新疆喀拉通克晚古生代镁铁质岩体铜镍成矿作用与地球动力学背景

发布时间：2020-08-12 11:26

【摘要】：新疆喀拉通克岩浆铜镍硫化物矿床位于中亚造山带内,东准噶尔构造带北缘。目前矿区已发现镁铁质岩体13个,其中4个赋存工业矿体,镍总储量在同类矿床中位列新疆第一、全国第四。近年来,随着岩浆矿床成矿理论研究和矿区勘探的深入,对该矿床的研究仍有不少科学问题尚待讨论,如矿区内镁铁质岩体形成关系、岩浆硫饱和的关键因素以及硫化物富集过程等。此外,对该地区与镁铁质岩体有关的岩浆矿床构造背景尚存在不同认识,诸如一些学者根据相近的侵入年龄使得喀拉通克二叠纪镁铁质岩体的成因可能与塔里木二叠纪地幔柱活动相关。对上述科学问题的探讨,在中亚造山带岩浆铜镍硫化物矿床成矿作用理论研究和区域矿产勘查等方面具有重要意义。论文在前人资料的基础上,对喀拉通克镁铁质岩体群不同岩体进行锆石SHRIMP U-Pb定年,并通过矿物微区微量元素、单矿物原位微区Sr-Nd-Hf-O同位素以及硫化物S同位素等分析测试手段,结合矿物主量、全岩主微量和矿石亲铜元素数据,探讨喀拉通克岩浆铜镍硫化物矿床硫饱和的关键因素、硫化物富集以及运移过程;结合已有的区域地质资料和研究成果,讨论不同岩体形成的构造背景;在综合研究基础上,初步评价喀拉通克矿区深部及外围的找矿潜力。喀拉通克矿区具有经济意义的铜镍矿体主要赋存在Y1~Y3和Y9岩体中。其中Y1和Y2矿体赋存在岩体中下部的橄榄苏长岩、苏长岩中,以稠密浸染状、海绵陨铁状和致密块状矿石为主,Y3和Y9矿体分别赋存在岩体底部的苏长岩和辉长岩中,多为中等-稀疏浸染状矿石,可见少量块状矿石。近年来在Y5和G21岩体底部也发现有硫化物矿化,其中G21岩体淡色辉长岩中可见稀疏浸染状矿石。新的锆石SHRIMP定年结果显示,喀拉通克镁铁质岩体群并不是同源岩浆分异演化形成的,而是晚石炭世和早二叠世不同时期岩浆作用结果。其中Y3岩体苏长岩、闪长岩以及G21岩体淡色辉长岩的年龄分别为~290 Ma、~283 Ma和~281 Ma,与早二叠世Y1和Y9岩体的年龄在误差范围内一致;Y5岩体辉长岩和闪长岩的年龄均为~320 Ma,明显早于其他岩体。喀拉通克镁铁质岩体橄榄石Fo、辉石Mg~#和斜长石An显示出岩体岩浆的演化程度较高,其中晚石炭世岩体岩浆的演化程度高于早二叠世;不同时代岩体岩石均相对富集轻稀土、亏损重稀土,具有明显的Nb-Ta亏损,晚石炭世岩体还具有Zr-Hf的亏损;不同时代的岩体Sr-Nd-Hf-O同位素特征有所区别,其中晚石炭世岩体具有更低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值和δ~(18)O_(zircon)值以及更高的εHf_(t)值。磷灰石和锆石原位微区同位素分析显示早二叠世成矿岩体具有正的εNd_(t)值和εHf_(t)值,表明源区为亏损地幔,两端元模拟计算显示成矿岩体的岩浆经历了~15 wt.%的地壳混染。S同位素测试显示早二叠世岩体中矿石δ~(34)S值介于-1.5~-3.1‰,不同于地幔值,模拟计算表明矿床在形成的过程中有~10 wt.%的地壳硫的加入。综合分析认为,硫饱和的关键因素是硅质地壳混染和地壳硫的加入。上述过程提高了岩浆中硫化物和硅酸盐矿物的共结比,使得硫化物熔离更加高效。喀拉通克不同矿体的硫化物成分主要受R因子控制,R值为200~1600。较高R值对喀拉通克矿床矿石中Ni、Cu的富集有很大意义。模拟计算显示不同矿床母岩浆的PGE含量相似,为0.02 ppb Ir和0.6 ppb Pt,与大陆玄武岩等PGE不亏损的地幔岩浆相比,低一个数量级。PGE亏损的原因可能是岩浆在深部曾经历过少量硫化物熔离。喀拉通克岩浆铜镍硫化物矿床不同矿体R值不存在规律变化,范围相互叠加,且Y1-Y2和Y2-Y3矿体之间均存在岩浆通道口的特征,显示出喀拉通克矿床可能形成于不同的岩浆通道系统或通道的不同部位。矿体赋存位置及矿石结构构造显示Y1等矿体形成于近垂直的岩浆通道中,流动分异作用导致密的硫化物熔体夹带橄榄石和辉石晶体集中在岩体的中间部位;Y2、Y3隐伏岩体形成于近水平的岩浆通道中,不混溶硫化物和橄榄石等晶体主要受重力分异作用影响富集在通道底部。喀拉通克镁铁质岩体群形成于板块汇聚背景下不同时期的岩浆活动。其中晚石炭世镁铁质岩体的形成与板块俯冲过程中脱水引起地幔楔部分熔融而形成的玄武质岩浆有关,岩浆具有Nb-Ta-Zr-Hf亏损等岛弧钙碱性玄武质岩浆的特征;早二叠世镁铁质岩体的形成与碰撞后伸展阶段上覆岩石圈拆沉导致软流圈减压熔融而形成的玄武质岩浆有关,岩浆具有较高的εNd_(t)值,没有Zr-Hf的负异常。岩浆的Nb-Ta负异常是之前板块俯冲过程中具有Nb-Ta亏损的流体交代了熔融源区地幔造成的。岩体成矿潜力评价显示,喀拉通克Y5岩体岩浆的演化程度较高,地壳混染程度低,无岩浆成因硫化物熔离的特征,不具备形成经济价值铜镍矿床的潜力;早二叠世岩体深部仍可能存在基性程度更高岩体/岩相,具有一定的找矿前景。成矿潜力评价的结果也表明,喀拉通克矿区及外围岩浆铜镍硫化物矿床的找矿重点应重点关注早二叠世基性程度较高的岩体,且地球化学数据显示出岩浆经历过较高程度的地壳混染或地壳硫的加入。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.41;P618.63
【图文】：

