柴周缘镁铁质-超镁铁质岩体与镍矿床成因研究

摘要

柴周缘镁铁质-超镁铁质岩体广泛发育,其中具备形成镍铜硫化物岩浆矿床的岩体主要集中在柴达木地块边缘、欧龙布鲁克微陆块和东昆仑造山带。为探索柴周缘镍铜硫化物矿床成矿特点并为区域找矿提供依据,本文选取牛鼻子梁和夏日哈木两个典型矿床做为研究对象,通过岩体地质、岩石学、矿物学、矿床学、地球化学研究,揭示岩石成因、岩浆演化过程、硫化物熔离机制及聚集过程,论证岩浆源区性质、地幔动力学机制及矿床成矿机制。论文取得的主要进展和成果如下:
　　(1)牛鼻子梁镍矿床位于柴达木地块西北缘俄博梁断隆区,岩体形成于晚泥盆世(367.0±2.0Ma)。在晚志留世-晚泥盆世期间,该区处于大陆边缘裂解环境。
　　(2)牛鼻子梁岩体出露面积约8Km2,平面形态为近东西向的长条状。岩体堆晶层理清晰,垂向分带明显,属层状杂岩体。岩石类型有斜长二辉橄榄岩、斜长单辉橄榄岩、角闪二辉橄榄岩、角闪橄榄岩、橄榄二辉岩、角闪二辉岩、橄榄二辉角闪石岩、角闪橄榄辉长岩、细粒辉长岩、似斑状辉长岩、暗色辉长岩、辉长岩、淡色辉长岩、石英闪长岩和英云闪长岩。岩石结构类型显示非平衡的分离结晶作用主导了岩浆房中结晶与演化过程,主体岩浆结晶温度为1100~1178℃。岩体与围岩之间发生了较强的同化混染作用,并随着岩浆演化过程,同化混染强度逐渐增大,导致岩石化学系列从拉斑玄武质系列转化为钙碱性系列。
　　(3)牛鼻子梁岩体原生岩浆的 MgO含量为10.8％。Nd、Sr同位素组成和元素地球化学特征显示源区为亏损型岩石圈地幔,在地幔发生部分熔融的同时或稍早阶段,源区受到了地幔流/熔体的交代,导致岩浆富集大离子亲石元素和 LREE。
　　(4)牛鼻子梁岩体被 F1、F2断层切割成三个区块,Ⅰ号和Ⅱ号区块主要由超镁铁质岩石组成,是重要的含矿岩层。Ⅰ号区块以热液型矿石为主;Ⅱ号区块已发现两层岩浆-矿浆期层状矿体,既有就地熔离型浸染状矿石,又有矿浆贯入型块状矿石。大部分硫化物的δ34S为-2.8‰~+0.32‰,显示 S主要来自地幔。综合研究表明,分离结晶和同化混染共同作用(AFC过程)是牛鼻子梁矿床硫化物熔离的主要机制。
　　(5)夏日哈木镍矿床位于东昆仑造山带之昆中岛弧带,矿床赋存于Ⅰ号岩体中。辉长岩的锆石 U-Pb年龄为439.1±3Ma,属早志留世。
　　(6)Ⅰ号岩体由橄榄岩相(纯橄岩、方辉橄榄岩、二辉橄榄岩)、辉石岩相(橄榄方辉岩、方辉岩、含长二辉岩)和苏长-辉长岩相(暗色辉长苏长岩、橄榄辉长岩、辉长岩、淡色辉长岩)组成。除辉长岩和淡色辉长岩外,所有岩石均具有堆晶结构,分离结晶作用在岩浆演化过程中起主导作用,主要的分离结晶相为橄榄石和斜方辉石。
　　(6)夏日哈木矿床硫化物的δ34S值为+4.44‰~+6.45‰,岩、矿石(187Os/188Os)i比值为0.1590~2.0097,γOs值为28~1520,这些同位素组成和野外地质现象均显示岩浆遭受了严重的同化混染作用。
　　(7)Nd、Sr同位素组成均属富集型地幔范畴,且有 EMⅡ型趋势,各种岩石均富集 LREE和大离子亲石元素,亏损 Nb、Ta、Ti、P,显示了岛弧环境岩浆岩的地球化学特征。因此,夏日哈木Ⅰ号岩体的岩浆源区应该是位于消减板片之上的地幔楔。
　　(8)大量橄榄石和斜方辉石的分离结晶作用、强烈的同化混染作用是导致硫化物熔离的主要机制。另外,较多壳源硫的加入也促进了硫化物的熔离。
　　(9)夏日哈木矿床可分为就地熔离、矿浆贯入、热液叠加三个成矿阶段。成矿过程为:被来自消减板片的流/熔体交代的地幔楔部分熔融→生成的岩浆沿黑山-那棱格勒断裂北侧的次级断裂上侵→在深部岩浆房岩浆发生分异,成矿物质预富集,部分镁铁质岩浆从岩浆房中移出→残余岩浆进入终端岩浆房,同化富 Si、Al等片麻岩及富硫围岩,并促进分离结晶作用的进行和硫化物的熔离→含矿岩浆继续上侵,在岩浆上侵通道和 I号岩体现存空间就位,矿浆随后贯入→晚期岩浆热液进一步活化成矿物质,叠加在早期成矿之上。
　　(10)柴周缘镍矿主要形成于志留纪-泥盆纪。因此,在我国,中古生代是与新元古代、二叠纪并列的第三个镍矿主成矿期。
　　(11)黑山-那棱格勒断裂北侧的次级断裂控制了夏日哈木矿区幔源岩浆和镁质橄榄岩(Ⅲ号岩体)的空间位置,因此,该断裂带应属岩石圈破裂带。多方面的证据表明东昆中岛弧带属拉张型岛弧带。
　　(12)拉张型岛弧带是与克拉通边缘裂谷带、大火成岩省、绿岩带、造山带后碰撞伸展阶段并列的第五种有利于形成镍矿床的构造环境。

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第一章 绪 言

1.1 选题依据及意义

1.2 研究思路与研究内容

1.3 实验方案

1.4 完成的主要工作量

1.5 取得的主要学术成果

第二章 岩浆镍铜硫化物矿床研究进展

2.1 世界岩浆 Cu-Ni(-PGE)硫化物矿床的类型和时空分布

2.2 岩浆镍铜硫化物矿床成矿作用研究新进展

第三章 区域地质背景

3.1 地层

3.2 断裂构造

3.3 岩浆岩

3.4 区域构造格局及演化

第四章 柴周缘典型岩体地质特征及矿床地质特征

4.1 牛鼻子梁岩体地质特征及含矿性

4.2 夏日哈木岩体地质特征及含矿性

第五章 年代学与岩石地球化学特征

5.1 牛鼻子梁岩体年代学与岩石地球化学特征

5.2 夏日哈木岩体年代学与岩石地球化学特征

第六章 岩浆源区与成矿作用

6.1 牛鼻子梁岩浆源区与成矿作用

6.2 夏日哈木岩浆源区与成矿作用

结 论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