新疆谢米斯台地区晚奥陶世—早泥盆世岩浆演化及其对铜成矿的制约

发布时间：2020-05-17 10:39

【摘要】：谢米斯台地区位于新疆西准噶尔北部,是波谢库尔-成吉思火山弧在中国境内的东延部分。区内以出露大面积火山岩和侵入岩为特征,并发育与火山岩、次火山岩及浅成侵入体有关的铜(金)矿化。本文在前人研究基础上,立足于详细野外地质调查,对研究区出露的不同岩石单元和岩石类型进行了系统的地质学、地球化学和锆石U-Pb年代学研究,以期建立研究区构造岩浆活动的时空格架,查明不同时代各个岩石单元的成因和构造背景,探讨岩浆演化的深部地球动力学过程以及相关构造岩浆事件的成矿响应。论文取得以下主要认识和成果:(1)理清了谢米斯台地区火山岩、侵入岩的时空分布特征谢米斯台地区出露的火山岩、侵入岩形成时限为晚奥陶世-早泥盆世(452~400Ma)。依据岩浆岩出露的规模、岩石组合类型和源区特征将其划分为三个阶段:第一阶段形成于晚奥陶世(452~449Ma),仅出露少量侵入岩,分布在谢米斯台山中西段,岩石类型为闪长岩、花岗闪长岩,以伊尼萨拉岩体和波尔托闪长岩捕掳体为代表。第二阶段形成时代为志留纪(436~420Ma),火山岩沿谢米斯台山广泛分布,发育玄武岩-安山岩-英安(斑)岩-流纹(斑)岩等岩石组合,其中以英安岩和流纹岩为主体(约占70%以上);侵入岩大面积出露在谢米斯台山中西部,岩石类型为石英闪长岩、花岗闪长斑岩、二长花岗岩和少量碱长花岗岩等,以波尔托岩体和布兰萨拉岩体为代表。第三阶段形成时代为早泥盆世(419~400Ma),火山出露较少,主要分布在谢米斯台山东段的莫阿特地区等,以莫阿特矿化流纹岩为代表;侵入岩大量出露于谢米斯台山中东段,发育辉长岩-花岗闪长岩-石英正长岩-碱性花岗岩-碱长花岗岩等岩石组合,中酸性的花岗岩类占主体,以谢米斯赛、哈勒盖特赛和乌兰萨拉岩体为代表。(2)查明了谢米斯台地区不同阶段岩浆岩的源区特征晚奥陶世,伊尼萨拉花岗闪长岩属于弱过铝质高钾钙碱性-钙碱性过渡的未分异I型花岗岩类,形成于452.0±1.9Ma;波尔托闪长岩捕掳体属于高钾钙碱性系列准铝质岩石,形成于449.6±2.1Ma,它们的Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素显示出亏损的特征,(~(87)Sr/~(86)Sr)_i=(0.7037~0.7046),ε_(Nd)(t)=(-0.62~+4.89),ε_(Hf)(t)=+9.7~+14.1,其源区为新生下地壳。志留纪,火山岩主要形成于436~420Ma,其中布拉特矿化英安斑岩、流纹斑岩的年龄分别为434.9±2.3Ma、423.2±0.9Ma,属高钾钙碱性-钾玄岩系列准铝质-强过铝质岩石,具有低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7022~0.7043)和正的ε_(Nd)(t)值(+2.64~+5.78);侵入岩中,波尔托岩体石英闪长岩、二长花岗岩的形成年龄分别为428.9±2.6Ma、429.2±2.4Ma,都属于高钾钙碱性I型花岗岩类,具有低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7039~0.7052),正的ε_(Nd)(t)值(+0.19~+1.88),年轻的一阶段模式年龄t_(DM)(0.70~0.85Ga)。石英闪长岩中的暗色微粒包体的形成年龄为431.2±2.0Ma、431.5±2.6Ma,与寄主岩石基本同时形成,且具有相似的地球化学特征,Sr-Nd同位素显示出低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7042~0.7043),正的ε_(Nd)(t)值(+4.25~+4.81)和年轻一阶段模式年龄t_(DM)(0.81~0.88Ga);布兰萨拉花岗闪长斑岩形成于430.5±1.9Ma,属于未分异的I型花岗岩,锆石ε_(Hf)(t)值为+8.2~+13.7。乌兰萨拉碱长花岗岩形成于422.7±2.0Ma,具低(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7017~0.7038),正的ε_(Nd)(t)值(+4.49~+6.58)和锆石ε_(Hf)(t)值(+10.0~+14.2)。志留纪火山岩、侵入岩都具有亏损Sr、Nd同位素特征,表明其岩浆主要来自新生下地壳的部分熔融,并有幔源物质加入。早泥盆世,火山岩主要形成于419~400Ma,其中莫阿特矿化流纹岩形成于419~411Ma,具低(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7022~0.7045),正的ε_(Nd)(t)值(+0.19~+1.88)。