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《吉林大学》 2011年
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延边—东宁地区晚中生代浅成热液金铜矿床的成矿流体与成矿机理研究

门兰静  
【摘要】:延边-东宁地区位于兴蒙造山带东端,狭于华北板块,佳木斯地块以及兴凯地块之间,是一个经历了古亚洲洋演化、兴蒙造山对接以及新生代超壳断裂作用叠加而成的复合构造区,多期的构造、岩浆作用使得本区成为我国内生浅成热液金铜等多金属重要矿产地之一,长期以来倍受国内外地质学家关注和研究。为了深入揭示浅成热液金属矿床的成矿规律和找矿方向,本文以该地区的超大型-大(中)型浅成热液金铜矿床为研究对象,深入开展了典型矿床以及与成矿关系密切的中酸性火成岩的地质、地球化学、同位素、年代学研究,取得了如下重要进展。 矿床地质研究得出:斑岩型金厂18号脉、农坪和类斑岩型小西南岔金铜矿床矿体类型为细脉型、细脉浸染型,浅成高硫化矿床矿体类型为角砾岩型和蚀变岩型;研究区斑岩型-浅成高硫化型矿床的控矿构造均为线性断裂或次级断裂,矿体产在断裂交汇的角砾岩筒内或次级断裂中;矿化阶段上,除类斑岩型小西南岔金铜矿床外,斑岩型和浅成高硫化型均分为4个矿化阶段:斑岩型和浅成高硫化型金铜矿床Ⅰ矿化阶段分别为钾长石化阶段、黄铁绢英岩阶段,其余三个矿化阶段均分别为:石英-黄铁矿±黄铜矿±辉钼矿阶,多金属硫化物阶段,石英-方解石脉阶段;小西南岔分为5个阶段,第Ⅰ和第Ⅴ矿化阶段和斑岩型第Ⅰ和第Ⅳ矿化阶段相同,Ⅱ-Ⅳ(主成矿)矿化阶段分为浸染状硫化物蚀变岩阶段、硫化物阶段、纯硫化物阶段;围岩蚀变上,三类矿床除斑岩型和类斑岩型早期发育钾长石化、阳起石化、电气石化及黑云母化,均发育绿泥石、绿帘石化,硅化,绢云母化,泥化和碳酸盐化。 流体包裹体的研究表明:浅成高硫化矿床包裹体类型为气液两相、含子晶多相及(富)纯气相,富液相;子晶类型主要为石盐、钾盐、硬石膏、重晶石等硫酸盐,黄铜矿及赤铁矿等金属子晶;金厂0号脉、1号脉和杜荒岭、九三沟的均一温度分别为120℃-490℃,110℃-490℃,90-530℃,140-560℃;初始成矿流体的盐度分别为35.66-65.85 wt%(NaCl), 62.38±wt%(NaCl),60.03~64.49 wt%(NaCl);主成矿古深度为1.5km。斑岩型金厂18号、农坪金铜矿床包裹体除发育浅成高硫化包裹体类型外,金厂18号矿体还存在熔融包裹体,子晶种类与高硫化型相同;其均一温度分别为230℃-600℃、170-490℃;初始成矿流体的盐度分别为31.75-69.82 wt%(NaCl),2.89 wt%(NaCl)±;主成矿阶段古深度分别为3.5-1.0km,2.0-0.5km.小西南岔北山、南山及与成矿关系密切的角闪花岗闪长岩包裹体类型与斑岩型相同,子晶种类还有方解石和水合物;北山、南山及角闪花岗闪长岩均一温度分别为150℃-500℃、150℃-390℃,90℃-530℃,显示北山具有高温气相成矿特征;北山获得初始成矿流体盐度为9.45-20.15(wt%NaCl),与角闪花岗闪长岩原生流体包裹体的盐度10.49-15.55(wt%NaCl)接近;北山开始成矿深度为4km,南、北山主成矿古深度均小于2.0kmm。这三类矿床主成矿阶段流体盐度均出现低盐度和高盐度两个区间,晚期为低盐度流体。激光拉曼结果显示五个矿床的气体成分主要为H20,C02,CH4,小西南岔南、北矿区和金厂0号脉,杜荒岭气体成分还有N2。氢氧同位素显示小西南岔南、北矿区和金厂0号脉的δ18O(H2O)分别为0.048-6.125‰,-0.09-3.78‰,4.1-7.14‰;δDV-SMOW分别为-46--99.5%o,-38--82.5%0,-73-86.62。