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安徽铜陵狮子山铜金矿田岩浆作用与流体成矿

陆三明  
【摘要】: 铜陵狮子山矿田是长江中下游成矿带内具有代表性和典型性的大型铜、金矿田。矿田内构造活动、岩浆作用及成矿作用复杂。大地构造演化经历了活动(基底形成阶段)-稳定(盖层)-再活动(板内变形)三个发展演化阶段。尤其是中三叠世以后,板内变形阶段引发大规模的中酸性岩浆侵入活动,形成了与中酸性岩浆侵入有关的所谓“三位一体”和“多层楼”的矿床分布格局。 铜陵矿集区狮子山矿田地质研究程度较高。根据目前研究现状,论文工作拟在以往工作基础上,主要采用SHRIMP同位素精确定年、矿物流体包裹体成分ICP-MS分析以及包裹体中δ~(13)C_(CO2)、δ~C_(CH4)质谱分析等现代测试技术,着重分析岩浆岩的成岩时代、流体包裹体气液相成分和微量元素成分、流体成矿的物理化学条件和C、H、O同位素组成等在时间和空间上的变化,旨在结合区域成矿背景的研究,运用现代成岩成矿地质地球化学理论,探索矿田岩浆作用及岩浆演化、成岩与成矿关系、成矿流体的时空演化、成矿物理化学场与矿床矿体定位的时空耦合。论文取得了以下主要成果和创新性认识: 1、狮子山矿田侵入岩的岩石类型主要为辉石二长闪长岩、石英二长闪长岩和花岗闪长岩3类。根据岩石化学和地球化学的研究,侵入岩以富钾钙碱性系列岩石为主。岩石低Cr、Ni,高Rb、Th、Ba、K以及Sr富集,表明其属于以幔源物质为主的壳幔混源型岩石。结合Nd、Sr同位素地球化学研究,认为本区岩浆岩是上地幔和下地壳物质部分熔融的产物,岩浆作用发生在由挤压向拉张过渡的地球化学背景。区内岩浆岩的主量元素和稀土元素地球化学研究表明,其具有相同的来源,是同源岩浆演化的结果,成岩过程中镁铁矿物的结晶分离起着重要的作用。综合研究认为,狮子山矿田岩浆岩的形成应是起源于上地幔或下地壳的原生岩浆,当聚集到深部岩浆房中以后,在滞留的过程中发生了一定程度的分离结晶作用,但尚未固结,成分上显示了一定的带状分布,在区域构造应力的松弛及构造事件的诱发下,随机地沿发育的构造裂隙先后上升侵位,冷凝结晶。 2、锆石SHRIMP的同位素精确定年表明,岩浆的侵位年龄为133.3Ma~142.9Ma.即晚侏罗世-早白垩世。同位素年龄的相似性和差异性表明矿田侵入岩体是在同期岩浆活动中多次定位形成的。岩浆侵入活动可以划分为分别起始于140Ma±和134Ma~136Ma的早晚两次脉动。从岩浆上升侵位到冷却结晶的时间间隔均较短,但其中的白芒山辉石二长闪长岩冷却史相对较长,且经历了早期深部岩浆房中的分离结晶作用和后期构造脉动、岩浆上升侵位、减压受热、早期晶体再熔蚀及冷却结晶的过程。 3、矿田内多种不同类型的矿床沿狮子山铜金矿带和鸡冠石多(贵)金属矿带2个成矿带分布,深部为斑岩型矿床和层控-矽卡岩型矿床,中部为层间矽卡岩型矿床及浅部为角砾岩筒式或接触式矽卡岩型矿床。矿床矿物流体包裹体岩相学研究表明。成矿流体包裹体类型多样。但以富液相包裹体和气相包裹体为主。包裹体均—温度测定显示,矽卡岩阶段为411~600℃,石英-硫化物阶段为173~440℃,碳酸盐阶段为117~280℃,成矿温度变化具有连续性和相对集中的特点。成矿流体的盐度测定表明,在矽卡岩阶段和石英-硫化物阶段显示出高盐度和低盐度的两个端元,而且同一成矿阶段高盐度和低盐度等不同类型包裹体均一温度基本一致,反映成矿过程与流体沸腾作用有关。矿田内各矿床成矿流体在时间上从早阶段向晚阶段演化,p、pH、Eh、f_(O2)值降低;空间上从深部矿床向浅部矿床p、Eh、f_(O2)降低,而pH升高。 4、矿田内各矿床气相成分以H_2O、CO_2为主,还原性气体CH_4、C_2H_6、N_2、H_2S、Ar为次。还原参数R及H_2S浓度在空间上的不同深度矿床石英-硫化物阶段由深向浅变小。CO_2/H_2O比值在空间上指示成矿流体减压空间为-500m~-550m和-730m~-830m中段,流体减压沸腾是矿石沉淀的主导机制。