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西天山晚古生代成矿斑岩的岩石成因和成矿地质背景研究

张东阳  
【摘要】:新疆西天山造山带位于世界上最典型的增生造山带-中亚造山带的西南端,处于准噶尔板块与塔里木板块夹持的伊犁板块北半部分,即准噶尔板块与伊犁板块之间的造山带。西天山地区同整个中亚造山带类似,花岗岩类分布广泛、岩石类型复杂。前人对其作过较多的工作,但主要集中于年代学的研究,而晚古生代花岗岩的时空展布、岩石组合和岩石成因目前尚不清楚,因而有必要加强对晚古生代花岗岩的研究,特别是石炭纪-二叠纪花岗岩的研究,因为该时期处于本区甚至是整个中亚造山带构造转化的阶段,且往往与斑岩型矿床密切相关。本文选择了西天山地区4个具有代表性的且与斑岩型矿床产出密切相关的成矿斑岩体为研究对象,以确定其岩石成因及其与成矿的关系,对整个造山带的构造演化、地壳增长机制进行约束,为本区进一步的找矿提供信息。 本文在前人研究基础上,通过对研究区内晚古生代成矿斑岩的野外地质特征、岩石矿物学、锆石U-Pb年代学、元素地球化学以及Sr-Nd-Hf同位素地球化学研究,得出如下几点认识: 1.喇嘛苏铜锌矿成矿斑岩体以英云闪长玢岩、花岗闪长斑岩为主;3571铜矿和莱历斯高尔钼矿的成矿斑岩为二长花岗斑岩和花岗闪长斑岩,并对其进行了LA-ICPMS锆石U-Pb测年,显示3571铜矿和莱历斯高尔钼矿斑岩体的形成年龄分别为354.0±0.68 Ma和346.1±1.2 Ma,结合前人研究成果,指示喇嘛苏、3571和莱历斯高尔的成矿斑岩体均形成于晚泥盆世-早石炭世。地球化学特征显示以上三个成矿斑岩体富集大离子亲石元素(LILE),而相对亏损高场强元素(HFSE)和重稀土元素(HREE),出现了较为明显的Ta、Nb负异常,指示其为典型钙碱性火山弧花岗岩,暗示其形成于大陆弧环境。结合其Sr-Nd同位素组成(初始锶同位素I_(Sr)=0.70722~0.71028,ε_(Nd)(t)= -3.71~+0.17)和Ba相对Th亏损,HREE和Y亏损的特征,以及低的Ba/Th和高的Th/La和Th/Yb比值,表明其是在洋壳俯冲作用下,俯冲带沉积物发生部分熔融,交代原先的地幔楔,并受到地壳的物质的混染的产物。 2.科克赛铜矿成矿斑岩岩性组合以二长花岗斑岩和花岗闪长斑岩为主,LA-ICPMS锆石U-Pb测年结果表明,前者的形成年龄为305.5±1.1 Ma,且具有两组继承锆石(年龄分别为358~488 Ma和1208~1391 Ma),而后者的形成年龄为288.7±1.5 Ma。地球化学特征表明,二长花岗斑岩属于高钾钙碱性以及过渡系列,且是强过铝质岩石,具有源于上地壳的S型花岗岩特征,而其εHf(t)值在-1.08和+10.12之间,ε_(Nd)(t)的变化范围是-1.04到-1.12,I_(Sr)位于0.7057和0.7059之间,表明其来源于新生的地壳物质且均有I型花岗岩特征。我们认为本区二长花岗斑岩来源于新生的晚奥陶世-早石炭世弧火山岩发生风化后形成的沉积物部分熔融,且受到一定程度的古老地壳物质的混染。花岗闪长斑岩具有埃达克岩的地球化学特征,如高Al_2O_3,Na_2O,Sr和低Y的含量,Eu正异常以及凹面向上的稀土元素配分曲线。其属于准铝质至弱的过铝质岩石,具有中钾至高钾钙碱性系列过渡的特征,并具有低的TiO_2、P_2O_5、Th和高的MgO、Mg#值以及相对亏损HFSE和HREE。另外,花岗闪长斑岩的I_(Sr)变化范围是0.70545~0.70552,ε_(Nd)(t)值在+1.02和+1.03之间,εHf(t)位于+5.3~+12.3之间,表明其可能形成于加厚的下地壳在角闪岩相的条件下部分熔融,伴随着地幔物质的加入形成的。 3.通过对比东西天山主要的成矿斑岩表明,天山地区的成矿斑岩可分为两期,即中泥盆世-早石炭世(碰撞造山前)和二叠纪(后碰撞造山期),且岩浆源区的差别可能导致不同类型斑岩型矿床的形成,斑岩型铜矿床的形成较斑岩型钼矿床可能有更少的地壳物质贡献。 4.中泥盆世-早石炭世的成矿斑岩体的形成可能与晚古生代准噶尔洋板块向南的俯冲作用有关,形成于大陆弧环境;而晚石炭世-二叠纪的成矿斑岩源于底侵的幔源玄武质物质和中上地壳的部分熔融,形成于后碰撞环境。 5.在西天山地区,地壳的增生机制可能包括在古洋壳俯冲阶段中弧增生和俯冲增生等侧向增生和后碰撞岩浆活动产生的地壳垂向增生。其中晚石炭世-二叠纪的板片断裂和岩石圈尺度的区域韧性剪切带的活动导致了大规模的幔源的玄武质岩浆的底侵到下地壳形成新生的地壳物质,可能是本区晚古生代后碰撞阶段地壳增生的重要标志。


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