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《中国科学院广州地球化学研究所》 2017年
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特提斯闭合与白垩纪成矿

张丽鹏  
【摘要】:华南以中生代大规模的岩浆活动和相应的多金属矿化而闻名,尤其是W、Sn、Sb、Nb、Ta、Cu和U等矿化,并且这些岩浆岩和矿化表现出时空分布规律。按时空关系主要可分为四期:三叠纪(230?210 Ma)、侏罗纪(180?150 Ma)、早白垩世(140?125 Ma)和早白垩世晚期-晚白垩世(110?80 Ma)。相比其它阶段,早白垩世晚期-晚白垩世(110?80 Ma)阶段同样具有巨大的成矿潜力,但是研究相对薄弱。更为重要的是这一成矿阶段主要位于华南南部,处于太平洋构造域和特提斯构造域的结合部位,导致其构造背景存在争议。我们选择的研究区位于华南南部粤西地区的阳春盆地,以盆地内的白垩纪石菉Cu?Mo矿床、锡山Sn?W矿床和鹦鹉岭W?Sn矿床为研究对象,系统的进行了锆石U?Pb定年、辉钼矿Re?Os定年、锡石U?Pb定年、全岩主微量和Sr?Nd同位素和锆石Hf同位素研究,以期明确阳春盆地白垩纪矿床的成因。在此基础上,结合整个华南南部晚白垩世岩浆岩和矿床的研究,以及亚洲东南部的大地构造演化,探讨白垩纪岩浆岩和矿床形成的构造背景。石菉Cu?Mo矿床是阳春盆地内一个大型斑岩-矽卡岩型矿床。矿区内出露的石菉岩体其岩性为花岗闪长岩和石英闪长岩,两者都属于高钾钙碱性系列。两者地球化学特征相似,其中Si O2含量为64.5?67.4 wt.%,MgO为1.66?2.52 wt.%,具有较高的Al2O3(15.4?16.6 wt.%)和Sr(400 ppm)含量和较低的Y和Yb含量。除了个别样品具有略高的Y和Yb含量,大部分样品具有埃达克岩的特征。LA-ICP-MS锆石U?Pb定年表明石菉岩体形成于约106?104 Ma,其中最年轻的石英闪长岩年龄与辉钼矿Re?Os等时线年龄在误差范围内一致,反映成矿事件与石菉岩体之间具有密切的成因联系。石菉岩体具有较高的锆石Ce~(4+)/Ce~(3+)和δEu值,表明了岩浆的高氧逸度特征。综合石菉岩体埃达克质岩、高氧逸度、高Mg#值和铜矿化等方面的特征,其最可能形成于年轻的俯冲洋壳部分熔融。石菉全岩Sr?Nd同位素和主微量元素和锆石Hf同位素表明,部分熔融形成的岩浆在上升过程中可能与EMII型富集地幔和上部陆壳物质发生了混染。在地质历史时期中,华南曾受东部太平洋构造域和南部特提斯构造域的影响。但根据古太平洋板块的漂移和转向历史,太平洋板块很难到达阳春地区并发生部分熔融形成埃达克质岩石。根据亚洲东南部的构造演化历史,重建白垩纪时期(~125 Ma)华南及其周缘地块的古地理位置。结果表明,白垩纪时期新特提斯俯冲带离华南并不远,洋脊俯冲形成的平板俯冲可能是石菉Cu?Mo矿床形成的最佳机制。锡山Sn?W矿床位于华南南部的阳春盆地,其成矿在空间上主要与钾长花岗岩有关。LA-ICP-MS锆石U?Pb定年获得钾长花岗岩的形成年龄为~79 Ma(78.1±0.9 Ma;79.0±1.2 Ma;79.3±0.8 Ma)。选自锡石石英脉的辉钼矿获得Re?Os等时线年龄为79.4±4.5 Ma。直接通过矿石矿物的LA-ICP-MS锡石U?Pb定年,获得成矿年龄为78.1±0.9 Ma和79.0±1.2 Ma,与辉钼矿Re?Os等时线年龄一致,因此可以代表锡山的成矿年龄。锡山的成矿年龄与钾长花岗岩年龄一致,表明两者之间有密切的成因联系。钾长花岗岩具有高Si O2(71.4?77.2 wt.%),K_2O(4.43?7.12 wt.%)和全碱(Na_2O+K_2O=7.88?10.07 wt.%)的特征,属于高钾钙碱性到钾玄岩系列。微量元素表现出富集稀土(REE=167?539 ppm)和高场强元素(Nb=48.1–78.5 ppm,Ta=8.5–25.3 ppm),同时亏损Sr、Eu、Ba和Ti等元素。