宁芜及庐枞地区陆相次火山岩型铁矿床成矿流体及矿床成因研究

发布时间：2017-09-29 06:28

  本文关键词：宁芜及庐枞地区陆相次火山岩型铁矿床成矿流体及矿床成因研究

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【摘要】：陆相次火山岩型铁矿床是产于长江中下游成矿带宁芜和庐枞地区一种重要的矿床类型,该类矿床的主矿体多赋存在辉长闪长玢岩体顶部及其与上覆火山岩的接触带内。前人对这些矿床开展了岩石学、矿物学、成岩成矿地球动力学、矿床主微量元素地球化学和同位素地球化学、实验地球化学及成岩成矿年代学等方面的研究,建立了著名的“宁芜玢岩铁矿”成矿模式,这些研究为区域火山岩盆地内成岩与成矿时空关系的厘定、成矿物质、成矿流体来源的判别、成矿物理化学条件的估计和对矿床成因、成矿机制、蚀变矿化机理的理解等提供了丰富的资料。然而,对于该类矿床的成矿物质来源和盆地内深部三叠纪蒸发岩层与成矿的关系等问题一直未达成共识,对于矿床成因,特别是梅山和姑山铁矿床中的致密块状主矿体,一直存在着矿浆成因和热液成因的争议。为了探讨这些问题,本文在系统的野外调研的基础上,选取宁芜盆地梅山铁矿床,庐枞盆地泥河和罗河铁矿床作为研究对象,对各矿床中岩石和矿物开展了岩相学、主微量及稀土元素地球化学和C、H、O、S、Pb同位素地球化学特征研究,对磁铁矿进行了爆裂法测温,对与磁铁矿共生的透明矿物中包裹体进行了系统的岩相学和显微测温学研究,选取早阶段辉石和石榴石中原生的流体包裹,采用激光拉曼光谱分析和电子探针成分分析方法对单个包裹体中子矿物进行鉴定,并设计了梅山和泥河铁矿床成矿环境的模拟实验,以石英作为寄主矿物捕获了实验中人工合成的流体包裹体,在德国巴伐利亚州高压实验中心(Bayerisches Geoinstitut)的激光剥蚀-电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)上对这些合成包裹体和梅山、泥河和罗河铁矿床早阶段辉石和石榴石中的天然包裹体进行了单个包裹体的成分分析,合成包裹体的分析结果应用于天然包裹体LA-ICP-MS成分的定量计算中,本次研究结果表明：1.从次火山岩体到铁矿化蚀变带,辉石中Ca含量明显升高,Mn、K、Ti等含量略微降低,单斜辉石种属由普通辉石向透辉石和次透辉石转变,石榴石全部为钙铁榴石,说明铁矿床蚀变带内近于共生的辉石和石榴石形成时,成矿流体呈弱碱性,且具有较高的氧逸度,有利于磁铁矿的沉淀。从梅山铁矿床到泥河-罗河铁矿床,蚀变带中单斜辉石的Fe含量明显升高,而Mg含量明显降低,辉石种属分别以透辉石和次透辉石为主,石榴石的端元组成中钙铁榴石的含量在梅山铁矿床中略高于罗河铁矿床,指示梅山铁矿床成矿流体的氧逸度和碱度可能略高于泥河和罗河铁矿床。磷灰石主要为氟磷灰石,是在富挥发分的气液流体中沉淀形成的,为气成伟晶和／或热液成因,具有与中基性岩中磷灰石相似的微量和稀土元素特征。2.铁矿床中磁铁矿可大致划分出四个世代：Ⅰ世代磁铁矿为次火山岩中的副矿物磁铁矿；Ⅱ世代为矿体深部浸染状磁铁矿,主体分布在蚀变的次火山岩体内部,磁铁矿粒度较细、自形程度较低；Ⅲ世代脉状(网脉状)磁铁矿颗粒较粗、自形程度较好,主要分布在次火山岩体顶部与上覆火山岩的接触带内,形成于富挥发分的高温气液中,在较开放的空间中缓慢结晶,可形成自形的伟晶颗粒；Ⅳ世代磁铁矿为细粒致密块状磁铁矿,主要发育于梅山铁矿床浅部的主矿体中,在罗河和泥河不发育。浸染状磁铁矿(Ⅱ世代)的形成温度约为600-800℃、脉状磁铁矿(Ⅲ世代)约为400～550℃,伟晶脉状磁铁矿(Ⅲ世代)的形成温度可能相对于脉状磁铁矿略有升高,而细粒致密块状磁铁矿(V世代)的形成温度约为350～500℃。根据磁铁矿的电子探针及LA-ICP-MS微区成分测试结果,矿化蚀变带内Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ世代磁铁矿均为热液成因磁铁矿,其中,部分浸染状、细脉状.