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东昆仑造山带东端沟里地区构造岩浆演化与金成矿

陈加杰  
【摘要】:东昆仑造山带位于中央造山带的西段,带内古生代-中生代强烈的构造岩浆活动为金属成矿提供了优越的条件。近些年,随着勘查工作的推进,造山带内多个金矿田找矿工作取得阶段性突破,位于造山带东端的沟里金矿田即是区内典型的金矿田之一。目前该矿田已控制的的金金属量超过110 t,是东昆仑造山带内重要的金矿产资源地。沟里矿田范围内产出有多个金矿床,各矿床地质条件明显不同,不同类型金矿床的成因及其之间的联系、金矿和构造岩浆演化的关系还缺乏深入的研究,限制区内下一步找矿工作的开展。本文以沟里金矿田内两个典型金矿床(果洛龙洼金矿床和瓦勒尕金矿床)和区内及外围不同时代岩浆岩为研究对象,在详细的野外地质调查的基础上,利用锆石U-Pb年代学、主微量元素地球化学、Sr-Nd-Hf同位素地球化学,对区内不同时代岩浆岩成因及成岩背景进行探讨,并结合区域地质资料建立了区内特提斯演化相关的两期构造-岩浆演化旋回的时间格架,为金成矿作用研究提供了基础;针对区内典型金矿床,利用硫化物Re-Os同位素年代学、云母Ar-Ar年代学、流体包裹体学、H-O-S-Pb和Os同位素地球化学,对两个典型金矿床成矿时空分布、成矿物质流体来源进行研究,并探讨了金成矿与区域构造-岩浆演化的时空源关系,并在上述认识的基础上,提取了控制金成矿作用的关键因素,为研究区、造山带及整个中央造山带西部找矿工作部署提供了参考信息。论文取得的主要认识如下:(1)沟里金矿田果洛龙洼和瓦勒尕金矿床矿化均以石英脉型为主,局部见少量蚀变岩型,两个矿床的容矿围岩明显不同,前者赋存于奥陶-志留纪低级变质岩中,后者赋存于花岗岩体。果洛龙洼金矿床矿体主要呈东西向展布,主要成矿期次包括乳白色石英期、石英黄铁矿期和石英多金属硫化物期,其中石英黄铁矿期主要由石英和黄铁矿组成、石英多金属硫化物期主要由石英、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿组成,矿床围岩蚀变以硅化、绢云母化、碳酸盐化为主。瓦勒尕金矿床主要矿体呈北东向,主要成矿期次包括石英少量黄铁矿期、石英多金属硫化物期和晶簇石英毒砂期,其中石英多金属硫化物期主要金属矿物包括黄铁矿、毒砂、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和磁黄铁矿,晶簇石英毒砂期主要金属矿物为毒砂,可见少量黄铁矿,并且晶簇发育。该矿床主要金属矿物组成以毒砂的发育为特征,与果洛龙洼金矿床明显不同,矿床围岩蚀变以硅化、绢云母化、绿帘绿泥化、碳酸盐化、高岭土化为主。综合来看,两个金矿床在容矿围岩、控矿构造、成矿期次、物质组成、蚀变组合等方面均表现出不同的特征。(2)针对矿田及外围奥陶纪-泥盆纪岩浆岩,选取了敖洼得花岗闪长岩、淡水沟二长花岗岩和正长花岗岩、念堂正长花岗岩开展了年代学和地球化学研究。锆石LA-ICPMS U-Pb年代学研究表明敖洼得花岗闪长岩结晶年龄为454±2 Ma,岩石形成于奥陶纪;淡水沟二长花岗岩和正长花岗岩结晶年龄均为418±3 Ma,为早泥盆世早期;念堂正长花岗岩的结晶年龄为403±2 Ma,为早泥盆世晚期。全岩主微量元素研究表明,奥陶纪敖洼得花岗闪长岩为钙碱性-高钾钙碱性弱过铝质岩石,岩石Na_2O/K_2O比值为0.92~2.68,Mg#较低(39~43)。稀土元素配分图显示右倾,轻重稀土分异明显,(La/Yb)_N较高,具有中等-弱的Eu负异常。微量元素蛛网图显示岩石富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K和Sr等),亏损高场强元素(Nb、Ta和Ti等),岩石Sr/Yb比值高,总体显示埃达克质岩的特征。