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《中国地质科学院》 2011年
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内蒙古黄岗锡铁矿床地质与地球化学

周振华  
【摘要】:黄岗锡铁矿床是大兴安岭南段多金属成矿带内的一个重要的大型多金属矿床,为我国长江以北最大的锡多金属矿床,也是内蒙古自治区第二大铁矿。本论文在充分收集并总结前人研究成果的基础上,选择黄岗锡铁矿床作为典型矿床剖析。通过野外地质调查、电子探针分析、主微量成分分析、Sr-Nd-Pb-Hf同位素示踪、流体包裹体、稳定同位素、放射性同位素年代学等方法和手段,主要研究了成矿岩体特征、夕卡岩岩体特征、成矿物质来源、成矿流体来源、矿床成因、成矿作用及成矿动力学背景等方面的内容,建立了矿床成矿模型,探讨了区域成矿规律,取得的主要成果如下: (1)详细的野外地质调查发现,下二叠统大石寨组及黄岗梁组中是矿床的主体含矿层位,矿体总体顺层分布,空间上与夕卡岩密切相关。矿石主要类型以层纹状、团块状夕卡岩矿石为主,其次为产在大理岩中的条带状、团块状矿石,围岩与矿体的接触界线清楚。矿石矿物种类繁多,围岩蚀变普遍发育,夕卡岩分带明显。矿床的形成经历了夕卡岩阶段、退化蚀变阶段、石英硫化物阶段和碳酸岩阶段,其中第2、3阶段为主成矿期。 (2)成矿岩体为燕山晚期花岗岩体,岩体的Si02含量较高(66.81~77.93%),A1203含量低(11.07~14.54%),显著贫镁,ALK较高(5.65~10.67%),K20/Na2O值在0.32~10.53,平均为2.26。稀土配分曲线呈右倾轻稀土富集型,铕强烈亏损,δEu值为0.03-0.24。富集高场强元素Zr.Hf和大离子亲石元素Rb.U.Th,而元素P、Ti、Ba、Sr明显亏损,具有与洋岛玄武岩相似的Y/Nb等元素比值(1.2),具有典型的A1型板内非造山花岗岩特征。 (3)同位素组成特征表明,黄岗岩体的(87Sr/86Sr)i值在0,70211~0.70729,εNd(t)值在-0.8~0.9,Nd模式年龄TDM介于855~993Ma;全岩Pb同位素206Pb/204Pb.207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值介于18.974~26.107、15.554~15.914和38.894~39.890,铅具有混合来源特征;176Hf/177Hf比值介于0.282744~0.282922,εHf(t)值为1.9~18.3,两阶段Hf模式年龄(TDM2)变化范围为561-888Ma,年轻的Nd、Hf同位素模式年龄暗示本区晚元古代时期曾发生一次重要的地壳增生事件。岩浆源区来自起源于亏损地幔的初生下地壳物质的部分熔融,可能存在少量古老陆壳物质的混染。岩体的形成机制为:从俯冲洋壳析出流体交代的地幔楔或亏损地幔减压部分熔融作用形成的基性岩浆分离后,诱发岩石圈拆沉、幔源岩浆上涌和底侵,促使镁铁质的初生地壳物质重熔并不断分异演化,从而产生了大量花岗岩浆,其成因构造背景与区域盆岭构造格局相吻合。 (4)电子探针分析结果显示,与成矿密切相关的夕卡岩体中石榴子石和辉石的矿物组分分别为Adr28.69-96.44GrS2.00~67.38(Prp+Sps)0.67~5.69和Di11.8~94.12Hd4.08~81.28Jo1.79~20.02,其较大的成分变化特征反映出了夕卡岩不是在一个完全封闭的平衡条件下形成的。角闪石大多为镁铁钙角闪石,个别属于铁角闪石,成分变化较大的原因可能是由于氧化还原条件的改变从而导致不同程度的AlⅥSi←→(Na, K)的置换作用,属于一种固相线下的转变趋势。