侵入岩中,乌兰萨拉岩体花岗闪长岩形成于411.7±1.7Ma,属于高钾钙碱性准铝质I型花岗岩,具有正的ε_(Nd)(t)值(+1.66~+3.87)、低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7041~0.7046)和相对年轻的t_(DM1)(0.83~1.02Ga)同位素特征;哈勒盖特赛岩体辉长岩形成于417.9±3.6Ma,具有低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值(0.7039~0.7052),正的ε_(Nd)(t)值(+5.20~+6.54),年轻的一阶段模式年龄t_(DM)(0.59~0.69Ga),同时锆石ε_(Hf)(t)值为+10.1~+15.3,碱性花岗岩、碱长花岗岩分别形成于411.9±2.1Ma、408.9±1.8Ma,属于高钾钙碱性A_2型花岗岩,具有正高的ε_(Nd)(t)值(+4.17~+4.65)和年轻的t_(DM1)(0.74~0.85Ga);谢米斯赛岩体石英正长岩形成于411.1±2.2Ma,属于碱性岩类,具有低的Sr的初始值(0.7051~0.7058)、高的ε_(Nd)(t)值(+5.55~+5.95),年轻的一阶段模式年龄t_(DM)(0.72~0.77Ga)。早泥盆世区内侵入岩的Sr、Nd同位都具有亏损的特征,表明其源区主要是新生下地壳。(3)探讨了谢米斯台地区晚奥陶世-早泥盆世岩浆活动的构造背景及其演化过程谢米斯台地区晚奥陶世-早泥盆世处于俯冲背景下的陆缘弧环境,区内构造岩浆活动应该与古亚洲洋向南俯冲有关,古亚洲洋在谢米斯台地区向南俯冲的起始时限不晚于晚奥陶世(452Ma)。其演化过程为:晚奥陶世(452~449Ma)为岩浆活动的初始阶段,古亚洲洋板片俯冲至准噶尔地块之下,俯冲板片起源的流体与地幔楔发生作用,地幔楔部分熔融形成的镁铁质岩浆底侵新生下地壳,使新生下地壳发生部分熔融、形成钙碱性系列-高钾钙碱性系列的花岗闪长岩、闪长岩,该时期岩浆活动相对较弱。志留纪(436~420Ma)为岩浆活动的高峰期,随着古亚洲洋的持续俯冲作用,由于低角度和重力原因,俯冲板片发生回转,软流圈物质上涌,幔源镁铁质岩浆底侵下壳源长英质岩浆,发生较强烈的的岩浆混合作用,分别形成了石英闪长岩-花岗闪长斑岩-二长花岗岩等侵入岩和玄武岩-安山岩-英安(斑)岩-流纹(斑)岩等火山岩组合。早泥盆世(419~400Ma)岩浆活动为志留纪的延续,并且开始减弱,在板片持续俯冲作用下,俯冲顶端板片加厚中间减薄,随之发生断离,软流圈物质上涌,引发岩石圈地幔和下地壳发生部分熔融,形成了辉长岩-花岗闪长岩-石英正长岩-碱性花岗岩-碱长花岗岩为主的侵入岩组合和少量流纹岩为主的火山岩组合。区内岩浆岩自西向东呈现出由老到新的演化特征,是古亚洲洋自西向东拉链式闭合的结果。(4)明确了谢米斯台地区构造岩浆事件的成矿响应处于俯冲背景下的陆缘弧环境,使得谢米斯台地区晚奥陶世-早泥盆世壳幔作用强烈,有利于壳幔物质交换,为区内铜金矿化提供了重要的成矿动力学背景、热动力条件、成矿物源条件。区内岩浆活动从成矿动力学背景、源区、氧逸度和岩石组合等方面制约着成矿,其中志留纪岩浆作用(436~420Ma)强烈,岩浆岩出露规模大,且以高钾钙碱性-钾玄岩的中酸性岩石为主,其岩浆氧逸度较高,壳幔作用强烈,是最有潜力成矿的阶段。区内成矿作用主要划分为三种类型:(1)与中志留世花岗闪长斑岩(430.5±1.9Ma)有关的斑岩型Cu-Au矿化,以布兰萨拉斑岩型铜金矿为代表;(2)与志留纪次火山岩——英安斑岩(434.9±2.3Ma)和流纹斑岩(423.2±0.9Ma)有关的斑岩型Cu矿化,以布拉特斑岩型铜矿化为代表;(3)与志留纪中、基性火山岩有关的火山热液型Cu-Ag矿化,以布拉特火山岩型自然铜矿化为代表。(5)分析了谢米斯台地区成矿潜力由哈萨克斯坦波谢库尔-成吉思火山弧向东到准噶尔北缘谢米斯台-野马泉-琼河坝古生代火山弧,自西向东发育早古生代构造-岩浆-成矿作用。区内断裂构造发育,岩浆活动强烈,流体活动频繁,为成矿/矿化提供了必要的构造、岩浆、物源和流体条件,暗示区内具有很大的找矿潜力。谢米斯台地区中志留世的中酸性小斑岩体是寻找斑岩型铜金矿化的目标地质体;志留纪中酸性次火山岩发育部位是寻找斑岩型铜矿化的有利地区,其深部应该有更好的斑岩型铜矿找矿潜力;脉体发育、强烈蚀变的中、基性火山岩是寻找火山岩型自然铜矿化的有利地段。与早古生代岩浆活动相关的斑岩型铜(金)矿化可能是谢米斯台地区后续找矿突破的主要矿化类型。
【图文】：

