柴北缘锡铁山滩涧山群的构造属性及其时代归属

发布时间：2017-09-21 18:44

  本文关键词：柴北缘锡铁山滩涧山群的构造属性及其时代归属

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【摘要】：柴达木盆地北部边缘(简称柴北缘)位于我国青藏高原东北部,是我国西北地区一条十分重要的构造成矿带。带内发育一套灰绿色浅变质海相火山-沉积岩组合,即滩涧山群,该群以蕴藏锡铁山大型铅锌矿等多个矿床而备受关注。锡铁山研究区位于柴北缘构造带的中部,矿区滩涧山群由北东向南西依次划分为4个不正式的岩性组:1)下部火山岩沉积岩组(O3tna,简称a组),包括下部双峰式(基性-酸性)火山岩互层段(a-1组)和上部正常的沉积岩段(a-2组),为主要含矿层;2)中基性火山碎屑岩组(O3tnb,简称b组);3)紫红色砂砾岩组(O3tnc,简称c组);4)上部中基性火山岩组(O3tnd,简称d组),由下到上包括下部中基性火山碎屑岩段(d-1组)、正常碎屑沉积岩段(d-2)、上部中基性火山碎屑岩段(d-3)和顶部基性熔岩段(d-4)。前人对该区滩涧山群做过大量的研究,然而详细系统的资料比较少,许多重大问题依然没有解决,如滩涧山群的地层层序、火山岩岩石成因、形成时代与构造背景以及早古生代构造演化与锡铁山铅锌矿床成因等方面。本次研究选取锡铁山矿区的滩涧山群为主要研究对象,在野外详细地质调查和实测地质剖面绘制的基础上,通过样品薄片显微镜下观察、全岩主量元素、微量元素和同位素地球化学分析、锆石LA-ICPMS U-Pb定年,白云母激光剥蚀Ar-Ar法同位素测年等综合研究,理清了滩涧山群的地层层序和火山岩成因,确定了滩涧山群的形成时代和成岩构造环境,识别了锡铁山矿区基底大型韧性剪切带的存在和变形时代,建立了早古生代柴北缘滩涧山群构造演化模型,初步探讨了锡铁山滩涧山群构造演化与弧后盆地成矿体系的关系。本次研究取得的主要认识如下:1.确定了滩涧山群的形成时代本次研究对锡铁山滩涧山群不同岩性组9件样品进行了锆石LA-ICPMS测年,其中a-1组4件、a-2组1件、b组1件、c组1件和d-4组2件。a-1组变基性火山岩(角闪石绿泥石片岩)样品获得最小峰值年龄为461.5±5.2 Ma,a-1组变酸性火山岩(流纹斑岩)样品获得454.1±4.2 Ma、454.2±3.9 Ma和452.1±5.5 Ma三个年龄,在误差范围内基本一致,这4个年龄代表了a-1组双峰式火山岩喷发年龄介于461-452 Ma之间,火山活动持续约10 Ma。a-2组碎屑沉积岩样品获得两个峰值年龄452 Ma代表了a-2组火山碎屑岩的最大沉积年龄。b组火山碎屑沉积岩样品获得最小的峰值年龄为451.4±7.4 Ma,代表了b组沉积的最大年龄。d-4组变基性火山岩(长石绿泥石片岩)获得年龄介于450.6 Ma和468.6 Ma之间,峰值462.7±3.7 Ma代表了基性岩浆喷出地表冷却结晶年龄。d-4组变基性侵入岩样品获得了452.8±5.6 Ma的加权平均年龄,代表了基性侵入岩的结晶年龄。c组紫红色砂砾岩样品获得U-Pb年龄介于429 Ma和2636 Ma,最小峰值为431 Ma,表明其沉积年龄要晚于431 Ma。综上所述,滩涧山群主体火山-碎屑沉积岩组合的年龄在463-450 Ma,与底部大理岩中珊瑚及腕足类化石证据一致,表明锡铁山滩涧山群的形成时代应该为中-晚奥陶世,其中滩涧山群a-1组基性火山岩和d-3、d-4组基性火山岩年龄相当,为同时异相的产物;c组沉积年龄应晚于431 Ma,属于晚志留-早泥盆世,不再是晚奥陶世滩涧山群的产物,应该从滩涧山群中剔除。