液相成分中阴离子以Cl~-、SO_4~(2-)和F~-为主,阳离子以K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,K~+/Na~+、F~-/Cl~-及相关图解显示,成矿溶液是岩浆热液和地下水热液的混合,成矿溶液中阴、阳离子摩尔浓度显示岩浆热液在成矿过程中起主导作用。空间上K~+/Na~+、F~-/Cl~-随深度变浅总体呈降低趋势,但在-500m~-550m左右和-730m~-830m中段显著降低,反映成矿过程中流体混合作用增强,是矿石减压沸腾的空间,也与矿田内矿床的富集部位一致。因而探索了矿床流体成分演化、成矿流体物理化学场与矿床矿体的时空定位的密切关系。 5、首次系统的石英包裹体微量元素特征研究表明,成矿流体的微量元素特征决定矿石的微量元素的特征,不同矿床的流体具同源演化的特征,石英包裹体中成矿元素丰度指示了。富铜流体”的存在。相对而言矽卡岩阶段成矿作用较弱,而主成矿阶段石英-硫化物阶段Cu、Sr、Ba等有强烈富集的趋势,成矿作用较强。根据矿床矿石分带和流体成分分析,Cu品位较高的含铜黄铁矿石+磁黄铁矿矿石带,可能是含Cu流体汇聚和活动的异常带。空间上不同矿床反映了由深部向浅部总体上Cu富集系数降低,而Pb、Zn则富集系数增加。特征元素及其比值指示成矿热液具深源流体的特征。 6、流体包裹体稀土元素与岩浆岩及矿床石英、石榴子石等单矿物具有较好的一致性,但与矿石存在不同,反映了矿床成矿环境对矿石沉淀的影响。铜金矿床矿石和蚀变岩石稀土元素球粒陨石配分模式呈右倾斜型,LREE界于岩浆岩和大理岩之间。但金矿床矿石蚀变岩石δEu呈弱异常,而铜矿床具弱负δEu和弱正δEu异常,反映了成矿环境的复杂性。系统的石英流体包裹体稀土元素和矿石及其单矿物稀土元素的对比分析表明,石英包裹体的稀土元素特征在刻划流体方面比矿床矿石及其单矿物更具有代表性。金矿床流体包裹体稀土元素配分模式为右倾型,轻重稀土分异弱,且δEu具弱异常;铜矿床流体包裹体总体为LREE富集型,轻重稀土分异弱,其显示了深源流体的特征。空间上,深部和中部矿床流体为负δEu异常,而浅部铜矿床均显示δEu正异常,可能与环境改变和F~-、Cl~-、CO_3~(2-)离子的络合作用有关。 7、方解石碳氧同位素组成表明。成矿的碳质可能主要为深部岩浆来源,水-岩相互作用是热液方解石沉淀的主要因素。石英包裹体的δ~(13)C_(CO2)值总体在岩浆岩系统范围,但部分碳来源于围岩,反映了成矿流体起源于岩浆作用,但成矿晚期有外来地层成分和大气降水的加入。δ~(13)C_(CH4)特征显示有机碳和无机碳的混合,也显示成矿有围岩碳酸盐和有机质的参与,而且空间上由深部矿床向浅部矿床降低。矿田铜矿床和金矿床CH_4含量及其同位素组成的差异,可能显示CH_4是矿床铜金分离和金沉淀的主要因素。 8、成矿流体氢氧同位素表明,成矿热液以岩浆水为主,晚期有地层水和大气降水的加入。成矿流体在空间上具有以岩浆岩体为中心,由内向外、由下向上氢氧同位素组成有规律的变化特征;在时间上成矿流体由早阶段至晚阶段岩浆水逐渐减少而大气降水逐渐增多,反映成矿作用以岩浆作用为主导。 9、对矿田内2类不同矿石类型中的辉钼矿Re-Os年龄测定,得到成矿年龄为139.1Ma和139.4Ma。显示成岩与成矿密切的成因联系。铅同位素研究表明,矿石铅与岩浆岩的岩石铅一致,均具有深源铅的特征。而与沉积围岩的铅同位素组成不同,也显示成矿物质主要是深部来源的。 10、综合矿床地质地球化学的研究认为,区内岩浆作用经历了幔源玄武岩岩浆底侵、下地壳岩石的部分熔融、分凝上升至不同深度的岩浆房、不同性质的岩浆的混合以及分离结晶作用和熔-流分配作用。使成矿元素Cu、Pb、Zn、Mo发生多次富集,形成了“富Cu流体”。这种“富Cu流体”沿构造有利部位主要以渗透的方式扩散,因物理化学条件的改变以及围岩和构造条件的不同,形成了矿田内一些减压区间和流体成分富集带状异常区,在不同的空间引发了流体成分的改变并沉淀,从而形成了矿田成矿金属元素表现为上金下铜、内铜外铅锌分布格局以及矿床成因类型上斑岩型-层控矽卡岩型-层间矽卡岩型-接触交代型复合的、具“多层楼”的矿床分布格局。


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