泥盆纪淡水沟二长花岗岩和正长花岗岩以及念堂正长花岗岩总体上显示高钾钙碱性-钾玄性和准铝质-弱过铝质特征,岩石具有低的CaO、Al_2O_3、MgO和Sr含量,以及高的FeO_t/MgO、Ga/Al比值和高场强元素含量(Zr、Nb等),总体显示铁质花岗岩或者A型花岗岩的特征。Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征显示奥陶纪敖洼得花岗闪长岩(~(87)Sr/~(86)Sr)i较为均一(0.7059~0.7063),εNd(t)为负值(-4.1~-1.9),锆石为εHf(t)为较高的正值(5.4~9.2);泥盆纪淡水沟和念堂A型花岗岩εNd(t)为-5.3~-0.6,锆石εHf(t)为-5.9~6.4。综合岩相学和地球化学特征可得奥陶纪敖洼得花岗闪长岩来源于俯冲洋壳的部分熔融,源区残留含石榴子石角闪岩,泥盆纪淡水沟和念堂A型花岗岩来源于区域上奥陶纪-志留纪花岗岩类的部分熔融。结合区域岩浆岩、变质岩和沉积岩相的时空分布表明研究区奥陶纪处于原特提斯洋的俯冲阶段,早中志留纪大洋开始闭合并发生碰撞(~430 Ma),此后很快转入后碰撞伸展阶段(~430—),该阶段强烈的壳幔相互作用促使了区域上晚志留世-泥盆纪A型花岗岩带和镁铁质岩的出现。(3)针对矿田范围内广泛发育的三叠纪岩浆岩,选取了沟里岩基内的香日德花岗闪长岩和阿斯哈闪长岩及岩基中的包体,利用锆石年代学和全岩地球化学手段开展了研究。锆石LA-ICPMS U-Pb年代学结果显示花岗闪长岩和石英闪长岩的结晶年龄分别为242±1 Ma和242±2 Ma,两者锆石均未见继承核,但是后者中的锆石显示明显的核幔结构,核幔年龄未见系统差异,指示岩浆演化过程中可能存在物理化学性质或成分的突然变化。岩相学研究揭示包体是在寄主花岗闪长岩未固结前混入的基性岩浆形成,其形成时间与寄主岩石一致,也与岩基南东侧的按纳格角闪辉长岩一致(242±2 Ma)。主微量元素研究表明花岗闪长岩、石英闪长岩和包体总体显示中高钾、钙碱性-碱钙性和准铝质-弱过铝质特征。稀土微量元素显示,花岗闪长岩的轻重稀土分异较石英闪长岩和包体强烈,其(La/Yb)_N和Sr/Yb比值较高,与埃达克质岩相似,微量元素蛛网图上三者总体显示富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,与弧岩浆岩的特征一致。Sr-Nd-Hf同位素特征表明,三者的Sr-Nd同位素较为接近((~(87)Sr/~(86)Sr)i=0.708167~0.713553;εNd(t)=-6.8~-5.3),但是花岗闪长岩具有较高的εHf(t)正值(0.3~5.1),明显高于石英闪长岩相应的值(-1.6~0.7)。综合考虑岩相学和地球化学特征分析认为花岗闪长岩来自俯冲板片的部分熔融(洋壳+俯冲沉积物),而石英闪长岩和包体则是板片岩浆和富集地幔岩浆不同程度混合的结果。结合区内晚古生代-中生代的岩浆岩、沉积相和变质作用的时空分布认为沟里岩基形成于古特提斯洋的俯冲末端,该大洋自石炭纪开始扩张,在二叠纪(~260 Ma)开始俯冲,一直持续到中三叠世(~237 Ma),此后大洋闭合碰撞,并很快进入后碰撞伸展阶段,古特提斯俯冲-碰撞-后碰撞过程中均存在较强的壳幔相互作用。(4)针对沟里金矿田果洛龙洼和瓦勒尕两个典型金矿床,利用硫化物Re-Os同位素直接定年法和蚀变矿物云母Ar-Ar间接定年法开展成矿年代学研究。其中果洛龙洼金矿床白云母Ar-Ar定年获得了409.06±1.42 Ma的年龄,绢云母Ar-Ar获得了379~349 Ma的年龄信息。