本文關(guān)鍵詞：長江中下游地區(qū)成銅埃達克質(zhì)巖及成礦期后巖漿巖的地球化學(xué)研究

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【摘要】：晚中生代巖漿巖在中國東部地區(qū)分布最廣泛、活動最強烈,其自南到北綿延近2000公里,是對現(xiàn)今中國東部的地質(zhì)地貌影響最大的地質(zhì)事件,也是一期最重要的多金屬成礦事件。這些多金屬礦床的成因普遍與晚中生代時期的巖漿巖的活動密切相關(guān)。在礦產(chǎn)的產(chǎn)出位置上,中國東部的銅礦床主要分布在揚子地塊的東部,其中以贛-杭帶和長江中下游地區(qū)的產(chǎn)出尤為密集。長江中下游地區(qū)位于中國的中東部,是中國最重要的多金屬成礦帶之一,共計發(fā)現(xiàn)有多金屬成礦點達200余處。近年來,隨著我國對該地區(qū)研究程度的提高,長江中下游地區(qū)東、西兩側(cè)的成礦和成巖的差異性逐漸被揭示出來,進而產(chǎn)生了越來越多亟待回答的重要科學(xué)問題。在長江中下游成礦帶內(nèi)銅,金,鐵是最主要的成礦元素,并伴隨少量的鉛、鋅、鉬、磷灰石和部分鈾礦化作用。據(jù)已有的研究表明長江中下游地區(qū)的銅和金元素在成礦富集過程中密切共生,并且銅和金的成礦事件要系統(tǒng)性早于鐵成礦事件。在空間分布上,長江中下游地區(qū)的銅和金的成巖和成礦位置主要分布在地殼較厚的隆起區(qū),如鄂東,九瑞,安慶,銅陵地區(qū)；鐵的成巖和成礦主要分布在地殼相對薄弱的斷陷盆地內(nèi),如金牛盆地,廬樅盆地,寧蕪盆地。值得注意的是,位于揚子地塊東部的銅-金礦床相關(guān)的晚中生代時期的巖漿巖普遍具有埃達克(質(zhì))巖的地球化學(xué)特征。隨著國內(nèi)外對埃達克(質(zhì))巖的研究的深入,該地區(qū)同時也成為國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域研究埃達克(質(zhì))巖成因的一個熱點地區(qū)。另外,長江中下游地區(qū)在成礦期后產(chǎn)出的主要巖石類型為大量的不成礦具有A型特征的花崗巖和一些零星分布的脈狀或小巖體形式出露的基性巖。碩-博連讀期間,本人系統(tǒng)報道并總結(jié)了長江中下游地區(qū)自西向東大量已發(fā)表的銅成礦相關(guān)埃達克質(zhì)巖的鋯石年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù),并深入討論這些巖石的成因和構(gòu)造背景。論文的主要目標是尋找位于大陸內(nèi)部的與成礦相關(guān)的埃達克(質(zhì))巖東-西差異性的成因和晚中生代時期發(fā)生的古太平洋板塊俯沖事件之間的內(nèi)在聯(lián)系。另外,通過對成礦期后不成礦的花園鞏A型花崗巖和同時期基性巖的聯(lián)合研究希望進一步為長江中下游地區(qū)成礦期后的巖漿活動的成因和構(gòu)造環(huán)境提供在地球化學(xué)上的約束。本博士論文主要獲得了以下三部分的研究結(jié)果：1.古太平洋板塊俯沖到中國東部大陸的內(nèi)部：來自鄂東-九瑞地區(qū)埃達克質(zhì)巖的證據(jù)鄂東-九瑞(長江中游)地區(qū)位于著名的長江中下游銅-金-鐵多金屬成礦帶的最西部,距離現(xiàn)今太平洋板塊活動邊界近1000公里。為了發(fā)掘與銅-金成礦相關(guān)的晚中生代巖漿巖的形成時代和成因,我們報道了鄂東-九瑞地區(qū)在時間和空間上與代表性銅礦床密切相關(guān)的晚中生代巖漿巖的鋯石U-Pb年代學(xué),巖石地球化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素的實驗結(jié)果。本文的鋯石U-Pb年代學(xué)定年結(jié)果表明在該地區(qū)與銅成礦相關(guān)的巖漿活動的持續(xù)時間為151到139 Ma(峰期為145 Ma),這與前人報道的銅成礦時間(146-137Ma)相吻合,進一步證實了巖漿巖和銅成礦作用之間的密切相關(guān)性。巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示這些巖漿巖具有顯著的俯沖洋殼成因的埃達克(質(zhì))巖地球化學(xué)屬性,如：高SiO2, A12O3, Na2O和Sr含量,富集輕稀土元素(LREE)和大離子親石元素(LILE),虧損重稀土元素(HREE),正的Sr異常和負的Nb, Ta, Ti異常,高的Sr/Y和La/Yb比值。