东秦岭新元古代方城碱性杂岩体的成因及Nb-Ta富集机制

发布时间：2020-04-02 09:19

【摘要】：铌作为一种战略性稀有金属元素,在现代尖端工业中发挥着越来越重要的作用。本文选取东秦岭地区方城富Nb碱性杂岩体为研究对象,通过详细的岩石学、元素地球化学、锆石U-Pb年代学、Nd-Pb-Hf同位素及矿物化学等方面的研究,探讨该套碱性岩石的成因、构造意义及Nb-Ta富集机制。方城碱性杂岩体主要由硅不饱和的霞石正长岩,硅饱和的黑云母正长岩和霓辉正长岩,以及硅过饱和的石英正长岩和正长花岗岩组成。前三者分别以霞石、黑云母和霓辉石的出现或富集为特征,后两者分别以石英的出现和富集为特征。方城碱性岩总体为中酸性系列(SiO_2=57~72 wt%),富集大离子亲石元素、轻稀土元素和高场强元素(Nb,Ta,Zr,Hf等),显著亏损Ba、Sr、P、Ti和Eu。从霞石正长岩到正长花岗岩,岩石由富钠质变为富钾质,硅含量显著增加,Al_2O_3和CaO含量降低,表现出岩浆演化程度逐渐增高的特征。方城碱性杂岩的全岩Nd-Pb同位素(εNd(t)=-0.69~-4.87;~(206)Pb/~(204)Pb=16.186~17.760,~(207)Pb/~(204)Pb=15.164~15.524,~(208)Pb/~(204)Pb=23.395~37.612)和锆石Hf同位素组成与区内基性岩类特征相似,表明初始岩浆形成于富集岩石圈地幔的部分熔融。各碱性岩类同位素特征总体相近但硅过饱和碱性花岗岩类相对更富集(εNd(t)=-4.50~-4.87;εHf(t)=-4.19~-6.85;~(207)Pb/~(204)Pb=15.164~15.409,~(208)Pb/~(204)Pb=23.395~31.809),暗示它们是同源幔源岩浆演化的产物,但演化后期经历了显著的地壳混染。富集岩石圈地幔的低程度部分熔融形成了原始碱性岩浆,随着岩浆演化,霞石等富钠矿物首先结晶形成霞石正长岩,同时导致残余熔体越来越富钾。伴随后期富硅的壳源物质的混染,残余富钾熔体逐步演化形成硅过饱和的碱性花岗岩类,由此形成了方城碱性岩组合。SIMS和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年在各岩石中获得总体一致的新元古代侵入年龄,分别为石英正长岩(850~867 Ma),正长花岗岩(857 Ma),霓辉正长岩(862 Ma),霞石正长岩(869 Ma)。碱性岩石往往形成于伸展拉张的构造环境,结合地球化学组成和区域地质资料,本文认为方城碱性杂岩体形成于后碰撞构造环境,暗示东秦岭造山带新元古代碰撞造山在~869 Ma基本结束并进入持续后碰撞伸展。由此,方城碱性杂岩体可能代表了东秦岭地区Rodinia超大陆解体的前奏。方城碱性岩各岩石均具有较高的Nb含量,但以霞石正长岩为最。全岩Nb含量与F含量表现出明显的正相关性,表明卤素F在Nb的富集过程中发挥了重要作用。富铌矿物主要为榍石和烧绿石,前者广泛存在于各岩石类型中,后者仅存在于霞石正长岩和黑云母正长岩中。在正长花岗岩中可见少量铌钛铁矿和黑稀金矿。岩相学和矿物化学特征可以将榍石分为岩浆型和热液型,其中后者明显更富集F和Nb(Nb_2O_5高达3.6 wt%)。方城霞石正长岩中的烧绿石主要为热液成因的,发育明显交代结构,受交代区域相对富Nb(Nb_2O_5=55.3~61.5wt%)和F。结合霞石正长岩中的两期年代学记录(869 Ma和440 Ma),本文认为方城碱性杂岩经历了至少两次Nb富集作用。早期岩浆演化阶段(新元古代),贫铌矿物的结晶分异作用,导致残余熔体中F和Nb含量的逐渐升高(F有助于提高岩浆中Nb的溶解度),并最终结晶形成高Nb的岩浆榍石。在早古生代(第二阶段),秦岭地区经历了大规模的岩浆-热液活动,在这一造山事件中,方城碱性岩特别是霞石正长岩经历了明显的热液改造作用,富Si和F热液流体沿裂隙交代先前结晶的含铌矿物并致使其瓦解,残余流体成分改变,高浓度F引发Nb活化并迁移沉淀析出热液型榍石和烧绿石。
【图文】：

东秦岭造山带大地构造简图（据Dongetal.，2011）

图 2.2 东秦岭造山带岩浆岩分布图（据马昌前等，2014，未刊资料）I-米仓山岩区：1-中子园，2-水磨，3-李家河，4-坪河；II-平利—紫阳岩区：5-紫阳岩床群，6-岚皋岩墙群，7-平利、镇坪岩墙群；III-竹山—竹溪岩区：8-庙垭，，9-杀熊洞，10-天宝；VI-随枣-桐柏岩区：11-关子山，12-松扒，13-黄羊山；V-方城岩区：14-方城，15-张世英，16-响洪甸；VI-栾川岩区：17-龙王幢；VIII-嵩县岩区：18-磨沟、乌桑沟、狼凹沟、焦沟和龙泉沟）；XI-华阳川岩区：19-华阳川碳酸岩
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P597;P618.7


本文编号：2611759