长江中下游地区成铜埃达克质岩及成矿期后岩浆岩的地球化学研究

摘要

晚中生代岩浆岩在中国东部地区分布最广泛、活动最强烈，其自南到北绵延近2000公里，是对现今中国东部的地质地貌影响最大的地质事件，也是一期最重要的多金属成矿事件。这些多金属矿床的成因普遍与晚中生代时期的岩浆岩的活动密切相关。在矿产的产出位置上，中国东部的铜矿床主要分布在扬子地块的东部，其中以赣-杭带和长江中下游地区的产出尤为密集。长江中下游地区位于中国的中东部，是中国最重要的多金属成矿带之一，共计发现有多金属成矿点达200余处。近年来，随着我国对该地区研究程度的提高，长江中下游地区东、西两侧的成矿和成岩的差异性逐渐被揭示出来，进而产生了越来越多亟待回答的重要科学问题。
　　在长江中下游成矿带内铜，金，铁是最主要的成矿元素，并伴随少量的铅、锌、钼、磷灰石和部分铀矿化作用。据已有的研究表明长江中下游地区的铜和金元素在成矿富集过程中密切共生，并且铜和金的成矿事件要系统性早于铁成矿事件。在空间分布上，长江中下游地区的铜和金的成岩和成矿位置主要分布在地壳较厚的隆起区，如鄂东，九瑞，安庆，铜陵地区;铁的成岩和成矿主要分布在地壳相对薄弱的断陷盆地内，如金牛盆地，庐枞盆地，宁芜盆地。值得注意的是，位于扬子地块东部的铜-金矿床相关的晚中生代时期的岩浆岩普遍具有埃达克（质）岩的地球化学特征。随着国内外对埃达克（质）岩的研究的深入，该地区同时也成为国内外地质学领域研究埃达克（质）岩成因的一个热点地区。另外，长江中下游地区在成矿期后产出的主要岩石类型为大量的不成矿具有A型特征的花岗岩和一些零星分布的脉状或小岩体形式出露的基性岩。
　　硕-博连读期间，本人系统报道并总结了长江中下游地区自西向东大量已发表的铜成矿相关埃达克质岩的锆石年代学、岩石地球化学和同位素地球化学数据，并深入讨论这些岩石的成因和构造背景。论文的主要目标是寻找位于大陆内部的与成矿相关的埃达克（质）岩东-西差异性的成因和晚中生代时期发生的古太平洋板块俯冲事件之间的内在联系。另外，通过对成矿期后不成矿的花园巩A型花岗岩和同时期基性岩的联合研究希望进一步为长江中下游地区成矿期后的岩浆活动的成因和构造环境提供在地球化学上的约束。本博士论文主要获得了以下三部分的研究结果:
　　1.古太平洋板块俯冲到中国东部大陆的内部:来自鄂东-九瑞地区埃达克质岩的证据
　　鄂东-九瑞（长江中游）地区位于著名的长江中下游铜-金-铁多金属成矿带的最西部，距离现今太平洋板块活动边界近1000公里。为了发掘与铜-金成矿相关的晚中生代岩浆岩的形成时代和成因，我们报道了鄂东-九瑞地区在时间和空间上与代表性铜矿床密切相关的晚中生代岩浆岩的锆石U-Pb年代学，岩石地球化学和Sr-Nd-Pb同位素的实验结果。本文的锆石U-Pb年代学定年结果表明在该地区与铜成矿相关的岩浆活动的持续时间为151到139 Ma（峰期为145 Ma），这与前人报道的铜成矿时间(146-137 Ma)相吻合，进一步证实了岩浆岩和铜成矿作用之间的密切相关性。岩石地球化学数据显示这些岩浆岩具有显著的俯冲洋壳成因的埃达克（质）岩地球化学属性，如:高SiO2，Al2O3，Na2O和Sr含量，富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE)，亏损重稀土元素(HREE)，正的Sr异常和负的Nb，Ta，Ti异常，高的Sr/Y和La/Yb比值。这表明这些具有埃达克（质）岩特征的铜成矿岩浆岩是来自一个斜长石不稳定而石榴石稳定的源区。对比晚中生代时期大别山造山带内不成矿的加厚地壳来源埃达克（质）岩（天堂寨低镁埃达克质岩体和梅川高镁埃达克质岩体），鄂东-九瑞地区的含铜埃达克（质）岩虽然有类似的Sr同位素，但表现出更高的Nd和Pb同位素比值，Th元素含量和低的Pb/Ce比值。综合元素和同位素结果，我们认为鄂东-九瑞地区的成铜岩浆岩也许来自于俯冲的洋壳和边缘沉积物的部分熔融，并经历少量的地壳混染。
　　2.下扬子地区铜-金成矿埃达克质岩的年龄和成分特征:对古太平洋俯冲板块后撤过程的限制