图 1-1 中哈萨克斯坦和新疆北部地质和矿产分布略图（据申萍等，2015b）因此，本论文在前人己有研究的基础上，以国家自然科学基金项目“新疆谢米斯台地区斑岩型铜矿成矿构造环境及成矿作用（41572057）”和“十二五”国家科技支撑计划项目“巴尔鲁克-谢米斯台大型矿床找矿靶区优选与评价（2011BAB06B01-03）”专题为依托，以谢米斯台地区广泛出露的火山岩、侵入岩为研究对象，，开展详细的地质、地球化学、锆石 U-Pb 年代学和区域成矿学研究，查明区内岩浆作用发生的时代、成因机制、构造背景和时空演化规律，在此基础上分析已有铜金矿化的成矿地质环境、成矿条件和控矿因素，探讨岩浆活动对成矿的制约，分析成矿潜力，为区内找矿勘查提供新的科学依据。1.2 研究现状1.2.1 西准噶尔构造岩浆活动及成矿作用研究现状

图 1-2 西准噶尔及邻区哈萨克斯坦构造分区图（a，据 Chen et al.，2010 修改）和西准噶尔地质简图（b 据申萍和沈远超，2010）目前，西准噶尔地区 I 型和 A 型花岗岩成因存在不同认识。对于 I 型花岗岩，有人认为是幔源岩浆底侵下地壳，导致壳源岩浆与幔源岩浆混合后部分熔融的产物（韩宝福等，2006；周涛发等，2006；Zhou et al.，2008；Chen et al.，2010），也有学者赞同洋壳俯冲过程中板片断离引起幔源岩浆上涌，造成壳源岩浆与幔源岩浆部分熔融形成的产物（Geng et al.，2009；Yin et al.，2010；Tang et al.，2010，2012a，b；尹继元等，201）；对于 A 型花岗岩，多数学者认为是来自幔源的玄武质岩浆结晶分异，并在其上升过程中混染地壳物质形成的（Turner et al.，1992；韩宝福等，2006；Zhou et al.，2008；Chenet al.，2010），也有学者认为其是板块俯冲过程中，板片后撤或断离形成的局部拉张环境下的产物（Yin et al.，2017；王敏等 2018）。同时，对于这些近乎同时期形成的 I 型和 A 型花岗岩的构造环境存在三种不同的认识：①俯冲有关的岛弧环境（Feng et al．，
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.41;P588.11;P534.4

【参考文献】

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本文编号：2668406