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中国东南部德兴斑岩铜矿床热液成矿作用的地球化学特征及多重分形分析

Salah Fadlallah Awadelseid  
【摘要】:热液成矿作用可导致矿体和围岩中元素的富集或亏损。成矿元素的局部富集可以形成具有经济开采价值的矿体。因此,研究热液成矿作用下元素在空间上的富集或亏损特征,对矿产勘查和资源评价具有重要意义。近几十年来,分形和多重分形理论用来研究不同的尺度上的相似性或无标度分布。矿床研究在区域,类型和规模特征上有较多的成果:然而,很少学者在微观尺度下研究元素在主要矿石矿物的晶体表面的浓度分布。德兴斑岩铜矿,位于扬子克拉通东南部边缘的岩浆带,主要由三个东南向的斑岩铜矿体组成:朱砂红,铜厂,富家坞。本文的主要目标是:(1)斑岩铜矿围岩-花岗闪长斑岩的地球化学特征;(2)通过基于矩方法计算的多重分形参数表征矿物表面元素含量的时空分布规律,进一步探究热液成矿作用对元素含量时空分布的影响。在矿床尺度上,在野外调查基础上,进行地质、岩相学特征和主量元素与微量元素的地球化学分析。并将现有的同位素及其它地质数据纳入我们的工作。德兴斑岩铜矿的主要围岩-花岗闪长斑岩的来源,是一个争论了几十年的话题。最近的大多数研究表明,德兴斑岩铜矿形成于侏罗世(~171Ma)。辉钼矿的Re-0s (~171Ma)测年表明铜钼矿化与火成岩侵入是同期的。本文的结果表明,铜厂斑岩和埃达克岩成分相似,具有如下特点:(1)成分具有钙碱性趋势;(2)介质呈高钾钙碱性;(3)与太古宙英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)具有相似的地球化学特征,即相对较低的Yb含量和较高的La/Yb比值;(4)高的Sr/Y比值。斑岩相对于洋壳衍生的埃达克岩具有较高的的Th含量和Th/Ce比值,表现为和下地壳源Th呈现较高相同的特点。在Si02、MgO和Mg#三角图中,大部分铜厂斑岩的样品落于类似于下地壳来源的埃达克岩。此外,在SiO2、Th/Ce和Th图显示与洋壳派生的埃达克岩不一致;然而,一些样品与下地壳衍生埃达克岩石含量区域重叠。理解和描述元素的时空分布特征为洞察成矿作用机制提供手段。非线性理论表明奇异的地质过程,如矿化,通常满足分形和多重分形的分布。本文从两个方面研究了黄铁矿晶体表面的元素的多重分形分布特征。首先,为了建立区分弱矿化带和矿化带新方法,从斑岩区(IPZ)内部、接触区(OCZ)到铜厂矿体外围,一共搜集23个代表性样品。基于我们野外观察,在前人的一些研究基础上,结合岩石学和矿物学,区分了蚀变带和矿化带的分布,然后将多重分形分析应用于两组样品(IPZ和OCZ);通过环境扫描电子显微镜(ESEM),在黄铁矿晶体表面生成元素分布点图。结果显示从中心向外对称分带模式,在中心出现了绢英-青磐蚀变带中不常见的钾化蚀变。对Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Te, Sb, Si, P, S, Ag, Au, Hf, Ta,和Hg元素进行多重分形分析。采用矩方法计算多重参数,如宽度(△α)和左分支形谱的△α。这些参数的值表现为OCZ区显著高于IPZ区,尤其是成矿元素;如铜,锌,金,银,表明对黄铁矿晶体表面元素含量的空间变异性研究,可以划分为两个区域:(1)高度分散和矿化OCZ区,铜品位0.4%(2)弱矿化区IPZ,铜品位低于0.4%。这些结果和传统方法得到的结果一致,这表明德兴斑岩铜矿成矿作用主要集中在侧翼和斑岩岩体接触带;而内部矿化作用微弱。因此,本研究中所用的方法可以成功分离德兴铜厂的矿化带与弱矿化区,是一个潜在的工具,有望运用到其他类似矿床。其次,阐述了一种新的矿脉类型的识别和表征的方法。这个研究有着两个识别不同矿脉类型的目标:即通过使用基于矩方法的多重分形的参数表征矿物表面的元素浓度的时间和空间分布类型。基于分析结果和当前的研究,矿脉系统可以大致分为四种主要类型:1.早期石英矿脉(A型脉),对应钾长石蚀变;2.石英-黄铁矿-辉铝矿-黄铁矿脉(B型脉),对应绿泥石和伊利石蚀变;3.石英-黄铁矿-黄铜矿脉(D型脉),对应晚千枚岩蚀变(白云母和石英);4.最晚的碳酸盐-硫酸盐-氧化物矿脉(H型脉)。从不同矿脉中挑选的矿物表面的化学元素浓度的多重分形分布的数字图片由环境扫描电镜生成。为达到目的,不同(细)矿脉的黄铁矿表面的八种元素浓度的分布形式由多重分形谱表征。于第一种类型的研究相似的是,在计算了的多重分形参数中,△α和△αL是最有影响的。较于其它类型的脉状系统而言,在D型矿脉中(对应晚千枚岩蚀变)这些参数较高,表明了在D型脉中高度富集含铁和铜的硫酸盐矿物。这个结论同样支持当前这个区域的研究和最新的发现以及本文的化学和岩相分析。多重分形参数里面,特别是△α和△αL显示出有可能甄别由热液活动的不同阶段形成的铜厂斑岩矿脉.


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