這表明這些具有埃達克(質(zhì))巖特征的銅成礦巖漿巖是來自一個斜長石不穩(wěn)定而石榴石穩(wěn)定的源區(qū)。對比晚中生代時期大別山造山帶內(nèi)不成礦的加厚地殼來源埃達克(質(zhì))巖(天堂寨低鎂埃達克質(zhì)巖體和梅川高鎂埃達克質(zhì)巖體),鄂東-九瑞地區(qū)的含銅埃達克(質(zhì))巖雖然有類似的Sr同位素,但表現(xiàn)出更高的Nd和Pb同位素比值,Th元素含量和低的Pb/Ce比值。綜合元素和同位素結(jié)果,我們認為鄂東-九瑞地區(qū)的成銅巖漿巖也許來自于俯沖的洋殼和邊緣沉積物的部分熔融,并經(jīng)歷少量的地殼混染。2.下?lián)P子地區(qū)銅-金成礦埃達克質(zhì)巖的年齡和成分特征：對古太平洋俯沖板塊后撤過程的限制在本次研究中,我們報道并討論安慶和銅陵地區(qū)與銅-金成礦密切相關(guān)的埃達克(質(zhì))巖的鋯石U-Pb年齡,巖石地球化學(xué)和Pb-Sr-Nd同位素并結(jié)合已報道的贛-杭帶,滁州和寧鎮(zhèn)等地區(qū)的研究結(jié)果來系統(tǒng)分析銅成礦相關(guān)的埃達克(質(zhì))巖的成因與古太平洋板塊俯沖之間的內(nèi)在聯(lián)系。在巖石地球化學(xué)上,長江下游地區(qū)的埃達克(質(zhì))巖也具有類似于洋殼部分熔融的熔體成分的地球化學(xué)屬性。我們大量的年代學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果表明在長江下游地區(qū)銅成礦相關(guān)的埃達克(質(zhì))巖的活動時間為148-106 Ma,峰期為139 Ma左右。從區(qū)域尺度上看,銅-金成礦相關(guān)的巖漿巖的大量年代學(xué)結(jié)果統(tǒng)計表明從西南部的贛-杭帶到最西北部的長江下游地區(qū)具有明顯的變年輕的趨勢,這與古太平洋板塊的后撤過程相一致。同時,從贛-杭帶到長江中游,長江下游的近500公里的范圍內(nèi)銅成礦埃達克(質(zhì))巖的成分同樣表現(xiàn)出了系統(tǒng)的巖石地球化學(xué)特征和Pb-Sr-Nd同位素系統(tǒng)性有規(guī)律變化的趨勢。這一現(xiàn)象暗示了在時間上和空間上銅成礦埃達克(質(zhì))巖均表現(xiàn)出一致性的變化規(guī)律。我們認為雖然揚子地塊東部的成銅埃達克(質(zhì))巖和新生代洋殼直接熔融成因埃達克(質(zhì))巖有類似的巖石成因過程,但是從贛-杭帶到長江中游和長江下游地區(qū)的銅-金成礦埃達克(質(zhì))巖巖漿經(jīng)歷了不同程度的復(fù)雜的熔體-地殼相互作用。AFC模擬計算結(jié)果顯示大陸地殼成分對成銅埃達克(質(zhì))巖成分的影響隨時間變年輕有明顯增加的趨勢。結(jié)合從贛-杭帶到長江中游和下游地區(qū)的銅礦儲量具有系統(tǒng)性降低的趨勢,我們提出中國中東部地區(qū)的含銅-金埃達克(質(zhì))巖石也許記錄了來自古太平洋板塊俯沖后撤中的隨“年輕”的洋殼逐漸變老過程中來自洋殼部分熔融巖漿的熔體量具有逐漸變小的過程,這些成銅埃達克(質(zhì))巖的巖石地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)特征記錄了對應(yīng)洋殼部分熔融埃達克(質(zhì))巖熔體在遷移到地表過程中受到地殼組分的影響并存在逐步增加的巖石學(xué)過程。3.下?lián)P子地區(qū)成礦期后花園鞏鋁質(zhì)A型花崗巖和同時期基性巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)研究：對巖石成因和構(gòu)造環(huán)境的啟示在多金屬成礦作用以后,長江下游地區(qū)發(fā)育的主要巖漿巖是大量的不成礦A型花崗巖類和少量基性巖。其中,貴池地區(qū)的巖漿巖主要包括具有埃達克(質(zhì))巖特征的花崗閃長巖,具有A型花崗巖特征的石英正長巖和堿性長石花崗巖以及一些后期的酸性巖,然而基性巖或鉀玄質(zhì)巖石在該地區(qū)均不常見。早期形成的埃達克(質(zhì))巖特征的花崗閃長巖一般作為小巖體發(fā)育,經(jīng)常與銅-金礦床密切相關(guān),晚期形成的不成礦A型花崗巖呈大面積出露在花園鞏地區(qū)周圍。本文的鋯石U-Pb年代學(xué)工作顯示,花園鞏地區(qū)的A型巖漿巖幾乎同時形成在126 Ma左右。