主要由前寒武纪副片麻岩、片岩和大理岩组成，并于上覆的古生界-中生界沉积岩不整合接触，局部有古生代花岗岩类侵位[5, 155-157]；而南侧的柴达木板块则主要由新生界沉积物及下伏前寒武结晶基底组成[55]。柴北缘超高压变质带的基底主要包含片麻岩、基性麻粒岩、大理岩、角闪岩以及局部的榴辉岩和石榴橄榄岩[158, 159]。该超高压变质带由 4 个超高压变质体组成，自北西向南东分别是：鱼卡地体、绿梁山岩地体、锡铁山地体和都兰地体。这些地体出露超高压变质岩主要为花岗质和泥质片麻岩，局部包含榴辉岩透镜体和夹层（鱼卡地体、锡铁山地体和都兰地体）或石榴橄榄岩夹层（绿梁?

构造形态,断裂系统,周缘,柴达木盆地

4. 中生界区内中生界主要为统郡子河群、鄂拉山组、大煤沟组、采石岭组、红水沟组和犬牙沟组沉积岩，岩性多以砾岩、砂岩、泥岩等碎屑岩为主，含碳酸盐岩夹层，其中大煤沟组为主要含煤地层。5. 新生界新生界主要分为古新统路乐河组、渐一中新统干柴沟组、中新统油砂山组、上新统狮子沟组、下更新统七个泉组、中更新统冰川堆积物、上更新统湖积一化学堆积物、第四系全新统化学堆积层等，岩性主要为碎屑岩夹砂岩向砾石、黏土、砂及膏盐层过渡。2.2 区域构造柴北缘记录了自早古生代开始的多期构造运动，形成如今构造形态以断裂为主褶皱次之、构造形迹主要为 NW 向和近 EW 向两组的区域构造特征[39]。

成矿带,区划图,煤矿,金矿点

钙碱性花岗岩为主，也见少量闪长岩和辉长岩。2.4 区域矿产柴北缘成矿带己发现矿产地 83 处，其中包括有色金属、非金属、黑色金属、贵金属、能源矿产等，区域上主要以铅锌及盐类为优势矿产，锰、煤、石油及天然气矿产次之[39]。区内主要的金属矿床（点）有锡铁山铅锌矿床、双口山铅矿床、滩涧山金矿床、青龙沟金矿床、红柳沟金矿点、千枚岭金矿点、野骆驼泉金矿点等；主要盐类矿床有德宗马海湖钾镁盐矿床、大柴旦湖硼矿床等；煤田有鱼卡煤矿、高泉煤矿、大煤沟煤矿、大头羊煤矿、绿草山煤矿和开源煤矿等；油气田有冷湖油田、南八仙油田、马海气田及鱼卡油气田等[39]。区内共划分了七个成矿亚带，每个亚带位置及可能成矿元素见图 2-3。

【参考文献】