该矿床石英黄铁矿期黄铁矿Re-Os定年获得了375±11 Ma的年龄,与矿床北部按纳格金矿床石英黄铁矿期获得的Re-Os年龄误差范围内一致(383±6 Ma),石英多金属硫化物期黄铁矿和黄铜矿Re-Os定年获得的年龄为354±7 Ma,该年龄在按纳格金矿床也有反映(349±6 Ma)。综合矿床地质特征分析表明该类型金矿床乳白色石英的形成年龄为409.06±1.42 Ma,石英黄铁矿期脉体形成年龄为383~375 Ma,石英多金属硫化物期形成年龄为354±7 Ma。瓦勒尕金矿床云母Ar-Ar定年未获得有效的年龄信息,但是同矿田内地质矿化特征相似的阿斯哈金矿床获得了234.63±1.22 Ma的绢云母Ar-Ar年龄可以作为参考。该矿床石英多金属硫化期硫化物未能获得有意义的Re-Os数据,其年龄可以参考同构造带内五龙沟金矿田矿化相似的含金脉体的黄铁矿Re-Os同位素年龄(230.0±2.2 Ma和217.2±1.3 Ma)。该矿床晶簇石英毒砂期获得了24.0~31.9Ma的毒砂Re-Os同位素年龄信息,同样的年龄信息在五龙沟金矿田也有发现(Re-Os年龄31.0±2.3 Ma)。综上信息推断瓦勒尕这类金矿床石英多金属硫化物期脉体形成时间为234~217 Ma,晶簇石英毒砂期脉体形成时间为24~32 Ma。综合成岩成矿年龄以及构造-岩浆演化时间格架可知,果洛龙洼金矿床乳白色石英期和石英黄铁矿期脉体的形成时间与区域内A型花岗岩以及相应的镁铁质岩的形成时间一致,其形成于原特提斯洋后碰撞伸展阶段,而石英多金属硫化物脉形成于原特提斯演化向古特提斯演化的过度阶段的伸展环境。瓦勒尕金矿床形石英多金属硫化物期形成于古特提演化的碰撞/后碰撞伸展阶段,石英晶簇和毒砂期形成于新生代抬升伸展阶段。综合来看,时间上两个金矿床的形成分别与原特提斯和古特提斯两个构造演化旋回伸展背景下的壳幔岩浆活动耦合。(5)针对典型金矿床的流体包裹体研究和H-O-S-Pb-Os同位素示踪研究表明,果洛龙洼和瓦勒尕金矿床的主成矿期流体均为H_2O-NaCl-CO_2低盐度体系。两个金矿床各期次H-O同位素在δD/‰-δ~(18)O_(H2O)图解中均落在岩浆水或者岩浆水偏向大气降水的区域,指示流体应该以岩浆水为主混有部分大气水。两个金矿床的S同位素均集中在零值附近,与岩浆S范围一致。Pb同位素方面,两个金矿床硫化物Pb均表现为高度集中的特点与围岩中较为分散的Pb同位素特征也不一致,可能指示Pb也来源于岩浆。Os同位素方面,果洛龙洼金矿床石英黄铁矿期高普通Os样品给出较为可信的Osi为0.12±0.01,石英多金属硫化物期Re-Os等时线给出的Osi为0.13±0.11,与该期高普通Os样品给出的Osi一致,综合表明果洛龙洼金矿床石英黄铁矿期和石英多金属硫化物期Os以及其他金属(Au,Cu等)均来源于地幔。瓦勒尕金矿床晶簇石英毒砂期等时线给出的Osi为0.24±0.83,该期高普通Os样品的Osi为0.2~1.5,考虑到可能的围岩Os的加入,其原始的Osi应该小于0.2,与地幔相应值接近,因此推测该脉体金属物质同样来源于地幔。综合地质和矿床地球化学同位素结果显示果洛龙洼和瓦勒尕两类金矿床流体和物质来源均与岩浆作用相关,成矿金属物质以地幔来源为主。(6)综合成岩成矿研究来看果洛龙洼和瓦勒尕金矿床分别受控于原特提斯和古特提斯构造-岩浆演化后期伸展作用相关的幔源岩浆活动的控制,后碰撞阶段活动的断裂构造为金成矿提供了流体/物质运移以及最终就位的空间。考虑到整个中央造山带西部(祁连、东昆仑和西秦岭)受控于相似的构造-岩浆事件,推测在沟里外围东昆仑地区、祁连和西秦岭地区具备相似的成矿潜力。


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