【摘要】：柴達木盆地北部邊緣(簡稱柴北緣)超高壓變質位于我國青藏高原東北部,沿NWW向延伸約400km,自北西向南東由魚卡、綠梁山、錫鐵山以及都蘭超高壓變質地體組成。該變質帶形成于早古生代的陸陸碰撞事件,是典型Alpine型俯沖造山系統(tǒng)。已有研究成果普遍認為柴北緣超高壓變質帶記錄了從大洋俯沖、陸殼碰撞、到板片折返最后到造山帶垮塌和伸展的完整歷史。錫鐵山地區(qū)位于柴北緣中段,區(qū)內發(fā)育眾多與造山作用相關的古生代侵入巖,同時區(qū)內錫鐵山鉛鋅礦床為我國西北地區(qū)重要有色金屬礦床之一。論文以柴北緣錫鐵山地區(qū)古生代巖漿作用和鉛鋅礦床為研究對象,在地質調查基礎之上,通過鋯石LA-ICPMS U-Pb定年對區(qū)內不同類型、不同巖體的成巖事件進行厘定,結合全巖地球化學測試、Sr-Nd同位素和鋯石Hf同位素等手段查明該區(qū)古生代構造-巖漿活動的時空演化序列,揭示碰撞造山帶巖漿活動與大陸地殼增長之間的聯系,深入分析該區(qū)深部動力學過程與巖漿活動的耦合關系。同時利用精細的巖相學觀察,解剖錫鐵山鉛鋅礦體和硫化物變質變形特征,結合硫化物LA-MC-ICPMS硫同位素測試和碳酸鹽礦物C-O-Sr同位素組成分析,討論成礦“硫”及流體來源,剖析礦床成因分類及成礦動力學背景,闡明區(qū)域構造演化對于巖漿活動和成礦作用的控制關系。取得的主要認識如下:(1)錫鐵山已探明礦石量約640萬噸,平均品位為Zn 4.86%、Pb 4.16%、Ag58 g/t、Au 0.68 g/t,礦體賦存于形成于弧后盆地的中晚奧陶世灘間山群變質火山-沉積巖系中。發(fā)生在約400 Ma的俯沖板片的折返作用引起的變質變形作用對礦床的改造作用影響顯著,根據野外調研、自動礦物學和電子探針的研究結果發(fā)現,原始礦體的形態(tài)特征大多已被破壞,多經歷過褶皺、剪切、擠壓、拉伸等變形改造,塑性流動的硫化物充填至大理巖裂隙和片巖片理之中,局部褶皺造成礦體厚度發(fā)生不同程度改變;多數硫化物的原生結構已經遭到破壞或被改變,取而代之的是廣泛發(fā)育的脆性和韌性變形結構。不同硫化物對于綠片巖相-角閃巖相變質和變形作用的反應不盡相同,也導致了不同硫化物具有不同的變形特征和結構,但是也有部分原生礦物組合被保存在大理巖之中免于被改造破壞。黃鐵礦最為穩(wěn)定,廣泛發(fā)育脆性碎裂結構,但局部也發(fā)生重結晶導致生成退火結構和粗粒自形晶體;磁黃鐵礦則非常可能是黃鐵礦變質分解的產物;閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦和黃銅礦等均發(fā)生了不同程度的塑性變形與流動,充填在黃鐵礦和圍巖裂隙片理之中,也發(fā)現其在塑性遷移過程中搬運和包裹黃鐵礦顆粒及碎片;鐵白云石和菱鐵礦是礦床中最主要的蝕變礦物,與礦床中與硫化物密切共生,為熱液交代(蝕變)大理巖原巖產物。(2)錫鐵山花崗巖體(以下簡稱錫鐵山巖體)鋯石LA-ICPMS U-Pb定年測試結果得出兩個近乎相同的加權平均年齡441±2 Ma和442±2 Ma,與該地區(qū)超高壓變質峰值年齡(442 Ma)高度一致,說明花崗巖漿作用和與大陸碰撞相關的超高壓變質作用具有同時性,并依此認為錫鐵山花崗巖為同碰撞花崗巖漿作用的產物;錫鐵山巖體具有高鉀鈣堿性和弱過鋁、低鋯飽和溫度和較高的K_2O含量等S型花崗巖特點;其稀土元素和微量元素標準化配分模式與平均大陸地殼相似,顯示強烈的輕重稀土分餾((La/Yb)_N=19 26),中等負Eu異常(δEu=0.65 0.71)和虧損Nb、Ta、P、Ti等元素;同時錫鐵山巖體的Sr-Nd同位素特征與柴北緣同期花崗巖差異明顯(~(87)Sr/~(86)Sr初始值=0.70920 0.71080,ε_(Nd)(t)=-4.61~-3.75),結合其正的ε_(Hf)(t)(0.5 5.3)和繼承鋯石年齡(475 518 Ma)等特點,該巖體被解釋為來自俯沖洋殼熔體和陸殼熔體的混合成因;同位素混合模擬計算顯示約有28 35%的洋殼物質和約65 72%陸殼物質參與形成錫鐵山同碰撞巖體;因此,本文研究的同碰撞花崗巖揭示了新生地殼中有來自地幔的洋殼物質參與,所以“大陸碰撞帶是大陸地殼增長的主要場所”的假設適用于柴北緣。