南秦岭古生代盆地演化中幕式流体成岩成矿作用研究

摘要

南秦岭成矿带的泥盆系及其中贱金属、贵金属及菱铁矿大型-超大型矿床引世人关注，研究主要从岩石学、地层学、矿床学、地球化学、大地构造学等角度对南秦岭成矿带开展了多方位“立体交叉”式的研究，取得了丰硕的成果，但从地质流体角度开展的研究工作较少，而且已有的研究工作也主要集中于泥盆系成矿区的典型矿床上。论文工作主要从盆地动力演化出发，把盆地充填分为水成沉积和热水沉积两个序列，以水成沉积为基础，对古生代流体活动的产物-热水沉积岩石/矿石开展系统的研究，查明古生代带盆地演化过程中幕式流体活动过程，从流体活动角度探讨南秦岭古生代盆地构造-沉积演化与流体成岩成矿关系，反演盆地流体过程与深部构造的关系，揭示盆地流体活动的成矿效应。通过对“南秦岭古生代盆地演化中幕式流体成岩成矿作用研究”，取得了以下几个方面的主要进展： 1、通过全面整理分析南秦岭区域地质成果资料，从基底特点、沉积纪录、构造作用、岩浆事件、热流过程等方面进一步明确了南秦岭古生代流体过程与成矿作用的大陆边缘动力学背景及热水沉积环境。 南秦岭早古生代是扬子陆块北部被动大陆边缘，伸展背景下东西向裂陷海槽发育；晚古生代因勉略洋打开而从扬子北缘分离成为微板块，受古老隆起、基底断裂、同生断层等伸展构造的影响，成为有多个不同性质二级盆地发育的多岛海域，并且主张应力总体上由南北向转化为东西向。新元古代-早古生代为主的双峰式火山岩、基性侵入岩等也很可能进一步指示了该时期南秦岭被动陆缘下的地幔热点活动背景。正是在这种具有地幔热点活动和伸展构造背景的地堑式边缘海盆中出现了明显的热水沉积环境：①海盆正常充填序列中的不同层位发育了不同性质和规模的热水沉积岩和同生热水蚀变岩；②海盆内的正常水成沉积物也表现出有机质成熟度(泥盆系青石垭组饱和烃/芳香烃=3.12)、古海水温度(泥盆纪海盆为53.9℃～88.9℃)、盐度(泥盆纪海盆盐度为14wB％NaCl)、以及同位素组成(δ18O值为9.57‰)等方面的异常。 2、在南秦岭旬阳盆地志留系新识别出钠长石岩、硅质岩、铁碳酸盐岩等热水沉积岩，这将南秦岭热水沉积作用推至早古生代，不仅使南秦岭古生代流体活动和热水沉积记录更加全面系统，而且证明了本地区下古生界铅锌矿床属海底热水沉积-改造成因，明确了找矿方向。 产在旬阳盆地志留系铅锌矿集区的钠长石岩、硅质岩、铁碳酸盐岩等热水沉积岩，它们或独立成层产于铅锌硫化物矿层以下层位，或直接作为铅锌硫化物矿层的容矿岩石，与志留系水成沉积岩层整合产出，同步褶皱，但其岩相学、矿物学、地球化学的特殊之处表明它们明显有别于正常水成沉积岩石。 钠长石岩产在含矿层以下层位，具厚层块状、条带状、角砾状构造，均粒微细晶结构、内碎屑结构；其化学组成以富含SiO2、Al2O3及Na2O为特征，富Fe、Mn，贫Co、Ni、Cu等微量元素；在Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)和P-Y关系图上，均反映为热水沉积成因；钠长石岩与围岩具有相似的稀土配分模式，但稀土总量较围岩偏低；反映了钠长石岩与下伏地层以及基底岩石之间的密切物质联系。钠长石岩中锆石透射光、反射光图像以及ShirmpU-Pb测年结果均反映出锆石来源于基底岩石中的继承性锆石，进一步证明了钠长石岩是由海水沿同生断裂向下渗透，被加热并和基底富钠质岩石(基底武当群、耀岭河群为一套富钠质的浅变质沉积火山岩系)及所流经的地层柱发生面型淋滤，经热液通道喷发出海底，形成了具有海底喷-流热水沉积特征的层纹状、层块状、及角砾状钠长石岩。 发育在铅锌含矿层中层状、层纹状硅质岩，主要由微-细晶它形粒状石英镶嵌组成。硅质岩化学组成以SiO2为主，Al、Ti、Mg相对贫乏；Fe/Ti、Al/(Al+Fe+Mn)、(Fe+Mn)/Ti及FeO/Fe2O3比值表明具有热水沉积成因性质。硅质岩中Zn、Pb、As、Sb、Ag等微量元素富集；在Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)、P-y以及U-Th关系图上，均反映为热水沉积成因。