2.阐明了滩涧山群火山岩的岩石成因锡铁山滩涧山群由两套火山沉积旋回组成,下部火山旋回(a和b组)主要包括呈互层产出的岛弧钙碱性镁铁质岩石和长英质岩石,上部火山旋回(d组)则主要是过渡型到拉斑质类似洋中脊的镁铁质岩石。滩涧山群下部a组基性火山岩Si O2含量为46-54wt.%,K2O含量为0.8-2.9wt.%,轻稀土元素微弱富集(La/Sm N=2.76-3.36;Gd/Yb N=1.71-2.71),明显地Nb、Ta、Ti、Zr和Hf负异常,其构造环境为钙碱性岛弧火山区域。?Nd变化范围从-4.28到0.19,87Sr/86Sr=0.705874和0.705579,表明其主要来源于地幔物质的部分熔融,含少量或不含地壳物质的混染。下部a酸性火山岩根据其岩石学和地球化学特征划分为两类:即RP1(rhyolite porphyry 1)和RP2(rhyolite porphyry 2)类流纹斑岩。RP1类流纹斑岩Si O2含量70.1-72.5wt.%,Na2O+K2O值为5.9-8.2wt.%,K2O含量为1.7-4.7wt.%,弱或者无Eu负异常,明显Nb、Ta、Ti和Zr-Hf负异常,属钙碱性岛弧火山岩系列;?Nd=-8.2和-7.7,87Sr/86Sr=0.726754和0.726119,进一步指示了其岩浆源区的地壳来源特征。RP2类流纹斑岩Si O2含量为67.4-71.9wt.%,Na2O+K2O值为4.6-6.5wt.%,K2O含量为0.7-1.7wt.%,Eu负异常明显,Nb、Ta、Ti强烈亏损,而Zr和Hf则呈微弱正异常;?Nd=0.09和0.68,87Sr/86Sr=0.706814和0.704949,显示其为典型的壳幔混染产物。RP1类流纹斑岩主要是玄武质岩浆上升至地壳,使地壳物质发生了熔融,在地壳中形成的长英质岩浆沿着断层或者裂隙,向上喷发而形成的酸性火山岩,这类流纹斑岩通常形成于弧后盆地初始扩张阶段。RP2类流纹斑岩应当是同期玄武质岩浆在上升过程分离结晶的产物,与对应的玄武岩相类似,同时发生了壳幔的混合作用,这类流纹斑岩通常对应于弧后扩张阶段相对晚期的酸性岩浆作用。滩涧山群上部d-1组基性火山岩SiO2为45-50wt.%,Al2O3为15.7-22.7wt.%,总Fe2O3为6.5-12wt.%,Mg O为5.7-6.2wt.%,整体属钙碱性或部分为过渡型系列;轻重稀土元素微弱地分离(La/Sm N=1.72-2.04;Gd/Yb N=1.82-2.00),Nb-Ta明显富集,形成典型的驼背形状,与OIB型玄武岩类似;εSr值为1.5-7.4,εNd值为3.3。d-2组基性火山岩Si O2为44-49wt.%,Mg O为6-8wt.%,总Fe2O3为12-14wt.%,Al2O3为12-14wt.%,属拉斑玄武岩系列,微量元素为平坦型微弱亏损轻稀土元素,微弱或者无重稀土元素分离(La/Sm N=0.74-1.17;Gd/Yb N=1.12-1.27),与典型的洋中脊玄武岩(N-MORB)相类似;εSr值为10.1-22.5,εNd值为5.6-6.2。d-3组基性火山岩Si O2为46-49wt.%,Mg O为7-11wt.%,总Fe2O3为8-11wt.%,Al2O3为13-18wt.%,属于过渡型玄武岩系列;微量元素特征呈现出与d-1组和a组部分相似的特征,应当是介于二者之间的一种类型,Nb、Ta、Ti、Zr和Hf中等负异常,与弧后盆地玄武岩(BABB)相似;εSr值为8.9-17.5,εNd值为2.0-2.4。滩涧山群d-1组、d-2组和d-3组基性火山岩形成主要是在弧后持续扩张机制下,玄武质岩浆不断上涌的结果。