网脉状和伟晶脉状磁铁矿具有较高的TiO2和V2O5含量和较低的Ni/Cr匕值,与辉长闪长玢岩中受蚀变矿化作用影响的磁铁矿成分相似,显示出岩浆型-热液型磁铁矿的过渡特征,且向深部磁铁矿中Ti含量有增高的趋势,说明次火山岩中已形成的磁铁矿中部分元素(如Ti)可以随热液蚀变活化迁移,因此,本文认为这些磁铁矿主要为高温热液型磁铁矿,可能由于成矿流体对Ⅰ世代磁铁矿的交代和就近沉淀而继承了部分岩浆型磁铁矿的成分特征,而细粒致密块状磁铁矿的TiO2含量很低,具有明显的热液成因,形成温度相对较低。综上,矿床中铁质可能部分来源于含矿流体对已形成辉长闪长玢岩体的萃取。3.梅山、泥河和罗河铁矿床中与早阶段磁铁矿共生,或略早于磁铁矿形成的辉石和石榴石中,包裹体几乎全部为含多个子矿物(硬石膏、赤铁矿、磁铁矿、石盐等)的多相包裹体,而未发现有熔融包裹体,这些包裹体的观察测试结果显示,铁矿床的初始成矿流体为Na-K-Ca-Fe-Cl-S体系,成矿流体早期具有高温(740～810℃)、超高盐度(80 wt%NaCl)、高氧逸度和较强的金属携带能力。此外,梅山铁矿床的成矿流体相对于泥河和罗河铁矿床更为富集Na和Cl,而S和Sr的含量略低,这与梅山铁矿床中广泛发育钠质蚀变而硬石膏和磷灰石含量略低,而泥河和罗河铁矿床中钠质蚀变相对较弱,硬石膏和磷灰石较为富集的地质特征相符。4.成矿作用具有多阶段叠加的特征,从早到晚,随着成矿作用进行,成矿流体向着中高-中低温,中低盐度(120～300℃,0.2～11.5 wt%NaCl)演化,包裹体类型也由含多个子矿物多相包裹体向含1-2个子矿物多相包裹体、富气和富液两相气液包裹体和纯液相包裹体变化,流体的温度、盐度逐渐降低,流体可能经历了两次局部的沸腾作用,第一次沸腾作用发生在早阶段浸染状磁铁矿形成时,流体中可能由于挥发分逸失而在局部发生沸腾作用,第二次沸腾作用发生在较晚阶段脉状磁铁矿及晚阶段致密块状磁铁矿形成时,可能由于成矿空间的突然增大导致局部压力突然降低,但这种沸腾作用并不强烈,作用规模不大,可能不是导致磁铁矿大量沉淀的主要机制。5.流体的H-O同位素组成显示,早期成矿流体主体为岩浆热液,成矿后的晚期热液蚀变过程中大气降水加入,流体逐渐变为以大气降水为主。梅山铁矿床中菱铁矿的C-O同位素组成显示,流体中CO2部分来自深部海相碳酸盐岩。6.辉石和石榴石中单个流体包裹体的LA-ICP-MS成分分析结果显示,本区铁矿床的成矿流体成分明显不同于典型岩浆热液流体,流体具有非常高的Cl/Br、Na/Br、Na/B、S/B比值和较高的Ca/Na比值,暗示成矿流体受到含石盐和硬石膏的蒸发岩层的影响,菱铁矿中C-O同位素组成、硫化物及硫酸盐矿物中S同位素组成和矿物及岩石中Pb同位素组成的特征也表明本区成矿物质具有地幔和上地壳的混合来源。因此,岩浆在上升过程中可能同化和混合了区域深部的海相沉积岩及三叠纪蒸发岩层,蒸发岩层中Na、Cl、Ca、S等元素大量进入岩浆中,将促使岩浆出溶出高盐度的热液并显著地提高这种热液对铁质的萃取和迁移能力,有利于磁铁矿的富集和沉淀,并为成矿提供了部分成矿物质(主要为S)的来源。蒸发岩层的加入一定程度上促进了铁矿床成矿作用的进行,并可能是该类型铁矿床成矿的一个关键因素。因此,含蒸发岩层的盆地相对于蒸发岩层不发育的盆地对于陆相次火山岩型铁矿床的形成较为有利,更具找矿前景。7.宁芜和庐枞地区陆相次火山岩型铁矿床形成于陆内裂谷环境,成岩和成矿发生在中生代早白垩世,发育磁铁矿-磷灰石-辉石／阳起石的矿物组合,发育大规模Na-Ca蚀变,成矿流体具有高温、高盐度、较高的氧逸度并受到深部蒸发岩层作用等特征在国际上通用的矿床类型中与IOCG型矿床较为相似,而矿石中富集硫化物和硫酸盐矿物,铁氧化物具有相对较高的Ti含量和矿化与同时代辉长闪长玢岩具有密切的时空联系等特征又区别于典型IOCG型矿床贫硫、含低Ti铁氧化物和一般与特定侵入岩没有直接的空间关系等特征。该类矿床的成因类型仍属于次火山热液型铁矿床。
【关键词】：玢岩铁矿 蒸发岩 成矿流体 LA-ICP-MS
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.31
【目录】：