硅质岩与矿石稀土元素特点相似，具有∑REE(4.09×10-6)低、轻重稀土分异较明显(LREE/HREE=5.6)，北美页岩标准化配分曲线呈平缓趋势(LaN/YbN=0.91)、铈显弱负异常(δCe值为0.85)、铕为正异常(δEu值为1.52)的特点。硅质岩的硅(δ30Si=为-0.5‰～0‰)、氧同位素组成(δ18O=17.8‰～19.9‰)及较高的沉积温度(84℃-101℃)也指示它为海底热水沉积成因。 3、结合南秦岭早古生代区域岩浆活动，受地幔热点控制的扬子北缘古生代伸展海盆中，热水沉积是旬阳盆地志留系铅锌成矿基本方式，中生代造山过程中矿石发生过重结晶等改造。这一结论将晚古生代泥盆系热水沉积铅锌成矿向下拓展到志留系，为区域找矿指明了方向。 志留系铅锌矿床的含矿岩系主要是下、中志留统弱变质含碳细碎屑岩和新发现识别出的热水沉积碳硅质岩、钠长石岩等；矿体为层状与志留系整合产出，含矿层中伴生有热水沉积硅质岩及铁碳酸盐岩。矿床REE及同位素地球化学指示成岩成矿流体为深部来源，成岩成矿作用具有热水沉积性质；成矿流体中富含CO2(18.656～35.063mol％)；成矿温度为135℃～297℃；矿石硫(δ345V-CDT众数值3‰～5‰)和铅同位素组成(206Pb/204Pb=37.9～38.9、207Pb/204Pb=15.55～15.61、206Pb/204Pb=17.2～18.2)反映硫有深部来源，铅来自盆地基底和沉积地层。包裹体水的氢氧同位素特征(δD为-68‰～-82‰，δ18Ow为0.48‰～12.41‰)不排除成矿流体有深源流体加入。 4、从水成沉积和热水沉积两种层序出发，揭示南秦岭造山带盆地的演化和流体成矿过程；总结并建立了本区早古生代的热水沉积成岩成矿序列；使古生代流体活动记录从晚古生代拓展到整个古生代，构建出古生代流体过程框架。 早寒武世热水沉积形成硅质岩-重晶石岩建造，西部主要产出层位是下寒武统太阳顶群，以碳硅质板岩为主，东部主要产出层位为洞沟群，以硅质岩、重晶石岩为主；早-中志留世热水沉积形成硅质岩-钠长石岩-铁碳酸盐岩-硅质硫化物建造，主要产出层位在下志留统梅子垭组和中志留统双河镇组；中泥盆世热水沉积形成规模更大、类型更多样的富钠、硅、铁镁碳酸盐、钡、铁锰硅酸盐、硫化物、菱铁矿建造，包括：重晶石岩、硅质岩、铁白云石硅质岩、似碧玉岩、似碧玉层纹钠长石岩、石英钠长石岩、铁白云石钠长石岩、钠长角砾岩、铁白云石钠长石板岩、铁白云石板岩、菱铁矿钠长石岩、菱铁矿岩、Pb-Zn-Cu-Ag硫化物矿石、富电气石岩、黄铁矿/磁铁矿绿泥石岩等热水沉积岩和黑云母方柱石岩等同生热水蚀变岩；晚泥盆世出现局部的火山喷发。反映在地幔热点背景下边缘盆地演化中的海底热水流体过程和成矿作用历史，并以山阳-柞水-镇安-旬阳造山带盆地为例，建立起古生代同生沉积期热水沉积成岩成矿序列： (1)寒武纪碳硅质岩中重晶石矿床和金、铂族元素矿化； (2)志留系钠长石岩-铁碳酸盐岩-硅质岩-重晶石-铅锌矿床和金矿化； (3)泥盆系硅质岩-钠长石岩-重晶石岩-铁白云石岩-铅锌(铜)矿床； (4)泥盆纪铁白云石硅质岩-铅锌(铜)矿床 (5)泥盆纪钠长石角砾/铁白云石板岩中Au-Cu矿床 5、基于对本区热水沉积作用、热水沉积岩以及热水沉积与铅锌成矿关系认识和研究的基础，产、学、研相结合，项目组成员与陕西地调一队合作，2004-2005年在志留系铅锌矿集区普查找矿取得重要进展。与陕西地矿局一大队联合新发现铅锌矿点3个，新增铅锌金属储量15万吨，新布并实施钻探工程1942.3m，在高家沟矿区西段深部发现较大盲矿体，使黄石板以西地区成为前景巨大的盲矿勘探区。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及知识产权权属声明

第一章引言

第二章区域地质背景

第三章南秦岭古生代盆地形成演化机制

第四章南秦岭古生代盆地岩浆活动

第五章南秦岭古生代盆地热水沉积岩石学及地球化学

第六章南秦岭古生代盆地幕式流体成矿效应和成矿规律

第七章结论

参考文献

致谢

图版说明

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