(3)鋯石LA-ICPMS U-Pb定年顯示,錫鐵山輝長巖以及X-1、X-2和X-3花崗巖同時形成于372 Ma,滯后于柴達木板塊和祁連板塊之間的大陸碰撞事件約50個百萬年;輝長巖顯示中低鉀拉斑成分特點,具有高FeO~T和TiO_2含量,富集大離子親石元素,虧損Nb和Ta元素,與巖石圈地幔來源巖石類似,這一特征也得到了其它微量元素如Zr/Nb、La/Nb和Nb/Ta比值的印證;另外,和MORB相比,輝長巖顯示了相對富集的特征,結合其微量元素特征判定,輝長巖源區(qū)的巖石圈地幔受到過俯沖板片熔體的交代。同期的三個花崗巖體都是高鉀鈣堿性的弱過鋁質I型花崗巖,其具有強烈的輕重稀土分餾模式和負Eu異常,且強烈虧損Ba、Sr和高場強元素如Nb、Ta、Ti和P等,富集Rb、Th、U和Pb元素,與大陸上地殼高度相似;但其Sr-Nd-Hf同位素特點與柴北緣上地殼來源巖石和柴北緣基地有明顯差異,卻與上述形成于442 Ma的同碰撞花崗巖高度一致,因此這些花崗巖被解釋為同碰撞花崗巖熔融的產物;其具有的相對虧損的同位素特征和巖石中出現的鎂鐵質包體,也表明其可能受到同期鎂鐵質巖漿的影響;此外,這些花崗巖中包含的繼承鋯石顯示負的ε_(Hf)(t)和元古代二階段模式年齡,表明其源區(qū)可能也包含少量古老地殼的物質�；谳x長巖和花崗巖的時空關系,結合其成因特點,本文提出加厚巖石圈根部的對流剝離模式最適合解釋該區(qū)地殼活化、殼幔相互作用以及相關后碰撞動力學過程。(4)硫化物原位LA-MC-ICPMS硫同位素測試結果顯示,錫鐵山黃鐵礦δ~(34)S值變化范圍為-15.4‰到+25.7‰、閃鋅礦為+2.2‰到+4.9‰、方鉛礦為-0.3‰到+3.3‰、黃銅礦為+1.4‰到+3.7‰、以及磁黃鐵礦為+2.0‰到+4.1‰�？傮w而言錫鐵山硫化物δ~(34)S保留了其同位素變異性,說明了區(qū)內發(fā)生的變質作用對硫同位素分餾影響不大。此外,錫鐵山硫化物的δ~(34)S值主要集中在-1~+5‰范圍內,表明硫主要淋濾自下盤火山巖或者直接來源于深源巖漿,同時少量黃鐵礦具有較大的范圍波動的δ~(34)S值,海水硫酸鹽還原也可能也有貢獻少量H_2S。硫同位素分餾不平衡可能是海水和成礦熱液混合作用下快速結晶的結果。與礦化同期的共生菱鐵礦和鐵白云石C-O-Sr同位素分析顯示其具有熱液來源特征,主要形成于熱液交代碳酸鹽巖的過程,而熱液可能與火山作用相關。錫鐵山賦礦大理巖起源于正常的淺海相碳酸鹽沉積,可能為來自碳酸鹽臺地的碎屑流或者濁積巖,但是經歷了熱液交代作用使得同位素特征發(fā)生了變化;很多證據表明,錫鐵山礦床形成于碳酸鹽交代作用,雖然礦床中片巖型條帶狀礦體是礦床中重要的礦床類型,但是這些似層狀礦體更有可能是由于變質變形作用而發(fā)生的塑性流動而形成,并非原生礦化。錫鐵山礦床原生礦物結構、賦礦圍巖特點、部分S來自海水硫酸鹽還原及較高的Au元素含量等特點與以碎屑巖為主的沉積巖容礦礦床及巖漿接觸交代型礦床不同,而更可能是一個形成于火山熱液系統(tǒng)的交代碳酸鹽礦床。因此,本文認為錫鐵山礦床是一個特殊的火山巖容礦塊狀硫化物(VHMS)礦床,形成于深海環(huán)境但含礦熱液交代了來自淺海碳酸鹽臺地的碎屑流或者濁積巖。(5)本文依據已有灘間山群變質火山巖研究成果,認為灘間山群和其中賦存的鉛鋅礦床成礦地質背景應該為弧后盆地�；谏鲜鲅芯�,并結合區(qū)域超高壓變質巖和巖漿巖研究成果,本文總結了柴北緣構造演化的巖漿活動和成礦作用響應序列和機制,闡明區(qū)域構造演化對于巖漿活動、成礦作用及成礦后礦體變化和保存的控制關系,完善了柴北緣造山帶構造-巖漿-成礦耦合模型。此外,本文根據相關構造分析、礦體展布規(guī)律、成礦元素變化趨勢等因素對區(qū)內找礦潛力進行了分析,提出了3個找礦遠景區(qū)。
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P618.4;P588.11
【圖文】：

