西昆仑大红柳滩铁矿床成矿时代、动力学背景及成因研究

发布时间：2017-03-17 12:05

  本文关键词：西昆仑大红柳滩铁矿床成矿时代、动力学背景及成因研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：西昆仑位于青藏高原西北缘,塔里木盆地西南缘,是古亚洲构造域与特提斯构造域的结合部位。依据区域构造演化特征,将西昆仑分为北昆仑地体、南昆仑地体、甜水海地体和喀喇昆仑地体。该区地质构造复杂、地层发育齐全、岩浆活动频繁,找矿潜力巨大。大红柳滩铁矿床位于甜水海地体东段,是近年来发现的大型赤铁矿,本文以该矿床为研究对象,在系统总结该矿床地质特征基础上,开展矿物学、主微量元素地球化学、年代学、稳定同位素研究,深入探讨成岩成矿时代、成矿动力学背景、矿床地球化学特征,对比国内外典型BIFs,分析矿床成因,建立成矿模式。取得的主要认识和成果如下:1.大红柳滩铁矿床赋存在甜水海岩群一套绿片岩相变质的碎屑沉积—碳酸盐岩,原岩为一套页岩/泥质岩—碳酸盐岩建造,主要由硬绿泥石白云母石英片岩、白云母石英片岩、硅化方解质大理岩、含铁白云质大理岩组成。其中最重要的赋矿围岩是含铁白云质大理岩和硬绿泥石白云母石英片岩。矿体主要呈带状、层状-似层状、透镜体状产出,矿石整体品位为18%~53%,平均品位达35%。矿石矿物主要为赤铁矿,少量褐铁矿、菱铁矿,少量硫化物,主要为辉铜矿、黄铜矿,脉石矿物主要为石英、白云石、含铁白云石、铁白云石、方解石、白云母、硬绿泥石等。矿石结构主要包括粒状变晶结构、鳞片变晶结构、变余砂状结构以及交代结构,矿石构造主要为条带状构造、块状构造、揉皱构造、浸染状构造。基于矿物组合的差异,矿石主要分为5种类型:石英-赤铁矿型(类型-1)、石英-白云母-白云石-方解石-赤铁矿型(类型-2)、石英-铁白云石-赤铁矿型(类型-3)、石英-菱铁矿-赤铁矿型(类型-4)、菱铁矿-赤铁矿-硫化物型(类型-5),其中类型-1矿石为主要类型,占资源储量的90%左右。综合野外地质现象、矿物组合、矿物化学成分及接触关系,成矿演化期次可分为4期:沉积—成岩期;热液期;变质变形期;表生氧化期。2.矿区侵入岩中粒含斑黑云母二长花岗岩、中细粒黑云母二长花岗岩和变辉长岩的结晶年龄分别为484.5±2.7 Ma、527.9±2.8 Ma和532.3±3.1 Ma,限定了铁矿床沉积时代的下限为532Ma;硅化方解质大理岩和硬绿泥石黑云母石英片岩中获得最年轻的碎屑锆石为593±7 Ma,约束了成矿时代的上限,因此推断铁矿形成时代为532~593Ma。依据变辉长岩中获得的变质年龄(485±8Ma和489±6Ma)和灰白色中粒含斑黑云母二长花岗岩的侵入年龄,结合甜水海地块加里东期强烈的变质作用,推断区域变质时代约为480Ma,可能持续至440Ma。3.大理岩和片岩中163颗有效碎屑锆石U-Pb年龄分为5个主要的年龄组,分别为2561~2329 Ma(峰值2442 Ma)、2076~1644 Ma(峰值2051 Ma和1835Ma)、1164~899 Ma(主峰值943 Ma、次峰值1142 Ma)、869~722 Ma(主峰值830 Ma和754 Ma)、696~593 Ma(主峰值637 Ma),对应于新太古代晚期—古元古代早期全球地壳增长事件、Columbia超大陆汇聚、Rodinia超大陆汇聚和裂解、Gondwana超大陆早期汇聚。2.7Ga~3.2Ga的古老锆石信息,1.6Ga~3.6Ga的Hf同位素两阶段地壳模式年龄,太古宙—古元古代的高级变质岩、火山岩、侵入岩的发育,说明了西昆仑存在前寒武纪基底,具有独立的地质构造演化历史。1142Ma、943Ma、830Ma、754Ma、637Ma的碎屑锆石年龄峰值,与世界其它地区一致的碎屑锆石年龄谱、峰值和多数的εHf(t)正值,说明西昆仑造山带在相应的时期曾是Rodinia超大陆和Gondwana超大陆的一部分或边缘地带。4.大红柳滩铁矿床成矿动力学背景与Gondwana超大陆汇聚相关。结合西昆仑构造演化特征,本文认为具体演化过程如下:新元古代晚期—早寒武纪(593~532Ma)西昆仑造山带处于Gondwana超大陆汇聚早期增生造山引发的弧后拉张环境,片岩构造环境为与板块俯冲形成的大陆弧或者弧后盆地佐证此观点。