　　在本次研究中，我们报道并讨论安庆和铜陵地区与铜-金成矿密切相关的埃达克（质）岩的锆石U-Pb年龄，岩石地球化学和Pb-Sr-Nd同位素并结合已报道的赣-杭带，滁州和宁镇等地区的研究结果来系统分析铜成矿相关的埃达克（质）岩的成因与古太平洋板块俯冲之间的内在联系。在岩石地球化学上，长江下游地区的埃达克（质）岩也具有类似于洋壳部分熔融的熔体成分的地球化学属性。我们大量的年代学数据的统计结果表明在长江下游地区铜成矿相关的埃达克（质）岩的活动时间为148-106 Ma，峰期为139 Ma左右。从区域尺度上看，铜-金成矿相关的岩浆岩的大量年代学结果统计表明从西南部的赣-杭带到最西北部的长江下游地区具有明显的变年轻的趋势，这与古太平洋板块的后撤过程相一致。同时，从赣-杭带到长江中游，长江下游的近500公里的范围内铜成矿埃达克（质）岩的成分同样表现出了系统的岩石地球化学特征和Pb-Sr-Nd同位素系统性有规律变化的趋势。这一现象暗示了在时间上和空间上铜成矿埃达克（质）岩均表现出一致性的变化规律。我们认为虽然扬子地块东部的成铜埃达克（质）岩和新生代洋壳直接熔融成因埃达克（质）岩有类似的岩石成因过程，但是从赣-杭带到长江中游和长江下游地区的铜-金成矿埃达克（质）岩岩浆经历了不同程度的复杂的熔体-地壳相互作用。AFC模拟计算结果显示大陆地壳成分对成铜埃达克（质）岩成分的影响随时间变年轻有明显增加的趋势。结合从赣-杭带到长江中游和下游地区的铜矿储量具有系统性降低的趋势，我们提出中国中东部地区的含铜-金埃达克（质）岩石也许记录了来自古太平洋板块俯冲后撤中的随“年轻”的洋壳逐渐变老过程中来自洋壳部分熔融岩浆的熔体量具有逐渐变小的过程，这些成铜埃达克（质）岩的岩石地球化学和同位素地球化学特征记录了对应洋壳部分熔融埃达克（质）岩熔体在迁移到地表过程中受到地壳组分的影响并存在逐步增加的岩石学过程。
　　3.下扬子地区成矿期后花园巩铝质A型花岗岩和同时期基性岩的岩石学和地球化学研究:对岩石成因和构造环境的启示
　　在多金属成矿作用以后，长江下游地区发育的主要岩浆岩是大量的不成矿A型花岗岩类和少量基性岩。其中，贵池地区的岩浆岩主要包括具有埃达克（质）岩特征的花岗闪长岩，具有A型花岗岩特征的石英正长岩和碱性长石花岗岩以及一些后期的酸性岩，然而基性岩或钾玄质岩石在该地区均不常见。早期形成的埃达克（质）岩特征的花岗闪长岩一般作为小岩体发育，经常与铜-金矿床密切相关，晚期形成的不成矿A型花岗岩呈大面积出露在花园巩地区周围。本文的锆石U-Pb年代学工作显示，花园巩地区的A型岩浆岩几乎同时形成在126 Ma左右。这与该地区其他的A型花岗岩类的年代学结果（约125 Ma）相同，也与该地区前人报道的一些零星出露的基性岩的年代学结果(131-125 Ma)相一致。这暗示了在长江下游地区大量的A型花岗岩类和一些基性岩在同一时期形成。岩石地球化学上，花园巩花岗岩符合典型的准铝质A型花岗岩的属性。依照Nb/Y和Zr/TiO2判别图解，长江下游地区的基性岩样品被划分为安山岩和安山岩/玄武岩系列。在微量元素图解上，这些基性岩具有和大陆岛弧安山岩类似的高场强元素亏损和大离子亲石元素富集的分布模式。基性岩的富集的Sr-Nd同位素，高的(Hf/Sm)N和线性分布的Pb/Ce和207Pb/204Pb(t)比说明了位于中国大陆内部的长江下游地区的岩石圈地幔曾经被早期俯冲沉积物来源的流体/熔体交代。与基性岩类似的Sr-Nd同位素特征暗示了同时期的花园巩A型花岗岩也是来自于受俯冲过程交代后的富集地幔源区。然而，在哈克图解上这两类岩石的不同演化趋势排除了基性岩可以直接通过结晶分离演化成A型花岗岩岩浆的可能性。进一步的说，不同的Pb同位素比值以及该同位素与SiO2之间并没有明显的相关性暗示了这两类岩浆岩也许是来自于不均一的富集岩石圈地幔源区并且属于不同的岩浆演化系列。花园巩A型花岗岩浆中锆石的εHf(t)同位素值的变化范围为-4.8到-11.1。在Yb/Ta-Y/Nb和Ce/Nb-Y/Nb判别图解上，花园巩A型花岗岩样品呈线性分布在IAB和OIB之间，这暗示了花园巩A型花岗岩石或许是来自软流圈和富集的岩石圈混合后的产物。依照构造环境判别图解，成矿期后的A型花岗岩和基性岩均落入了板内构造环境的区域内，然而早期的铜成矿埃达克（质）岩落入在与俯冲有关的岛弧火山花岗岩的构造环境区域。综合这些结果，长江下游地区从早期的成矿埃达克（质）岩转变成晚期的不成矿A型花岗岩和零星的基性岩的岩石组合可能与俯冲到欧亚大陆之下古太平洋板块发生板块后撤以后的陆内岩浆过程在动力学上相一致-。在古太平洋板块后撤以后，热的软流圈物质上涌加热并混合了富集的岩石圈地幔物质进而产生了大量126 Ma左右的A型花岗岩，同时导致了岩石圈的减薄作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状

