北秦岭松树沟铬铁矿矿床和铜峪铜矿床地质地球化学与成矿动力学背景

摘要

中新元古代-早古生代Rodinia超级大陆的聚散和古秦岭洋的开合形成了北秦岭脊-沟-弧-盆成岩体系。该体系发育了松树沟铬铁矿床、铜峪、上庄坪、水岭洞、刘山岩VHMS矿床、龙庙铅锌矿床和范家寺磁铁矿床等一系列重要的金属矿床。这些矿床的成矿作用及其相应的动力学背景的研究，对于深入探讨秦岭造山带的早期演化过程与金属元素巨量聚集之间的时空耦合关系和成矿机理、发展大陆边缘造山-成矿理论和指导北秦岭地区多金属资源勘查工作具有重要理论和实践意义。本文在系统收集前人北秦岭中新元古代-早古生代成矿作用研究成果的基础上，以松树沟铬铁矿矿床和铜峪铜矿床为主要研究对象，对其赋矿围岩成因、成岩成矿物质来源，矿床的成因类型和成岩成矿动力学背景进行了重点剖析，确定了北秦岭造山带中新元古代-早古生代重大地质事件，初步建立了金属矿床成矿模式。
　　 研究发现松树沟橄榄岩形成于格林威尔期Rodinia超级大陆裂解过程中的洋中脊环境，与松树沟基性岩具有共同的地幔源区，二者同为松树沟蛇绿岩的重要组成部分。松树沟铬铁矿床形成机制与层状铬铁矿床相似，形成于松树沟洋盆扩张过程中，是中粗粒纯橄岩在热边界层(TBL)冷凝结晶的过程中岩浆分异作用的产物。松树沟细粒方辉橄榄岩为洋脊扩张过程中地幔岩减压-近分离熔融产生的残留体；细粒纯橄岩主要由地幔岩熔融残留橄榄石、减压熔融反应(aCpx+bOpx+cSpl=dO1+1Melt)生成的橄榄石和少量的地幔方辉橄榄岩残留体组成，但均受到了渗滤熔体的再富集作用；中粗粒纯橄岩和中粗粒方辉橄榄岩主要为上述反应产生的渗滤熔体在迁移通道或减压扩容带内在热边界层(TBL)通过反应(Melt A=Ol+Melt B)冷凝结晶而成，属堆晶橄榄岩。
　　 铜峪铜矿矿床赋矿火山岩围岩为钙碱性岛弧火山岩，矿区火山岩锆石年龄为462.2±7.0Ma，成矿物质与火山岩围岩具有相同的物质来源。该矿床是是古秦岭洋板片在奥陶-志留纪之交(462.2-472 Ma)左右的俯冲事件中，由俯冲板片脱水产生的高氧逸度流体进入地幔楔，活化萃取地幔楔的Cu等金属元素并导致地幔楔部分熔融产生钙碱性岩浆在岛弧区喷发形成的VHMS型矿床。与火山岩同期的火山喷流-沉积作用形成了铜峪铜矿床的初始工业矿化；初始矿体形成后，伴随秦岭造山带印支期全面碰撞造山过程，矿体和含矿层受到强烈的构造改造和叠加。铜峪铜矿床与东秦岭VHMS矿床和经典的VHMS型如日本黑矿型块状硫化物矿床存在差异，其矿化地质特征显示出岛弧火山喷发沉积和构造叠加改造成矿的双重特点。侵入于矿区的煤沟花岗闪长岩的锆石年龄为439.3±3 Ma，它是形成与古秦岭洋玄武质板片在440Ma左右的俯冲事件中部分熔融产生的熔体与地幔楔发生交代作用形成的具埃达克岩性质的岛弧花岗岩。铜峪铜矿区岛弧火山岩-埃达克岩组合的发现，为秦岭-祁连造山带进一步开展与岛弧火山岩有关的VHMS矿床和与埃达克岩有关的Cu(Au)矿床的勘查提供了重要线索。
　　 北秦岭中新元古代-早古生代的金属矿床成矿作用与Rodinia超级大陆的聚散和古秦岭洋盆的扩张-俯冲-碰撞事件密切相关。洋中脊、弧前盆地、岛弧、弧后盆地等不同环境形成的不同类型矿床均是对该时期不同地质事件的响应。中新元古代-早古生代形成的金属矿床属于北秦岭脊-沟-弧-盆火山沉积成岩成矿体系的重要组成部分。

目录

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声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.1.1北秦岭中新元古代—早古生代矿床研究意义

1.1.2北秦岭中新元古代—早古生代矿床研究现状和存在的主要科学问题

1.2研究思路、方法和完成的工作量

1.2.1研究思路和方法

1.2.2完成的工作量

1.3取得的主要研究成果

第二章北秦岭元古代—早古生代地质背景

2.1岩石地层单元和结构构造

2.2中新元古代-早古生代北秦岭产出的的金属矿床

第三章北秦岭松树沟铬铁矿矿床

3.1地质概况

3.2样品测试分析和数据获取

3.3松树沟橄榄岩元素与同位素地球化学特征

3.3.1主量、微量和稀土元素地球化学

3.3.2 Sr同位素地球化学

3.3.3 Pb同位素地球化学

3.3.4铬铁矿电子探针分析

3.4松树沟橄榄岩的成因

3.5松树沟铬铁矿床的成因和成矿地质背景

第四章北秦岭西部铜峪VHMS型铜矿床

4.1区域地质和矿床矿化地质特征

4.2样品测试分析和数据获取

4.3元素地球化学

4.3.1赋矿围岩和矿石元素地球化学特征

4.3.2煤沟花岗闪长岩的元素地球化学特征

4.4锆石LA-ICP-MS定年及Hf同位素组成

4.5同位素地球化学

4.5.1矿床Sr-Nd-Pb同位素组成

4.5.2硫同位素组成

4.6赋矿围岩成因及其与成矿关系

4.7矿区花岗闪长岩成因及其指示意义

4.8矿床大地构造背景和地质特征对其成因的指示

4.9成矿过程和成矿模式

第五章北秦岭中新元古代—早古生代地质事件与成矿演化

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果