安徽和县香泉独立铊矿床的成矿作用研究

摘要

“分散元素不仅能发生富集而且能超常富集，并可以形成独立矿床”这一认识已被人们所接受，分散元素成矿作用、特别是分散元素独立成矿作用的研究尤其引起研究者的关注。香泉独立铊矿床的地质地球化学特征明显不同于世界上已发现和研究的铊矿床，对该矿床的研究对深化分散元素成矿作用尤其是铊元素的成矿作用研究具有重要意义。 本文在细致的野外地质研究工作基础上，采集代表性的岩、矿石样品，用运显微镜观察、化学分析和高精度电子探针等方法研究铊在不同矿物中的赋存状态；对不同成矿阶段矿物中的流体包裹体进行显微测温和包裹体成分测定工作，厘定流体演化的物理化学条件；系统测定不同蚀变、矿化阶段的岩、矿石样品的氢、氧、碳、硅、硫、铅等同位素及微量元素组成，示踪、分析和确定成矿作用过程和蚀变、矿化流体的来源、成分、性质及变化；利用先进的热液矿物Sm-Nd法定年确定矿床年龄，并在上述工作结果的基础上，构筑成矿流体系统的演化模型和矿床成因模式，建立区域铊矿床的预测、勘查与评价的重要信息和指标。 香泉铊矿床的赋矿地层为下奥陶系统仑山组O1l，主要控矿构造为晓山—小龙王山—大龙王山背斜和两条逆断层F1，F2，蚀变强度总体上较弱，主要蚀变类型有萤石化、重晶石化、硅化、碳酸盐化和褐铁矿化等。铊矿床主要由一个矿体组成，该矿体总体上为似层状和透镜状，分布与地层走向一致，矿体沿倾向延伸较小，一般为30～40米，最宽不超过100米，沿走向延伸较长，超过1000米，平均厚度约10～15米，根据矿体形态和矿石品位初步估算铊的金属储量为150t。铊矿床中主要矿石矿物为黄铁矿，矿床中95％以上的铊都赋存在黄铁矿中。矿石的主要结构构造有浸染状构造、块状构造、角砾状构造、条带状和细层状构造、胶球体和同心圈层状构造、鲕粒(豆状)结构和生物结构等，不同结构构造的铊矿石均是由胶黄铁矿集合体和粘土硅酸盐矿物构成，而组成这些集合体的胶黄铁矿没有明显差别。矿床的形成经历了海底热水沉积成矿期和低温热液改造成矿期，其中以海底热水沉积成矿期为主，热液改造成矿期又可以进一步划分为早、晚两个成矿阶段，其中以早阶段为主。 香泉铊矿床中未产出或尚未发现大于微米级的独立铊矿物。胶黄铁矿是主要的载铊矿物，胶黄铁矿中铊与砷成正相关性，而与铁成负相关性，而微量元素铜、铅、锌、钴和镍的硒含量极低，和铊没有明显的相关性。铊以两种形态赋存于黄铁矿中，大部分铊以类质同象形式进入黄铁矿晶格，少量铊以铊矿物颗粒形式产出。富铊胶黄铁矿中产出几十至几百纳米大小的铊矿物颗粒，但由于其颗粒太小，电子探针无法准确的直接测定出其真正的成分，根据电子探针能谱图和电子探针分析结果初步确定其是TlI、(Tl,Fe)(As,I)、Tl(As，I)和(Tl,Fe)I，同时，胶黄铁矿中还产出小于1纳米的次纳米级铊矿物颗粒。现有研究表明铊矿物颗粒主要沿胶黄铁矿微环带和微裂隙分布，表明热液期低温流体对富铊黄铁矿条带进行改造，使得富铊条带中的铊进一步富集，形成独立铊矿物颗粒。 胶黄铁矿的常量元素、微量元素、稀土元素和硫、硅、铅同位素研究表明，胶黄铁矿为罕见的富铊海底热水活动的产物。不同类型蚀变岩和萤石、重晶石等热液矿物的常量元素、微量元素、稀土元素和硫、氢、氧和碳研究表明低温热液期水岩作用过程中，流体并未从外部大量带入铊，在蚀变过程中铊随着黄铁矿的分解从矿石中被带出。早晚两个热液成矿阶段流体的演化稍有不同，但均主要来源于大气降水，与岩浆岩均无直接关系。萤石流体包裹体研究表明早晚两阶段流体均为Ca2+-Na+-K+-F-型，早阶段流体的温度变化范围220℃～280℃，峰值为240～260℃，盐度变化范围0.5～6.0wt％NaCleq，主要集中在2.8～5.0wt％NaCleq.，流体的矿化度、还原参数、氧逸度、Eh值分别为81、0.220、-51.36和-0.12；晚阶段流体的温度变化范围130℃～210℃，峰值为160～180℃，盐度变化范围0.8～6.5wt％NaCleq.，主要集中在2.2～3.7wt％NaCleq.，流体的矿化度、还原参数、氧逸度、Eh值分别为65、0.211、-41.50和-0.22。 香泉两个世代萤石的Sm-Nd同位素定年结果反映热液期早晚两阶段成矿作用年龄分别为131.7±2.7Ma和79.3±9.4Ma。其中热液期早阶段成矿年龄(137.7±2.7Ma)反映晚燕山期以铊为代表的低温成矿作用与以铜(铁)金为代表的中高温热液成矿作用之间可能存在着密切的成因关系，热液期晚阶段成矿作用年龄指示在晚燕山期(79.3±9.4Ma)香泉铊矿化区又有一次成矿流体的活动。 通过上述矿床地质地球化学特征研究，建立了香泉铊矿床的成矿模式并对独立铊矿床的概念重新进行了定义：矿床规模较大，铊富集程度很高，其他元素相对于铊经济价值很小或可以忽略，铊以独立矿物或富含铊的硫化物的产出为矿化特征，这种矿床称为独立铊矿床。

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致谢

第一章序论

第二章铊元素的地球化学研究概述

第三章区域地质背景

第四章铊矿床地质特征

第五章矿床中铊的赋存状态

5.1样品采集与加工

5.2黄铁矿单矿物微量元素组成分析

5.3光学显微镜研究

5.4电子探针研究

5.5 X射线分析

5.5小结

第六章铊矿床地球化学

6.1常量元素地球化学

6.2微量元素地球化学

6.3稀土元素地球化学

6.4同位素地球化学

6.5流体包裹体地球化学

6.6成矿年代学

6.7小结

第七章铊矿床成矿模式

第八章结论

参考文献

攻读博士学位期间发表论文

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