伴随不断的拉张,甜水海地体与南昆仑地体之间形成了原特提洋的一部分(西昆南洋),早期并未发育成熟的洋壳,沉积了浅海—滨海相的大理岩,晚期才开始发育成熟洋壳,洋中脊扩张形成的532Ma变辉长岩支持这一观点。寒武纪早期—奥陶纪早期(532~485Ma)西昆仑南洋南北两向发生俯冲和局部碰撞,约480Ma甜水海地块已经进入后碰撞阶段,528Ma的与洋壳俯冲相关的中细粒黑云母二长花岗岩和485Ma的后碰撞中粒含斑黑云母二长花岗岩支持这一观点。5.类型-1、类型-2、类型-3、类型-4铁矿石低的Ni/Zn比值(0.03~0.85)和Co/Zn(0.01~0.35),与热液成因的BIF型铁矿床Ni/Zn比值(0.08~0.78)和Co/Zn比值(平均值0.15)十分相似。铁矿石稀土总量(∑REE)均明显低于PAAS,REEY在经PAAS稀土元素标准化配分模式图上,显示轻稀土亏损、重稀土富集、无明显的La、Ce异常和轻微的正Y异常,类型-1和类型-4矿石显示强烈的Eu正异常(Eu/Eu*平均值为2.07和4.28,均1.8)和相对低的∑REE,类型-2和类型-3矿石显示Eu正异常(Eu/Eu*值分别为1.42和1.46,均1.8)和相对高的∑REE;类型-1和类型-4矿石的Y/Ho比值(28.48和27.88)相对类型-2和类型-3矿石(29.18和29.43)较低。表明类型-1和类型-4矿石微量和稀土元素兼具海底高温热液和现代海水的特征,类型-2和类型-3矿石形成过程中高温热液流体参与成矿逐渐减少,低温热液流体参与成矿。6.类型-1、类型-2、类型-3、类型-4铁矿石具有不均匀分布的SiO2/Al2O3值分(1.53~1603.33)、Th/U比值(0.19~5.34)和Ni/Co比值(1.44~6.33)、低的Sr/Ba比值(0.05~1.56);Al2O3与Ti O2、Na2O、K2O、P2O5、As、Sc、V、Cr、Co、Cu、Rb、Zr、Nb、Cs、REE、Th元素显示出良好的正相关性;Al2O3和Ti O2与TFe2O3、Fe O、Mn O显示一定的负相关性;TFe2O3和Fe O与Ca O、Na2O、K2O、As、Zr、Cs、Nb具有一定的负相关性,显示出陆源碎屑物质参与成矿。但是类型-2矿石的Si O2/Al2O3值略低于类型-3矿石,明显低于类型-1和类型-4矿石,具有更高的Al2O3、Ca O、Mg O、K2O含量,类型-2矿石比类型-1、类型-3矿石、类型-4具有明显较高的Zr、Cu、Cs、Th、Cr元素丰度,表明类型-2矿石形成过程中具有更大比例的陆源碎屑物质参与,类型-3矿石次之,类型-1和类型-4矿石有少量的碎屑物质参与成矿。7.除类型-2矿石个别显示出Ce负异常外,其余类型矿石均表现为Ce无异常特征;硅化方解质大理岩、含铁白云质大理岩、类型-2矿石C同位素特征显示出海相碳酸盐特征,与在西澳Hamersley群Wittenoom亚层碳酸盐(白云岩)及太古宙-古元古代叠层状白云岩相似,类型-3和类型-4矿石显示负的δ13C值,与西澳Hamersley赤铁矿省BIF型碳酸盐岩(铁白云石和菱铁矿)可类比,类型-3矿石δ13 CPDB值略高于类型-4矿石,上述特征表明硅化方解质大理岩、含铁白云质大理岩、类型-2矿石产在浅部海水相对氧化的环境中,而类型-1和类型-4矿石产在相对较深的还原缺氧环境中,类型-3矿石产在深部和浅部的过渡地带。8.类型-1矿石赤铁矿负的δ18OV-SMOW值(-3.9‰~-0.9‰,平均值为-2.1‰)与国外典型的BIF型富铁矿十分相似,表明变质热液流体和大气降水参与矿富赤铁矿的成矿过程。重晶石(δ34SV-CDT变化于+4.7‰~+10.1‰之间,平均值为+7.25‰)、黄铜矿(δ34SV-CDT变化于+8.0‰~+12.7‰之间,平均值为+10.28‰)、辉铜矿(δ34SV-CDT变化于+9.5‰~+11.4‰之间,平均值为+10.58‰),上述硫同位素值指示矿区硫源应是火成岩中的硫酸盐或者海相硫酸盐硫混染了岩浆硫。9.对比国内外典型BIFs,综合分析大红柳滩铁矿床地质地球化学特征,本文认为该矿床成因类型较为特殊,成矿时代为新元古代—早寒武纪,具Superior型BIFs特性。10.综合矿床地质特征、成矿动力学背景、矿床地球化学特征,建立了成矿模式,划分为4个主要的成矿作用阶段:沉积—成岩期(593~532Ma)、热液成矿期(532~485Ma)、变质变形期(485~440Ma)、表生氧化期。
