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新疆黄羊山岩浆热液型石墨矿床成矿机制与成矿模式

艾孜买提江·阿不都热西提(Jiang Ai)  
【摘要】:2015年新疆建材勘查总队在新疆昌吉州奇台县北约160km处卡拉麦里地区花岗岩岩体中发现了黄羊山石墨矿床,共圈定8个晶质石墨矿体,探明晶质石墨矿物资源量72.64Mt,达超大型规模。并且,该矿床中90%的石墨呈球粒状构造,球粒直径最高达20cm,世界罕见。与赋存于变质岩中的常见石墨矿床不同,黄羊山矿床是超大型石墨矿床,赋存于花岗岩中,并具有独特的球粒状构造,是国内外较为罕见的石墨矿床类型。该矿床研究程度较低,本文从岩相学、地球化学组分、成岩年代学、Sr-Nd-Hf同位素、成矿流体、成矿物质来源和矿物化学组成等方面对该矿床石墨球粒的形成机制问题进行了详细研究。黄羊山矿床石墨矿体赋存在黄羊山花岗岩岩体中,沿各岩相界线分布。成矿作用可以划分为一期两阶段,即热液期包括岩浆热液交代阶段和热液叠加阶段,其中岩浆热交代阶段是主成矿阶段。石墨球粒于主成矿阶段形成,多由球粒核和球粒壳组成。球粒核的造岩矿物为碱性长石、斜长石、石英、角闪石和少量黑云母,呈细粒花岗结构,发育强烈的蚀变。球粒壳和基质的造岩矿物皆为碱性长石、斜长石、石英、单斜辉石和角闪石,呈中粒花岗结构,蚀变作用明显。球粒壳内单斜辉石和角闪石异常富集,而基质内这些暗色镁铁质矿物相对较少。石墨和硫化物主要在球粒内发育,交代硅酸盐矿物。镁铁质矿物多蚀变为绿泥石,长石多蚀变为绢云母。热液叠加阶段形成的石墨主要呈脉状构造。两个成矿阶段石墨晶体都呈胶状和片状结构。激光拉曼和X粉晶衍射结果显示该矿床两阶段石墨的有序度和结晶度相对区域内蕴都卡拉组中石墨较高。通过一系列研究,得到了以下认识:1.从岩相学和电子探针分析两方面论证了该矿床石墨球粒的核为花岗质围岩碎块,壳和基质为成矿岩浆通过流体不混溶作用形成的产物。2.从地球化学、流体包裹体和H-O同位素三个方面论证了该矿床石墨球粒内石墨和硫化物是由岩浆热液交代作用(或蚀变作用)形成的。3.从流体包裹体显微测温、激光拉曼分析、XRD分析、C同位素、S同位素和Sr-Nd-Hf同位素等方面论证了石墨球粒内石墨和硫化物大约是在630℃、2000bar和-18log_(10)f O_2条件下通过如下蚀变反应形成:3CH_4+2SO_2+2(Fe~(2+))_7[Si_4O_(11)]_2(OH)_2(角闪石)=3C(石墨)+2Fe S(磁黄铁矿)+8Si O_2(石英)+2(Fe_3Si_4O_(10)(OH)_2+Fe_3(OH)_6)(绿泥石)。上式中CH_4由成矿岩浆上侵过程中混染的地层有机物分解而来,而SO_2来自深部地幔。4.综合所得各项研究结果,认为该矿床石墨球粒由花岗质围岩碎块和H_2O的注入作用、流体不混溶作用和晚期岩浆热液交代作用三步形成。推断石墨球粒的形成机制如下:(1)亏损地幔部分熔融后混染少量地壳物质形成成矿岩浆携带来自深部地幔的SO_2上侵,地层有机物被成矿岩浆捕获并分解为CH_4溶于成矿岩浆中。在晚石炭世,成矿岩浆沿着位于岩相界线处的断裂侵入处于半结晶状态的黄羊山岩体,大量含H_2O的花岗质围岩碎块涌入成矿岩浆中。(2)成矿岩浆达到H_2O饱合发生流体不混溶,分异为球形镁铁质熔体和长英质残余熔体。多数镁铁质熔体在花岗质围岩碎块周围与长英质残余熔体发生分异,因而花岗质围岩碎块演变为球粒核,镁铁质熔体演变为球粒壳,长英质残余熔体演变为基质。(3)在约2000bar、630℃和-18log_(10)f O_2条件下,镁铁质熔体排出富CH_4和SO_2的晚期岩浆热液交代硅酸盐矿物发生如下蚀变反应:3CH_4+2SO_2+2(Fe~(2+))_7[Si_4O_(11)]_2(OH)_2(角闪石)=3C(石墨)+2Fe S(磁黄铁矿)+8Si O_2(石英)+2(Fe_3Si_4O_(10)(OH)_2+Fe_3(OH)_6)(绿泥石)。随着该反应的进行,大量石墨和硫化物生成,球粒内发育环带结构。


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