3.确定了滩涧山群的形成环境锡铁山滩涧山群包含多套复杂成因的火山岩组合,包括a组双峰式钙碱性岛弧火山岩(IAB)、d-1组类似大洋岛弧火山岩(OIB)、d-3组典型弧后盆地玄武岩(BABB)和d-2组类似洋脊玄武岩(MORB),表明滩涧山群形成于一个复杂的构造环境。这些特征与现代弧后盆地劳亚盆地和马里亚纳海沟相类似,它们均包括N-MORB、俯冲相关的MORB类型、岛弧和大洋岛弧玄武岩类型。滩涧山群不同类型的火山岩组合是奥陶世弧后盆地不同发展阶段所形成的不同产物。滩涧山群a-1组、d-3组、d-1组和d-2组火山岩类型从钙碱性岛弧火山岩、弧后盆地玄武岩、大洋岛弧玄武岩和典型洋中脊玄武岩的演化,反映了滩涧山群火山岩成岩构造环境从陆源岛弧背景、典型的弧后盆地背景、大洋岛弧背景(即陆源岛弧向洋中脊过渡的背景)到典型洋中脊背景的转化,对应于弧后盆地拉张初期、拉张过渡阶段、拉张成熟期一个连续演化的弧后盆地拉张形成过程,该弧后盆地演化的三个阶段分别与现代三个弧后盆地相对应,依次为冲绳海沟、Lau盆地和马里亚纳海沟。4.建立了滩涧山群早古生代构造演化模型滩涧山群火山-沉积岩、与柴北缘超高压变质岩和蛇绿岩套一起记录了柴北缘早古生代古洋壳俯冲、陆壳俯冲、弧陆碰撞-陆陆碰撞以及随后的造山运动等一系列构造热事件。柴北缘滩涧山群构造演化可划分为几个重要的阶段:1)被动大陆边缘形成阶段,约515 Ma之前,属于古特提斯洋的南祁连洋将柴达木板块和祁连板块分开,随后开始了南祁连洋壳向北东的祁连板块之下俯冲,被动大陆边缘形成;2)岛弧火山岩形成阶段,伴随着洋壳俯冲,板片脱水和地幔物质的交代,导致岩浆热液上涌而形成一系列的岛弧链;3)弧后盆地开始扩张阶段,地幔上涌,地壳开始减薄,导致弧后裂谷拉张;4)弧后盆地完全扩张,弧后扩张中心建立;5)弧后盆地扩张至类似MORB型玄武岩出现,陆壳持续减薄至消失;6)弧后盆地开始闭合阶段,随后开始了弧陆碰撞和陆陆碰撞造山运动。整体上锡铁山地区滩涧山群的构造环境经历了整体挤压到局部扩张又折回整体挤压的动力学转化过程。5.阐明了滩涧山群构造演化与弧后盆地成矿体系的关系锡铁山铅锌矿床形成于弧后盆地初始拉张阶段,在双峰式钙碱性岛弧火山岩的末期或者之后。类似N-MORB型玄武岩的出现表明锡铁山滩涧山群是一个发育成熟的弧后盆地。弧后盆地发育的成熟度也决定了弧后盆地成矿体系的差异,在弧后盆地的最初期阶段,Kuroko-type(黑矿型)成矿作用在冲绳海沟产生;在弧间扩张的扩张阶段,主要以Lau盆地型成矿作用为主;在第三个阶段,即弧后盆地发育成熟阶段,则主要以Nornada-type(诺兰达型)成矿作用为主,硫化物的组分与洋中脊的相类似。通过与世界其他类似矿区相对比,如Lau盆地和Abitibi绿岩带,表明滩涧山群d-2组在某种程度上与弧后盆地MORB型矿床的成矿背景相类似。6.确定了锡铁山滩涧山群底部韧性剪切带的性质和形成时间韧性剪切带剪切面理为45°-60°D75°-80°,矿物拉伸线理或生长线理呈现出波状变化特征,整体倾向NW,侧伏角大约20°-30°,局部发育近水平的,倾向SE的拉伸线理,侧伏角在10°-20°。结合S-C组构、不对称褶皱、δ-型和σ-型旋转碎斑系、“云母鱼”构造、不对称的压力影构造等特征,表明锡铁山基底韧性剪切带为一右行挤压逆冲的剪切带。来自韧性剪切带中花岗质糜棱岩白云母获得的Ar-Ar同位素坪年龄和等时线年龄分别为398 Ma和399 Ma,二者基本接近一致,代表锡铁山基底韧性剪切带的形成时间。形成韧性剪切带的区域构造事件背景是柴达木地块向北东斜向俯冲碰撞,该时期韧性剪切变形对锡铁山矿床产生了强烈地后期改造作用。7.为下一步锡铁山矿床成因类型的划分提供证据锡铁山矿床和加拿大巴瑟斯特地区、西班牙伊比利亚黄铁矿带和加拿大渥弗林矿床非常相似,而三个典型的成矿区已经被看作是研究介于SEDEX型和VMS型之间过渡型矿床的代表,即火山-沉积型块状硫化物矿床(VSHMS型)。综合分析研究表明,将锡铁山矿床划分为VSHMS型比较合理。