钾长花岗岩矿物和地球化学特征(10000*Ga/Al2.6,Zr+Nb+Ce+Y350ppm)都表现出A型花岗岩的特征,并被进一步划分为A2型。锡山钾长花岗岩高Rb/Sr、K/Rb值和低Nb/Ta、Zr/Hf值指示了岩浆的高演化特征。钾长花岗岩的初始87Sr/86Sr和εNd(t)值分别为0.705256?0.706181和-5.4?-4.8,同时锆石εHf(t)具有较大的变化范围-7.8?1.6,表明其可能来源于混合的岩浆源区,有幔源物质的参与。锡山钾长花岗岩较低的锆石Ce~(4+)/Ce~(3+)(12?88)比值指示其初始岩浆具有较低的氧逸度,这对Sn在初始岩浆中的富集具有重要意义。而钾长花岗岩的高挥发分含量和高演化特征在成矿元素迁移和富集过程中起到了非常关键的作用。锡山岩体A型花岗岩的特征说明其形成于拉张的构造环境。而高F、低Cl和A2型花岗岩特征最可能由俯冲板片后撤引起的。板片后撤造成软流圈物质上涌,导致多硅白云母分解,释放出富F和贫Cl的流体,交代上覆岩石圈地幔和下地壳并部分熔融混合形成初始岩浆。白垩纪时期锡山矿区处于太平洋构造域与特提斯构造域的交汇部位。阳春盆地内的石菉Cu?Mo矿床已证明是特提斯俯冲的产物,因此锡山矿床应是由特提斯板片的后撤引起的。鹦鹉岭矿床位于锡山矿床的西侧,是一个W?Sn多金属矽卡岩型矿床。其矿种类型多样,并且岩浆岩脉发育,与锡山矿床相比更加复杂。矿区出露岩体主要由钾长花岗岩和黑云母花岗岩组成,两者都具有较低的Nb/Ta和Zr/Hf值,指示它们都有较高的演化程度。钾长花岗岩具有右倾型稀土配分型式,而黑云母花岗岩具有海鸥型稀土配分型式,并具有更高的Rb/Sr值。因此相对于钾长花岗岩,黑云母花岗岩具有更高的演化程度。锆石U?Pb定年显示两类花岗岩具有一致的形成年龄~79 Ma,与阳春盆地内的锡山岩体一致,为粤西地区晚白垩世岩浆活动的一部分。通过矿石矿物锡石U?Pb定年直接获得成矿年龄79.6±0.9 Ma,与鹦鹉岭岩体在误差范围内一致,表明鹦鹉岭岩体与W?Sn矿化之间具有密切的成因联系。钾长花岗岩和黑云母花岗岩在矿物学和地球化学组成上都表现出A型花岗岩的特征。同时,它们较高的初始岩浆形成温度(800°C)也与A型花岗岩的特征一致。鹦鹉岭岩体较低的锆石Ce~(4+)/Ce~(3+)和δEu值反映岩浆具有较低的氧逸度,岩浆低氧逸度是初始岩浆富集Sn的关键因素。挥发分元素在成矿元素迁移和沉淀中具有重要作用。鹦鹉岭岩体与锡山岩体具有相同的成岩时代和相似的地球化学特征,应为同一构造背景下的产物。晚白垩世新特提斯板片后撤导致了鹦鹉岭岩体的形成。统计发现,华南南部晚白垩世岩浆岩和W?Sn矿床可划分为两条带:东南沿海NE向岩浆岩带和华南南部EW向岩浆岩和W?Sn矿化带。这两条带在展布方向、岩石组合和成矿性等方面都不同。白垩纪晚期太平洋板块NW向俯冲,与东南沿海NE向岩浆岩带一致。而华南南部EW向岩浆岩和W?Sn矿化带与特提斯板块向北俯冲一致。因此,这两条带应该分别受太平洋板块和特提斯板块的影响。综上,特提斯在白垩纪仍然影响华南地区。在~104 Ma时,特提斯洋脊俯冲到阳春一带并形成石菉Cu?Mo矿床。随着俯冲的进行,俯冲角度逐渐增大而发生后撤,形成了EW向晚白垩世W?Sn成矿带。
【关键词】:阳春盆地 石菉Cu?Mo矿床 锡山Sn?W矿床 鹦鹉岭W?Sn矿床 特提斯 洋脊俯冲 板片后撤 华南 白垩纪
【学位授予单位】:中国科学院广州地球化学研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P542;P611
【目录】:
  • 摘要5-8
  • ABSTRACT8-15
  • 第1章 引言15-25
  • 1.1 选题依据15-17
  • 1.2 研究现状及存在问题17-23
  • 1.2.1 华南南部及邻区白垩纪岩浆岩与矿床17-18
  • 1.2.2 太平洋板块俯冲历史研究现状18-19
  • 1.2.3 特提斯研究现状19-20
  • 1.2.4 阳春盆地研究现状20-23