這與該地區(qū)其他的A型花崗巖類的年代學(xué)結(jié)果(約125Ma)相同,也與該地區(qū)前人報道的一些零星出露的基性巖的年代學(xué)結(jié)果(131-125 Ma)相一致。這暗示了在長江下游地區(qū)大量的A型花崗巖類和一些基性巖在同一時期形成。巖石地球化學(xué)上,花園鞏花崗巖符合典型的準鋁質(zhì)A型花崗巖的屬性。依照Nb/Y和Zr/TiO2判別圖解,長江下游地區(qū)的基性巖樣品被劃分為安山巖和安山巖/玄武巖系列。在微量元素圖解上,這些基性巖具有和大陸島弧安山巖類似的高場強元素虧損和大離子親石元素富集的分布模式�；詭r的富集的Sr-Nd同位素,高的(Hf/Sm)N和線性分布的Pb/Ce和207Pb/204Pb(t)比說明了位于中國大陸內(nèi)部的長江下游地區(qū)的巖石圈地幔曾經(jīng)被早期俯沖沉積物來源的流體／熔體交代。與基性巖類似的Sr-Nd同位素特征暗示了同時期的花園鞏A型花崗巖也是來自于受俯沖過程交代后的富集地幔源區(qū)。然而,在哈克圖解上這兩類巖石的不同演化趨勢排除了基性巖可以直接通過結(jié)晶分離演化成A型花崗巖巖漿的可能性。進一步的說,不同的Pb同位素比值以及該同位素與Si02之間并沒有明顯的相關(guān)性暗示了這兩類巖漿巖也許是來自于不均一的富集巖石圈地幔源區(qū)并且屬于不同的巖漿演化系列�；▓@鞏A型花崗巖漿中鋯石的εHf(t)同位素值的變化范圍為-4,8到-11.1。在Yb/Ta-Y/Nb和Ce/Nb-Y/Nb判別圖解上,花園鞏A型花崗巖樣品呈線性分布在IAB和OIB之間,這暗示了花園鞏A型花崗巖石或許是來自軟流圈和富集的巖石圈混合后的產(chǎn)物。依照構(gòu)造環(huán)境判別圖解,成礦期后的A型花崗巖和基性巖均落入了板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境的區(qū)域內(nèi),然而早期的銅成礦埃達克(質(zhì))巖落入在與俯沖有關(guān)的島弧火山花崗巖的構(gòu)造環(huán)境區(qū)域。綜合這些結(jié)果,長江下游地區(qū)從早期的成礦埃達克(質(zhì))巖轉(zhuǎn)變成晚期的不成礦A型花崗巖和零星的基性巖的巖石組合可能與俯沖到歐亞大陸之下古太平洋板塊發(fā)生板塊后撤以后的陸內(nèi)巖漿過程在動力學(xué)上相一致-。在古太平洋板塊后撤以后,熱的軟流圈物質(zhì)上涌加熱并混合了富集的巖石圈地幔物質(zhì)進而產(chǎn)生了大量126 Ma左右的A型花崗巖,同時導(dǎo)致了巖石圈的減薄作用。
【關(guān)鍵詞】：Sr-Nd-Pb同位素 鋯石年齡 鋯石Hf同位素 長江中下游 晚中生代 埃達克(質(zhì))巖 A型花崗巖 基性巖 Cu-Au成礦 熔體-陸殼相互作用 古太平洋 后撤作用
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P618.41
【目錄】：

• 摘要5-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-36
• 1.1 引言16-18
• 1.2 研究現(xiàn)狀18-25
• 1.2.1 長江中下游地區(qū)埃達克(質(zhì))巖的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.2 A型花崗巖的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.2.3 俯沖洋殼的不同類型23-25
• 1.3 埃達克(質(zhì))巖的成因爭論25-31
• 1.3.1 埃達克(質(zhì))巖命名25-26
• 1.3.2 環(huán)太平洋周圍的新生代埃達克(質(zhì))巖(O型埃達克巖)26-28
• 1.3.3 大陸內(nèi)部的埃達克(質(zhì))巖(C型埃達克巖)28-29
• 1.3.4 與弧構(gòu)造有關(guān)的構(gòu)造環(huán)境中埃達克(質(zhì))巖29-30
• 1.3.5 TTG或埃達克(質(zhì))巖的實驗巖石學(xué)30-31
• 1.4 科學(xué)問題,研究內(nèi)容及意義31-32
• 1.4.1 科學(xué)問題31
• 1.4.2 研究內(nèi)容和意義31-32
• 1.5 完成工作量32-36
• 1.5.1 野外工作33
• 1.5.2 室內(nèi)測試33
• 1.5.3 工作量小結(jié)33-36
• 第二章 區(qū)域地質(zhì)背景36-48