这些结果表明早期成矿流体均为含CO2的高温高氧化的幔源岩浆热流体,浅成高硫化矿床和斑岩型金厂18号脉初始成矿流体具有高盐度性质,而斑岩型农坪和类斑岩型小西南岔金铜矿床初始成矿流体为中低盐度,成矿过程中均有不同程度的地壳流体和大气水的混入。三类矿床的成矿过程中均有沸腾作用发生,450-400℃,30Mpa,高盐流体与大气水的加入是浅成高硫化矿床形成的前提,350-200℃,15-5Mpa流体沸腾是该类矿床主要成矿机制;斑岩型金厂18号脉和农坪经先沸腾后大气水混合形成细脉浸染状斑岩型矿床,沸腾条件分别为450-300℃,35-10Mpa和350-300℃,20-10Mpa;温度370-400℃,压力20Mpa时流体的瞬间沸腾是小西南岔矿床形成的前提,随后350℃±,15Mpa时高温气相与地壳流体混合交代是北山形成的主要机制,400-200℃,20-5Mpa随温压变化在裂隙中脉状充填结晶是南山主要成矿机制,5Mpa大气水加入造成局部不混溶是小西南岔中晚期成矿机制。 成矿关系密切的中酸性火成岩的主量、痕量元素显示Si02含量≥53%,A1203≥17%,富集大离子、轻稀土元素,亏损重稀土元素的特征;Sr-Nd-Pb同位素结果显示:金厂九三沟和小西南岔脉岩的(87Sr/86Sr)i,INd和εNd(t)的值分别为0.70414-0.70487,0.51258~O.51264,1.56-2.88;206Pb/204Pb为18.3481~18.4682,207Pb/204Pb为15.5438~15.6198,208pb/204Pb为38.2316-38.4177。这些结果显示脉岩为钙碱性和埃达克质岩共生特征,为俯冲洋壳脱流体过程中,可能伴生有埃达克质熔体的产生,它们与上覆地幔楔和地幔熔体不同程度的混合、混染形成。 成岩成矿年代学研究显示金厂金铜矿和九三沟金矿的成矿时代上限分别为110±1.1Ma,109.8±2.2Ma,杜荒岭金矿床的成矿时代为107±6 Ma;小西南岔和农坪矿床成矿时代上限分别为102.1±2.2Ma,96.9±1.4Ma;显示成矿集中在两个时间,110Ma和100Ma,均与早白垩世晚期伊泽奈奇板块不同方向的俯冲有关。 结合与成矿有关的岩浆的成因和形成时代,成矿流体的演化,归纳成矿动力学背景和成矿过程为:110Ma伊泽奈奇板块北北西向下俯冲古亚洲洋大陆,俯冲洋壳脱流体过程中,可能伴生有埃达克质熔体的产生,它们与上覆地幔楔和地幔熔体不同程度的混合、混染过程中,岩浆房逐渐卸载岩浆带来的铜等成矿元素,中低盐度的超临界含矿流体库聚集形成。随着岩浆结晶金厂和杜荒岭,九三沟矿区的临界流体发生相分离均形成高盐度流体和低盐度岩浆气;在岩石圈地幔伸展情况下,岩浆和成矿流体上升,高盐度流体经过沸腾和大气水混合以结晶和充填方式在金厂形成细脉浸染状18号脉,金厂矿区、杜荒岭和九三沟矿区的低盐度岩浆气上升过程中浓缩出高盐度液相再经大气水混合转变为中低盐度流体,1.5km处经沸腾分别形成0号、1号角砾岩筒矿体,杜荒岭和九三沟角砾岩型矿体;100Ma伊泽奈奇板块北西向俯冲,经历上述过程形成的埃达克质岩浆和中低盐度流体在小西南岔和农坪矿区上升,经沸腾和大气水混合形成农坪细脉浸染状铜金矿体,而在小西南岔沸腾后的高温气相流体与年轻地壳流体混合交代、结晶在北山形成细脉浸染状矿体,沸腾的中温含矿流体在南山以充填方式形成磁黄铁矿为主的硫化物石英脉,在中晚期南、北山均有大气水的加入,在南山造成局部不混溶形成纯硫化物脉和角砾岩,北山不混溶形成的高温气相流体以充填方式形成胶黄铁矿石英脉,上升的埃达克质岩浆随着矿体形成也在浅部就位。因此,延边-东宁地区晚中生代在相同的动力学背景下,通过不同的流体演化过程形成了三种不同类型的热液金铜矿床。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P618.51

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