柴達木板塊與祁連板塊之間（圖2-1），沿 NWW 方向延伸約 400km。其北西端被阿爾金北東向走滑斷裂所切，南東端被北西走向的走滑斷裂所截。超高壓變質帶北側的祁連板塊主要由前寒武紀副片麻巖、片巖和大理巖組成，并于上覆的古生界-中生界沉積巖不整合接觸，局部有古生代花崗巖類侵位[5, 155-157]；而南側的柴達木板塊則主要由新生界沉積物及下伏前寒武結晶基底組成[55]。柴北緣超高壓變質帶的基底主要包含片麻巖、基性麻粒巖、大理巖、角閃巖以及局部的榴輝巖和石榴橄欖巖[158, 159]。該超高壓變質帶由 4 個超高壓變質體組成，自北西向南東分別是：魚卡地體、綠梁山巖地體、錫鐵山地體和都蘭地體。這些地體出露超高壓變質巖主要為花崗質和泥質片麻巖，局部包含榴輝巖透鏡體和夾層（魚卡地體、錫鐵山地體和都蘭地體）或石榴橄欖巖夾層（綠梁?

4. 中生界區(qū)內中生界主要為統(tǒng)郡子河群、鄂拉山組、大煤溝組、采石嶺組、紅水溝組和犬牙溝組沉積巖，巖性多以礫巖、砂巖、泥巖等碎屑巖為主，含碳酸鹽巖夾層，其中大煤溝組為主要含煤地層。5. 新生界新生界主要分為古新統(tǒng)路樂河組、漸一中新統(tǒng)干柴溝組、中新統(tǒng)油砂山組、上新統(tǒng)獅子溝組、下更新統(tǒng)七個泉組、中更新統(tǒng)冰川堆積物、上更新統(tǒng)湖積一化學堆積物、第四系全新統(tǒng)化學堆積層等，巖性主要為碎屑巖夾砂巖向礫石、黏土、砂及膏鹽層過渡。2.2 區(qū)域構造柴北緣記錄了自早古生代開始的多期構造運動，形成如今構造形態(tài)以斷裂為主褶皺次之、構造形跡主要為 NW 向和近 EW 向兩組的區(qū)域構造特征[39]。

鈣堿性花崗巖為主，也見少量閃長巖和輝長巖。2.4 區(qū)域礦產柴北緣成礦帶己發(fā)現礦產地 83 處，其中包括有色金屬、非金屬、黑色金屬、貴金屬、能源礦產等，區(qū)域上主要以鉛鋅及鹽類為優(yōu)勢礦產，錳、煤、石油及天然氣礦產次之[39]。區(qū)內主要的金屬礦床（點）有錫鐵山鉛鋅礦床、雙口山鉛礦床、灘澗山金礦床、青龍溝金礦床、紅柳溝金礦點、千枚嶺金礦點、野駱駝泉金礦點等；主要鹽類礦床有德宗馬海湖鉀鎂鹽礦床、大柴旦湖硼礦床等；煤田有魚卡煤礦、高泉煤礦、大煤溝煤礦、大頭羊煤礦、綠草山煤礦和開源煤礦等；油氣田有冷湖油田、南八仙油田、馬海氣田及魚卡油氣田等[39]。區(qū)內共劃分了七個成礦亞帶，每個亞帶位置及可能成礦元素見圖 2-3。

【參考文獻】

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本文編號：2765295