【关键词】：成矿时代 动力学背景 矿床成因 大红柳滩赤铁矿 西昆仑
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.31
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-9
• ABSTRACT9-18
• 第一章 引言18-32
• 第一节 选题依据18-19
• 第二节 研究现状19-28
• 一、国外BIFs铁矿研究现状19-24
• 二、国内BIFs铁矿研究现状24-27
• 三、西昆仑BIFs铁矿研究现状27-28
• 第三节 研究思路及内容28-29
• 第四节 研究方法及技术路线29-30
• 一、研究方法29
• 二、技术路线29-30
• 第五节 完成主要工作量30
• 第六节 主要创新点30-32
• 第二章 区域地质背景32-50
• 第一节 区域大地构造单元32-38
• 一、构造单元划分32-36
• 二、构造单元特征36-38
• 第二节 区域地层38-42
• 一、前寒武纪38-40
• 二、古生界40-41
• 三、中生界41-42
• 四、新生界42
• 第三节 区域岩浆岩42-45
• 一、侵入岩42-44
• 二、火山岩44-45
• 第四节 区域地球物理特征45-46
• 一、区域重力场特征45-46
• 二、区域磁场特征46
• 第五节 区域地球化学特征46-48
• 第六节 区域矿产48-50
• 第三章 矿床地质特征50-68
• 第一节 矿区地层50-54
• 第二节 矿区构造54
• 第三节 矿区岩浆岩54-55
• 第四节 矿区变质作用55-56
• 第五节 矿体特征56-58
• 第六节 矿石特征58-65
• 一、矿物组成58-61
• 二、矿物化学成分61-63
• 三、矿石结构构造63-64
• 四、矿石类型64-65
• 第七节 成矿演化期次65-66
• 第八节 本章小结66-68
• 第四章 成岩成矿时代68-102
• 第一节 定年思路和分析方法68-69
• 第二节 分析结果69-90
• 第三节 成岩成矿时代90-91
• 第四节 沉积源区与前寒武纪地壳演化探讨91-99
• 一、沉积源区91-97
• 二、前寒武纪地壳演化探讨97-99
• 第五节 本章小结99-102
• 第五章 成矿动力学背景102-129
• 第一节 主要围岩地球化学特征102-112
• 一、主量元素特征102-108
• 二、微量稀土元素特征108-112
• 第二节 原岩恢复及古构造环境112-117
• 一、风化蚀变112-113
• 二、原岩特征113-114
• 三、源区特征114-115
• 四、古构造环境115-117
• 第三节 侵入岩地球化学特征117-122
• 第四节 侵入岩构造环境122-125
• 第五节 成矿动力学背景探讨125-128
• 第六节 本章小结128-129
• 第六章 矿床成因129-158
• 第一节 矿床地球化学特征129-142
• 一、矿石主量元素特征129-135
• 二、矿石微量稀土元素特征135-138
• 三、稳定同位素特征138-142
• 第二节 成矿物质来源和成矿环境142-153
• 一、碎屑物质143-145
• 二、Fe、Si物质来源145-147
• 三、成矿环境147-153
• 第三节 矿床成因类型153-156
• 第四节 成矿模式156-158
• 第七章结论158-161
• 参考文献161-189
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果189-

  本文关键词：西昆仑大红柳滩铁矿床成矿时代、动力学背景及成因研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：252855