1．2．1 长江中下游地区埃达克(质)岩的研究现状

1．2．2 A型花岗岩的研究现状

1．2．3 俯冲洋壳的不同类型

1．3 埃达克(质)岩的成因争论

1．3．1 埃达克(质)岩命名

1．3．2 环太平洋周围的新生代埃达克(质)岩(O型埃达克岩)

1．3．3 大陆内部的埃达克(质)岩(C型埃达克岩)

1．3．4 与弧构造有关的构造环境中埃达克(质)岩

1．3．5 TTG或埃达克(质)岩的实验岩石学

1．4 科学问题，研究内容及意义

1．4．1 科学问题

1．4．2 研究内容和意义

1．5 完成工作量

1．5．1 野外工作

1．5．2 室内测试

1．5．3 工作量小结

第二章 区域地质背景

2．1 鄂东-九瑞地区铜成矿埃达克(质)岩

2．2 长江下游地区铜成矿埃达克(质)岩

2．3 大别造山带厚地壳来源埃达克(质)岩

2．4 赣-杭带内铜成矿埃达克(质)岩

2．5 贵池地区晚中生代岩浆岩的岩石类型和时代特征

第三章 样品描述

3．1 鄂东-九瑞地区铜成矿相关岩浆岩

3．2 安庆-铜陵地区的铜成矿相关埃达克(质)岩

3．3 花园巩A型花岗岩和同时期基性岩脉

第四章 样品处理及分析方法

3．1 锆石U-Pb定年和微量元素含量

3．2 锆石Lu-Hf同位素分析

3．3 主、微量元素分析

3．4 全岩Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素分析

第五章 鄂东-九瑞地区铜成矿埃达克(质)岩与古太平洋板块部分熔融作用

5．1 引言

5．2 分析结果

5．2．1 锆石U-Pb年代学

5．2．2 主、微量元素特征

5．2．3 Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素特征

5．3 对比分析讨论

5．3．1 含铜岩浆岩的结晶年龄

5．3．2 含铜岩浆岩的元素和同位素地球化学特征

5．3．3 对比大别造山带内埃达克(质)岩

5．3．4 铜成矿相关埃达克(质)岩的源区

5．3．5 动力学模型

5．4 小结

第六章 长江下游铜成矿埃达克(质)岩的成因和古太平洋板块的后撤作用

6．1 引言

6．2 分析结果

6．2．1 锆石内部结构和U-Pb年代学

6．2．2 主、微量元素特征

6．2．3 Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素特征

6．3 对比分析讨论

6．3．1 铜(金)成矿相关岩石的形成时代

6．3．2 对比大别造山带内同时期花岗岩

6．3．3 岩浆来源和演化

6．4 长江下游铜-金成矿埃达克(质)岩的岩石成因模型

6．5 小结

第七章 长江下游成矿期后花园巩A型花岗岩和同期基性岩脉的地球化学特征及构造意义

7．1 引言

7．2 分析结果

7．2．1 花园巩花岗岩的锆石年龄和锆石微量元素

7．2．2 全岩主-微量元素特征

7．2．3 全岩Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素特征

7．2．4 锆石Hf同位素特征

7．3 分析讨论

7．3．1 花园巩花岗岩的形成时代和A型花岗岩属性

7．3．2 地壳混染作用?

7．3．3 同时期基性岩的源区特征

7．3．4 花园巩A型花岗岩的岩石学成因

7．4 构造环境的特征

7．5 小结

第八章 结论

参考文献

附录 需进一步深入研究的问题

致谢

在读期间发表的学术论文