• 作者简介6-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-18
• 第一章 绪论18-30
• 1.1 我国铁矿资源现状18-19
• 1.2 国内外相关类型铁矿床研究现状19-24
• 1.2.1 宁芜及庐枞地区陆相次火山岩型铁矿床研究现状19-22
• 1.2.2 IOCG型矿床研究现状22-24
• 1.3 成矿流体研究现状24-27
• 1.3.1 流体包裹体岩相学25
• 1.3.2 流体的PVTX性质研究25-26
• 1.3.3 流体包裹体成分分析技术26-27
• 1.4 存在问题和选题依据27-28
• 1.5 论文实物工作量28-29
• 1.6 论文主要创新点29-30
• 第二章 成矿地质背景30-42
• 2.1 长江中下游区域地质背景30-32
• 2.2 宁芜盆地区域地质特征32-37
• 2.2.1 地层32-35
• 2.2.2 区域构造35-36
• 2.2.3 区域岩浆岩36-37
• 2.2.4 区域矿产分布37
• 2.3 庐枞盆地区域地质特征37-42
• 2.3.1 区域地层38
• 2.3.2 区域构造38-40
• 2.3.3 区域岩浆岩40-41
• 2.3.4 区域矿产分布41-42
• 第三章 典型矿床地质特征42-72
• 3.1 梅山铁矿床42-58
• 3.1.1 矿区地质42-49
• 3.1.2 矿化特征49-58
• 3.2 泥河-罗河铁矿床58-72
• 3.2.1 矿区地质58-64
• 3.2.2 矿化特征64-72
• 第四章 测试分析方法72-77
• 4.1 包裹体显微测温72-73
• 4.1.1 均一法测温72
• 4.1.2 爆裂法测温72-73
• 4.2 物相分析73
• 4.2.1 X射线粉晶衍射分析73
• 4.2.2 激光拉曼光谱分析73
• 4.3 主、微量元素地球化学分析73-75
• 4.3.1 单矿物/全岩主量、微量、稀土元素成分分析73
• 4.3.2 电子探针主量成分分析73-74
• 4.3.3 LA-ICP-MS主、微量元素成分分析74-75
• 4.4 同位素地球化学分析75-77
• 4.4.1 H-O同位素75
• 4.4.2 C-O同位素75
• 4.4.3 S同位素75-76
• 4.4.4 Pb同位素76-77
• 第五章 矿物地球化学特征77-113
• 5.1 辉石77-91
• 5.2 石榴石91-94
• 5.3 磷灰石94-99
• 5.3.1 形貌和晶胞参数94-95
• 5.3.2 主量元素95
• 5.3.3 微量和稀土元素95-99
• 5.4 磁铁矿99-113
• 5.4.1 形貌和晶胞参数99-100
• 5.4.2 主量元素100-104
• 5.4.3 微量元素104-109
• 5.4.4 稀土元素109-113
• 第六章 流体包裹体研究113-159
• 6.1 天然流体包裹体研究113-153
• 6.1.1 流体包裹体岩相学特征113-116
• 6.1.2 流体包裹体显微测温116-135
• 6.1.3 流体包裹体成分135-153
• 6.2 人工合成流体包裹体实验研究153-159
• 6.2.1 样品制备及实验方法153-155
• 6.2.2 合成包裹体岩相学特征155-156
• 6.2.3 合成包裹体成分156-159
• 第七章 矿床成因与成矿模式159-180
• 7.1 成矿物质来源159-169
• 7.1.1 S同位素159-163
• 7.1.2 Pb同位素163-169
• 7.2 成矿流体来源169-175
• 7.2.1 H-O同位素169-173
• 7.2.2 C-O同位素173-175
• 7.3 成矿流体演化及成矿机制175-176
• 7.4 矿床成因与成矿模式176-180
• 7.4.1 矿床成因176-177
• 7.4.2 成矿模式177-180
• 第八章 主要结论与展望180-182
• 致谢182-184
• 参考文献184-204

【参考文献】

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本文编号：940514