  • 1.3 拟解决的科学问题23-24
  • 1.4 完成的工作量24-25
  • 第2章 样品制备与实验分析25-33
  • 2.1 样品制备25-26
  • 2.1.1 薄片制备25
  • 2.1.2 全岩无污染200目粉末磨制25
  • 2.1.3 单矿物挑选与样品靶制备25-26
  • 2.2 实验分析26-33
  • 2.2.1 全岩主微量元素分析26-27
  • 2.2.2 全岩Sr–Nd同位素分析27-29
  • 2.2.3 锆石U?Pb定年29
  • 2.2.4 锡石U?Pb定年29-30
  • 2.2.5 辉钼矿Re?Os定年30
  • 2.2.6 锆石Hf同位素分析30-33
  • 第3章 区域地质背景33-41
  • 3.1 区域地层34-37
  • 3.2 区域构造37
  • 3.3 区域岩浆岩37-38
  • 3.4 区域矿产资源38-41
  • 第4章 石菉Cu?Mo矿床41-61
  • 4.1 矿床地质特征41-44
  • 4.2 分析结果44-49
  • 4.2.1 全岩主微量元素特征44-46
  • 4.2.2 锆石U?Pb定年46-47
  • 4.2.3 辉钼矿Re?Os定年47-49
  • 4.2.4 锆石Hf同位素49
  • 4.3 讨论49-59
  • 4.3.1 成岩成矿时代49-50
  • 4.3.2 岩浆氧逸度50-51
  • 4.3.3 埃达克质岩51-53
  • 4.3.4 岩浆混合与地壳混染53-55
  • 4.3.5 构造背景55-59
  • 4.4 小结59-61
  • 第5章 锡山Sn?W矿床61-81
  • 5.1 矿床地质特征61-64
  • 5.2 分析结果64-70
  • 5.2.1 全岩主微量元素特征64-65
  • 5.2.2 锆石U?Pb定年65-67
  • 5.2.3 辉钼矿Re?Os定年67-68
  • 5.2.4 锡石U?Pb定年68-69
  • 5.2.5 锆石Hf同位素69
  • 5.2.6 全岩Sr?Nd同位素69-70
  • 5.3 讨论70-79
  • 5.3.1 成岩成矿时代70-71
  • 5.3.2 A型花岗岩特征71-74
  • 5.3.3 岩石成因74-76
  • 5.3.4 岩石属性与Sn?W矿化76-78
  • 5.3.5 伸展背景与新特提斯板片后撤78-79
  • 5.4 小结79-81
  • 第6章 鹦鹉岭W?Sn多金属矿床81-101
  • 6.1 矿床地质特征81-84
  • 6.2 分析结果84-94
  • 6.2.1 主微量元素特征84-86
  • 6.2.2 锆石U?Pb年龄86-89
  • 6.2.3 岩浆氧逸度与温度89-91
  • 6.2.4 锡石U?Pb定年91-92
  • 6.2.5 锆石Hf同位素92-93
  • 6.2.6 全岩Sr?Nd同位素93-94
  • 6.3 讨论94-100
  • 6.3.1 成岩成矿时代94
  • 6.3.2 岩石类型与成因94-98
  • 6.3.3 岩浆分异与W?Sn成矿98-99
  • 6.3.4 构造环境99-100
  • 6.4 小结100-101
  • 第7章 白垩纪岩浆岩和矿床与构造背景101-109
  • 7.1 岩石组合及岩性特征102-103
  • 7.2 太平洋板片的影响范围103-104
  • 7.3 晚白垩世W?Sn成矿104-105
  • 7.4 晚白垩世NS向伸展105-107
  • 7.5 小结107-109
  • 第8章 结论与展望109-113
  • 参考文献113-135
  • 附录135-171
  • 致谢171-173
  • 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果173-174

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