金川铜镍硫化物矿床的年龄和成因研究

摘要

Re、Pt和Os为亲铜元素，广泛分布于Cu-Ni硫化物矿石中，因此可以用Re-Os和Pt-Os同位素衰变体系对硫化物矿石直接定年。近年来，由于分析技术的发展和完善，这两种定年技术的应用越来越广泛。本文在杨刚(2005)和前人工作基础上用Re-Os和Pt-Os同位素体系对金川铜镍硫化物矿床进行了定年和成因研究。 在已经建立的比较完善的Re-Os化学分析方法基础上，本文改进了低含量Re的化学分析流程。流程空白能有效地控制在10pg范围之内，对地质样品中ppb量级的Re进行分析，重份分析结果重复性较好。 用Re标准溶液测定出国家地质实验测试中心的Xseries7电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测器的死时间为43ns。由于Re和Ir的对数分馏系数线性相关，可以用Ir对Re进行在线分馏校正。利用配制的Re同位素比值标准溶液检验该方法，大多数校正值对标准值的相对偏差在士0.1％以下。 ICP-MS测量时，Os的分馏系数与中位质量数成正比，探索了用迭代对Os同位素比值进行分馏校正的方法。用已知Os同位素比值的标准溶液对该方法进行检验，结果表明，经校正后，大多数校正值与推荐值的相对偏差在士0.3％以下。 中国甘肃金川铜镍硫化物矿床位于我国华北地台阿拉善地块西南龙首山隆起的基性-超基性岩体中，是我国最大、继加拿大萨德贝里和俄罗斯诺里尔斯克之后的世界第三大硫化镍矿床，Ni和Cu品位超过1.2％wt和0.7％wt的矿石储量超过500百万吨。金川矿床也是我国已探明的最大铂矿床。目前，已经做了大量的年代学研究。但不同方法给出很不一致的年龄，而且同样的Re-Os定年方法也得到了不同的年龄。因此，对金川矿床的成矿时代有必要做进一步的研究，尤其有必要阐明不同矿石Re-Os表面年龄的意义。 本论分析了金川铜镍硫化物矿床的一组浸染状矿石和一组块状矿石的Re、Os含量和Os同位素组成。浸染状矿石和块状矿石分别给出Re-Os表面等时线年龄为1126±96Ma和840±79Ma，表面初始187Os/188Os比值为0.119±0.018和0.242±0.028。块状矿石的表面年龄与前人报导的同类矿石年龄在误差范围内一致，证明了其分析的可靠性。此结果也与前人报导的锆石和斜锆石的U-Pb年龄在误差范围内一致，说明了金川的新元古代成矿时代。而我们的和前人的工作表明，海绵陨铁状矿石和浸染状矿石给出的Re-Os表面年龄有相当大的变化范围，且都比块状矿石的年龄老。本文提出两种模式解释这种现象：在约8亿年前金川矿床形成时地壳混染导致浸染状矿石和海绵陨铁状矿石的Os同位素组成不均一，从而给出偏老的表面年龄；相反，Os同位素在块状矿石中因快速扩散而均一化，因此给出成岩成矿年龄。但是，还不能完全排除两期成岩成矿的可能性，即晚期岩浆活动引起了早期岩浆活动中封闭的Re-Os同位素体系的扰动。目前我们倾向于第一种解释，但后一种可能性还需要检验。 论文还分析了金川热液矿石(全岩)的Re-Os和Pt-Os同位素体系，但等时线线性较差，误差较大，显示了其开放体系行为，难以给出可信的同位素年龄。根据矿石中Os含量、Re/Os比和γos之间的关系，可以判别成矿过程中硫化物富集亲铜元素的过程，金川矿石的亲铜元素行为表明地壳硫很可能是金川矿床硫的重要来源。 块状硫化物矿石的Os含量与铜含量呈负相关性，表明块状矿石元素分配受到单硫化物结晶分异的影响，且在结晶过程中，亲铜元素在单硫化物固溶体与硫化物熔体间达到了分配平衡。而其它种类矿石却呈一定正相关性，表明单硫化物结晶对这些矿石中亲铜元素的分配没有起到关键控制作用。 热液矿石存在两种硫化物，一种继承原来的主矿体的硫化物，Ni/Cu比高、Os含量较高，另一种是在热液过程中形成的，Ni/Cu比低、Os含量较低。与热液矿石是热液叠加的形成机制一致的。而热液流体表现出富Cu而低Os的特点。亲铜元素地球化学行为为Re-Os和Pt-Os表面年龄解释提供了佐证。

目录

摘要

第一章 前言

第二章地质概况

第三章样品处理和分析方法

第四章分析结果

第五章讨论

笫六章结论

参考文献

致谢

研究生期间发表论文目录