• 2.1 鄂東-九瑞地區(qū)銅成礦埃達克(質(zhì))巖37-40
• 2.2 長江下游地區(qū)銅成礦埃達克(質(zhì))巖40-42
• 2.3 大別造山帶厚地殼來源埃達克(質(zhì))巖42-43
• 2.4 贛-杭帶內(nèi)銅成礦埃達克(質(zhì))巖43
• 2.5 貴池地區(qū)晚中生代巖漿巖的巖石類型和時代特征43-48
• 第三章 樣品描述48-54
• 3.1 鄂東-九瑞地區(qū)銅成礦相關(guān)巖漿巖48-50
• 3.2 安慶-銅陵地區(qū)的銅成礦相關(guān)埃達克(質(zhì))巖50-51
• 3.3 花園鞏A型花崗巖和同時期基性巖脈51-54
• 第四章 樣品處理及分析方法54-58
• 4.1 鋯石U-Pb定年和微量元素含量54
• 4.2 鋯石Lu-Hf同位素分析54-55
• 4.3 主、微量元素分析55-56
• 4.4 全巖Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素分析56-58
• 第五章 鄂東-九瑞地區(qū)銅成礦埃達克(質(zhì))巖與古太平洋板塊部分熔融作用58-100
• 5.1 引言58-60
• 5.2 分析結(jié)果60-64
• 5.2.1 鋯石U-Pb年代學(xué)60-61
• 5.2.2 主、微量元素特征61-64
• 5.2.3 Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素特征64
• 5.3 對比分析討論64-78
• 5.3.1 含銅巖漿巖的結(jié)晶年齡64-66
• 5.3.2 含銅巖漿巖的元素和同位素地球化學(xué)特征66-68
• 5.3.3 對比大別造山帶內(nèi)埃達克(質(zhì))巖68-72
• 5.3.4 銅成礦相關(guān)埃達克(質(zhì))巖的源區(qū)72-75
• 5.3.5 動力學(xué)模型75-78
• 5.4 小結(jié)78-100
• 第六章 長江下游銅成礦埃達克(質(zhì))巖的成因和古太平洋板塊的后撤作用100-168
• 6.1 引言100-102
• 6.2 分析結(jié)果102-107
• 6.2.1 鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)和U-Pb年代學(xué)102-104
• 6.2.2 主、微量元素特征104-105
• 6.2.3 Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素特征105-107
• 6.3 對比分析討論107-115
• 6.3.1 銅(金)成礦相關(guān)巖石的形成時代107-108
• 6.3.2 對比大別造山帶內(nèi)同時期花崗巖108-109
• 6.3.3 巖漿來源和演化109-115
• 6.4 長江下游銅-金成礦埃達克(質(zhì))巖的巖石成因模型115-120
• 6.5 小結(jié)120-168
• 第七章 長江下游成礦期后花園鞏A型花崗巖和同期基性巖脈的地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義168-202
• 7.1 引言168-170
• 7.2 分析結(jié)果170-176
• 7.2.1 花園鞏花崗巖的鋯石年齡和鋯石微量元素170-172
• 7.2.2 全巖主-微量元素特征172-175
• 7.2.3 全巖Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素特征175-176
• 7.2.4 鋯石Hf同位素特征176
• 7.3 分析討論176-185
• 7.3.1 花園鞏花崗巖的形成時代和A型花崗巖屬性176-177
• 7.3.2 地殼混染作用?177-179
• 7.3.3 同時期基性巖的源區(qū)特征179-181
• 7.3.4 花園鞏A型花崗巖的巖石學(xué)成因181-185
• 7.4 構(gòu)造環(huán)境的特征185-188
• 7.5 小結(jié)188-202
• 第八章 結(jié)論202-206
• 參考文獻206-228
• 附錄 需進一步深入研究的問題228-230
• 致謝230-232
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文232-234

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本文編號：987806