赞比亚Chambishi矿区新元古代Roan群沉积作用及其对铜钴成矿的贡献

发布时间：2020-08-27 15:11

【摘要】：赞比亚铜矿带位于刚果克拉通东南缘,以星罗棋布的大型、超大型层状铜矿闻名于世。本次研究选取Chambishi铜矿区,采用岩石学、岩石地球化学、地质年代学和同位素地球化学等方法,厘定了Roan群沉积时代和物质来源,探讨了Roan群沉积环境和构造背景,确定了Chambishi辉长岩体年龄及其构造意义,精细反演了新元古代刚果克拉通东南缘裂谷演化历史。通过系统剖析Roan群与铜钴成矿作用的关系,探讨了Roan群对成矿作用的贡献,为研究区未来的勘查工作提供了有益指导。Roan群自下而上可分为下Roan亚群、上Roan亚群和Mwashia亚群。下Roan亚群岩石整体富集轻稀土,δEu、La/Sc、Th/Sc、Th/Cr值指示其来源于长英质物源区。碎屑锆石多呈次棱角状,具有明显的振荡环带和高Th/U比值(0.5~2.0),支持下Roan亚群源区为长英质物源区。下Roan亚群碎屑锆石~(207)Pb/~(206)Pb年龄集中于2.1~1.7 Ga,出现少量新太古代(2.7~2.4 Ga),古元古代(2.3 2.1 Ga)和中元古代(1.5~1.0 Ga)碎屑锆石。对比区域岩石单元的地球化学和年龄特征,本文认为下Roan亚群物质主要来源于中酸性的基底Lufubu变质杂岩、Bangweulu地块和Muva超群,少量物质来源于Irumide带中花岗岩。自下而上,下Roan亚群碎屑岩SiO_2/Al_2O_3比值升高,CIA值降低(小于65),表明矿物成分逐渐成熟,化学风化程度降低,下Roan亚群整体沉积于寒冷、干燥的气候条件。下Roan亚群最年轻碎屑锆石~(207)Pb/~(206)Pb年龄为1003±35 Ma,与Nchanga花岗岩提供的沉积时代下限(883 Ma)一致。下Roan亚群层状矿床成矿年龄为约820 Ma,因此,下Roan亚群沉积时代为883~820 Ma。上Roan亚群底部出现硬石膏,指示早期炎热干燥、强烈蒸发的环境;上部白云岩Sr含量为168.0~243.0 ppm,Ba含量为1.7~287 ppm,Sr/Ba比值远大于1,指示后期为稳定的碳酸盐台地环境。白云岩Th/U比值较低,δCe略大于1,暗示了弱还原环境。上Roan亚白云岩厚度较大,Mg~(2+)/Ca~(2+)比值较低(1.06~7.46),底部泥质岩遭受强烈镁化,上述特征支持白云岩成因模式为以渗透回流为主,局部为萨布哈模式。Chambishi辉长岩体结晶年龄为772~762 Ma,标志了第二次裂谷作用开始。辉长岩受地壳混染程度低,La/Yb、Th/Ta、Th/Yb和Ta/Yb比值与富集地幔相似。锆石ε_(Hf)(t)为0.42~12.46,低于同期的亏损地幔(约+14),T_(DM2)(860~1620 Ma)大于形成年龄,表明辉长岩岩浆源区为富集地幔。全岩I_(Sr)(t)为0.70622~0.70859,I_(Nd)(t)为0.51160~0.51169,ε_(Nd)(t)为-0.72~0.64,指示岩浆来源于富集地幔EMI。多组地球化学证据证明Chambishi辉长岩源区为富集地幔EMI。结合前人研究成果,本文认为赞比亚铜矿带新元古代裂谷成矿历史为:伴随着Rodinia超大陆的裂解,新元古代刚果克拉通东南缘经历了两次裂谷事件。第一次裂谷期为883~820 Ma,沉积了下Roan亚群和上Roan亚群。820~800 Ma时,受压实成岩、石膏脱水作用影响,氧化性成矿流体沿着同生断裂和透水层下渗,淋滤萃取Mindola组和基底早期铜矿床的铜金属。由于地温梯度大幅升高,富钾、铜成矿流体受热循环上升至COM层时发生还原作用导致矿质沉淀。经历长周期、持续性的成矿流体循环,最终在COM层形成了超大型沉积岩型层状铜矿。820~772 Ma时为地壳稳定期,伴随小幅地隆升使沉积作用停止。约772Ma,第二次裂谷作用使得基性岩浆开始活动。第二次裂谷期为772~620 Ma,沉积了Mwashia亚群、Nguba群和Kundelungu群。682~645 Ma时,赞比亚铜矿带出现第二次裂谷成矿作用。620 Ma之后,裂谷开始闭合,最终在560~530 Ma时,刚果克拉通与Kalahari克拉通碰撞聚合形成冈瓦纳大陆,使得540~490 Ma时发生叠加成矿作用。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.41;P618.62
【图文】：

全球沉积岩型层状铜矿分布图（据Hitzmanetal.，2010修改）

主要集中于古元古代、新元古代和二叠纪，对应于超大陆裂解时期（图1-2，刘玄等，2015）。Cox et al.（2003）根据还原剂的不同，将沉积岩型层状铜矿床划分为还原相型、红层型和退色砂岩型。还原相型矿床中还原剂为富含有机质的海相或湖泊相细粒沉积物，主要指矿体赋存于盆地还原性地层;红层型矿床还原剂为少量不均衡分布的有机质碎屑，矿体主要产于盆地红层岩系;退色砂岩型还原剂为气态或液态的有机质及富硫的酸气，矿体赋存与变色砂岩系。国内通常根据沉积环境，将沉积岩型层状铜矿床分为海相型和陆相型。图 1-1 全球沉积岩型层状铜矿分布图（据 Hitzman et al.， 2010 修改）黑色三角形-超大型铜矿床；黑点带-中小型铜矿床

图 1-3 赞比亚 Katang 超群地层柱状图（据 Cailteux et al.，2007 修改）3）物质来源近年来，基于下 Roan 亚群碎屑锆石和 SHRIMP 定年结果（主要集中于 2.0 ~ 1.7Ga），

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本文编号：2806263