角闪石中的四次配位的Si、Al,六次配位的Al、Ti和A位置的阳离子数变化范围很大,可能是由于接触交代作用过程中的岩浆的成分差异或结晶时的物理化学条件的改变所引起的。富锰的辉石夕卡岩是岩浆流体顺层间破碎带渗滤交代形成的,富锰辉石可作为本区寻找Sn、Cu、Zn等多金属的找矿标志,在外接触带夕卡岩和其附近的大理岩中是多金属成矿的有利部位。 (5)流体包裹体研究表明,本区包裹体类型复杂,主要有硅酸盐熔融包裹体、富气相水溶液包裹体、富液相水溶液包裹体、含子矿物多相包裹体,富CO2包裹体,含C02多相包裹体,其中以富液相水溶液包裹体为主。成矿早阶段以硅酸盐熔融包裹体和H20-NaCl型包裹体为主,晚阶段出现少量CO2-H2O±CH4型包裹体和CO2-H2O-NaCl型包裹体。从早到晚的四个阶段均一温度分别为(257~432℃、550℃)、322~403℃、202~304℃、153~221℃;盐度w(NaCleq)为(12.13~19.88%、66.8%)、16.43~22.34%、1.74~14.77%、1.74~11.9%。流体包裹体的均一温度和盐度w(NaCleq)主要集中于220~432℃和1.74~22.34%,总体上属于高-中温、中-低盐度类型矿床。包裹体气相成分以C02及H20为主,其次为N2、O2和CH4,少量C2H2、C2H4和C2H6;液相成分中阳离子以Na+、K+为主,其次为Ca2+、Mg2+,阴离子以Cl-、SO42-为主,其次为F-,还含有少量Br-、NO3-,成矿流体体系属CO2-H2O-NaCl±CaCl2(KCl)体系。初始成矿流体由岩浆“初始沸腾”作用形成,流体减压沸腾、开放和相的分离和多次不混溶作用可能是成矿的主要原因。 (6)H-O同位素示踪表明,不同成矿阶段脉石矿物σDV-SMOW变化很大,主要-116--73%o,平均-98%o,个别样品在-187~-182‰;Ⅰ-Ⅳ阶段δ18OH2O分别为7.4~9.8‰、-3.3~8.6‰、-6.0~4.9‰和-10.9~-1.6‰,说明成矿流体主要为岩浆水,后期存在大气降水混合和岩浆期后热液叠加成矿作用。矿石σ34SV-CDT值变化区间在-9.0~4.5‰,平均值-1.87‰,相对于地幔平均的δ34S变化范围更宽,表现出经过改造的混合硫的特征;辉钼矿Re同位素含量较高,变化范围209.7~300.6×10-6,平均260.5×10-6,远高于绝大多数辉钼矿Re的含量,表明黄岗矿床的成矿物质主要来源于地幔,存在部分地壳物质的加入; (7)采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法获得成矿岩体中的钾长花岗岩和花岗斑岩分别形成于136.7±1.1Ma和136.8±0.57Ma,与磁铁矿共生的辉钼矿Re-Os等时线年龄135.3±0.70Ma,成岩成矿时代吻合,均发生在早白垩世,表明了两者具有密切的成因联系。成岩成矿年代学数据统计分析发现,大兴安岭地区成矿作用以中生代燕山期成矿为主,存在140-130Ma左右、180-160Ma左右的两次成矿爆发期,其中140-130Ma左右主要出现在岩石圈伸展减薄背景下,与燕山晚期侵入的小岩体有关的锡铅锌铜银多金属矿床;180-160Ma左右主要出现与燕山早期西伯利亚与华北板块后碰撞造山有关的钼铅锌铜金多金属矿床。黄岗锡铁矿床是在古太平洋板块俯冲大陆边缘弧后伸展环境下,发生的大规模成矿作用的产物。 (8)综合上述详细的研究,对比了国内外较有代表性的以锡铁共生为主的矿床,建立了黄岗锡铁矿床的成矿模型,初步探讨了区域成矿规律。
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