铜镍硫化物矿床,镍品位,矿石量,岩浆

岩浆铜镍硫化物矿床形成时间跨度长，除了与陨石（中元古代[5]）和与橄长岩-斜长岩-花岗岩相关的 Voisey’s Ba余的根据母岩浆性质可分为与科马提岩有关的矿床（例如 Kam代[7]；与溢流玄武岩有关的矿床（例如 Muskox、Noril’sk），形成8]；与铁质苦橄岩有关的矿床（例如 Pechenga），形成于中元古有关的矿床（例如 Duke Island），多形成于古生代[10]；与高镁玄的矿床（例如金川、红旗岭），形成时间跨度大，介于元古代至中ndGroves[13]对欧洲、北美、非洲等岩浆铜镍硫化物矿床进行统计布在克拉通边缘 200 km 范围内，如俄罗斯 Noril’sk 和 Pechengn 和 Voisey’sBay 矿床、美国 Duluth 矿床等。Beggetal.[14]认为克，地壳运动应力较为集中，深大断裂可以为岩浆提供上升和就位些矿床规模大且矿石品位高，如 Noril’sk 矿床是世界上最大的铜。

铜镍硫化物矿床,岩浆,时间分布,矿床

Aguablanca 矿床、非洲 Botswana 矿床、加拿大 Mascot 矿床以及 Grenville 省中南部 Portneuf-Mauricie 矿集区[18]。这些发现意味着除了克拉通边缘，造山带也是利于发现岩浆铜镍硫化物矿床的部位。与形成于克拉通边缘的矿床相比，造山带内的岩浆铜镍硫化物矿床虽然规模偏小，品位偏低（图 1.1），但往往具备成带分布的特征，总储量依然有很大的经济意义。在我国，与溢流玄武岩有关的岩浆硫化物矿床主要分布在峨眉山大火成岩省，如白马寨、杨柳坪、立马河、金宝山等（图 1.2a）；与高镁玄武质或玄武质岩浆有关的矿床可分为两种，一种位于华北克拉通西南缘，目前仅有金川矿床产出；一种位于造山带中，包括东昆仑造山带内的夏日哈木矿床以及中亚造山带内的喀拉通克、黄山东、红旗岭等矿床（图 1.2a）。与世界上岩浆铜镍硫化物矿床分布规律相似，分布在克拉通边缘的矿床储量较大，占我国镍储量的 60%（图 1.2b），其余共占 40%。从时间分布上看（图 1.2b），除了红旗岭矿床外，其余主要集中在新元古代（金川）和古生代（喀拉通克、黄山西、白马寨等）。

中亚,造山带,地质简图

长安大学博士学位论文第二章区域地质概况2.1 大地构造位置中亚造山带北接西伯利亚克拉通，南邻塔里木和华北克拉通（图 2.1a），是一条由古生代岛弧和微大陆拼贴形成的造山带，发育有大量的岛弧玄武岩、花岗岩、高镁安山岩、A 型花岗岩、玄武岩等[81, 119-121]。中国新疆北部位于中亚造山带南缘，由北向南可分为阿尔泰、准噶尔和天山三部分。新疆北部绝大多数岩浆铜镍硫化物矿床分布在准噶尔和天山地区，代表性的矿床有喀拉通克、黄山东、图拉尔根等。本文研究的喀拉通克矿床位于阿尔泰造山带南邻的东准噶尔构造带北缘，北距额尔齐斯断裂带 20 km（图 2.1b）。

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