【关键词】：锆石U-Pb年代学 地球化学 弧后盆地 滩涧山群 锡铁山 柴北缘
【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】：P548
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-11
• ABSTRACT11-18
• 第一章 引言18-24
• 第一节 选题依据和科学意义18-19
• 第二节 研究现状及存在的主要问题19-21
• 第三节 研究方法、技术路线、研究内容和完成的工作量21-24
• 一、研究方法和技术路线21-22
• 二、研究内容22-23
• 三、完成的工作量23-24
• 第二章 区域地质背景24-30
• 第一节 构造24-26
• 第二节 地层26-28
• 第三节 岩浆活动28-30
• 一、火山岩28
• 二、侵入岩28-30
• 第三章 滩涧山群的地质特征30-64
• 第一节 滩涧山群火山-沉积岩的地层层序30-47
• 一、野外实测地质剖面的描述30-39
• 二、原滩涧山群地层特征39-47
• 第二节 构造变形47-61
• 一、韧性剪切变形47-55
• 二、褶皱构造55-58
• 三、脆性断层58-61
• 第三节 矿床地质特征61-64
• 第四章 分析方法64-68
• 第一节 锆石U-Pb定年64-65
• 一、样品前处理64
• 二、锆石U-Pb定年64-65
• 第二节 全岩主量-微量元素分析65-66
• 一、样品前处理65
• 二、主量元素分析65
• 三、微量元素分析65-66
• 第三节 全岩Sr-Nd同位素分析66
• 第四节 白云母Ar-Ar激光定年分析66-68
• 第五章 滩涧山群的年代学、地球化学特征以及白云母Ar-Ar年代学68-102
• 第一节 样品采集及岩相学特征68-74
• 一、火山岩68-71
• 二、中基性侵入岩71-74
• 三、沉积岩74
• 第二节 锆石U-Pb年代学74-83
• 一、样品情况74
• 二、分析结果74-83
• 第三节 地球化学83-99
• 一、火山岩83-95
• 二、中基性侵入岩95-99
• 第四节 白云母Ar-Ar年代学99-102
• 第六章 讨论102-122
• 第一节 滩涧山群的形成时代102-104
• 第二节 滩涧山群火山岩岩石成因及其意义104-107
• 第三节 滩涧山群的形成环境107-111
• 第四节 滩涧山群早古生代构造演化111-113
• 第五节 滩涧山群构造演化对弧后盆地成矿体系的启示113-115
• 第六节 韧性剪切带的形成时代和动力学背景及其意义115-118
• 第七节 与世界上其他类似矿区围岩作对比118-122
• 第七章 结论122-124
• 参考文献124-146
• 附表 1146-155
• 附表 2155-168
• 附表 3168-170
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果170-17

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本文编号：896260