【摘要】：中生代是華北克拉通周緣廣泛發(fā)育的金礦爆發(fā)式成礦作用時期,相應也形成了一系列伸展構(gòu)造、大規(guī)模多期次巖漿作用和顯著的巖石圈減薄。以往關(guān)于大規(guī)模金成礦作用時代的認識主要為早白堊世,并將其形成過程與巖石圈減薄相聯(lián)系。然而,華北北緣中生代金成礦作用的時代不僅限于早白堊世,且金礦形成與中生代不同期次巖漿作用的聯(lián)系及其形成的深部動力學背景仍然存在爭議。本文選取冀東—遼西金礦集中區(qū)為切入點,對區(qū)內(nèi)三疊紀—侏羅紀大石柱子雜巖、柏杖子花崗巖和煌斑巖脈開展了詳細的巖石學、地球化學、鋯石U Pb年代學和Hf同位素組成研究,探討了中生代巖漿作用的成因、巖漿記錄的殼幔相互作用信息及其對中生代華北北緣巖石圈演化的制約;對區(qū)內(nèi)柏杖子、牛心山和峪耳崖等典型侏羅紀金礦開展了成礦流體和成礦物質(zhì)來源研究,構(gòu)建了冀東—遼西地區(qū)Pb同位素增長模型,探討了華北北緣不同期次金成礦與巖漿作用的時空耦合和來源之間的內(nèi)在成因聯(lián)系。大石柱子雜巖主要由花崗巖和花崗閃長巖組成。其中花崗巖內(nèi)巖漿鋯石U Pb年齡為226±3 Ma,形成于晚三疊世。巖石屬于準鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖石系列,具有顯著的高Na2O(4.5 4.9 wt.%)、Sr(≥458 ppm)、低Y(≤8.3 ppm)和高Sr/Y(65 126)、(La/Yb)N比值(35 48)等埃達克質(zhì)巖石的地球化學特征,同時富集大離子親石元素K、Rb、Sr、Ba、U和輕稀土元素,虧損高場強元素Nb、Ta、Ti、P和重稀土元素。其全巖初始87Sr/86Sr和εNd(t)值分別介于0.70416 0.70449、-11.0~-9.1;鋯石εHf(t)值介于-12.2~-1.4。上述特征表明大石柱子花崗巖來源于33 40 km深度范圍內(nèi)鎂鐵質(zhì)下地殼物質(zhì)的熔融,且下地殼源區(qū)包括古老地殼物質(zhì)和富集巖石圈地幔來源的新生地殼物質(zhì)。柏杖子花崗巖中巖漿鋯石U Pb年齡為233±3 Ma,形成于晚三疊世。巖石屬于準鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性—鉀玄質(zhì)巖石系列,具有低MgO(0.58 0.77 wt.%)、Mg#、Co(2.9 3.7 ppm)、Ni(0.9 2.9 ppm)、Cr(12.5 15.8ppm)含量和高Sr/Y比值(40 51),同時富集大離子親石元素和輕稀土元素,虧損高場強元素。其全巖初始87Sr/86Sr和εNd(t)值分別介于0.70445 0.70524、-7.3~-1.7;鋯石εHf(t)值介于-13.4~-5.9。綜合分析認為,柏杖子花崗巖來源于受改造的下地殼物質(zhì)熔融,所形成的熔體經(jīng)歷了一定程度的斜長石分離結(jié)晶。上述大石柱子花崗巖和柏杖子花崗巖的形成可能與蒙古增生地體與華北克拉通碰撞造山后的伸展過程相關(guān),伸展過程中玄武巖底侵導致幔源組分的加入對華北北緣下地殼形成改造,同時提供熱源誘發(fā)下地殼物質(zhì)熔融形成三疊紀巖漿巖。巖石高Sr/Y、低Y以及Nb Ta和Ti的虧損都是繼承了華北克拉通下地殼的源區(qū)屬性。煌斑巖脈巖性主要為云煌巖和云斜煌巖,其巖漿鋯石U Pb年齡為167±8 Ma,形成于中侏羅世。巖石屬于鉀玄質(zhì)巖石系列,具有寬泛的SiO_2含量范圍(48.5 56.4wt.%)、中等—低Na2O(1.3 3.9 wt.%)和高全堿(K2O+Na2O=5.2 8.4 wt.%)含量,根據(jù)煌斑巖脈MgO和Al2O3含量可以將其分為兩組:GP1組煌斑巖脈具有高Al2O3(12.4 14.1 wt.%)、相對低Fe2O3(5.3 8.0 wt.%)和MgO(5.7 9.7 wt.%)、Mg#(62 71),同時顯示相對低相容元素、高稀土元素含量(546 880 ppm)以及類似MORB的Th/U(3.3 3.8)、Ba/Th(53 180)和Ce/Pb比值(11.7 27.3)特征,且其Sr Nd同位素組成變化范圍大(初始87Sr/86Sr=0.70569 0.70629;εNd(t)=-8.5~-0.1)。GP2組煌斑巖脈具有低Al2O3(11.7 12.4 wt.%)、相對高Fe2O3(7.4 8.0 wt.%)和MgO(11.7 13.7 wt.%)、Mg#(76 77),同時具有顯著的高相容元素Co(360 470ppm)、Cr(563 712 ppm)和低稀土元素含量(189 291 ppm),并顯示富集的Sr Nd同位素組成(初始87Sr/86Sr=0.70618 0.70800;εNd(t)=-10.7~-7.4)。綜合分析認為,GP1組煌斑巖脈來源于相對飽滿的巖石圈地幔(石榴石相角閃石二輝橄欖巖),熔體形成前經(jīng)歷了不同程度軟流圈地幔熔體與巖石圈地幔橄欖巖的反應;GP2組煌斑巖脈則來源于古老的巖石圈地幔,源區(qū)成分為石榴石相金云母/角閃石二輝橄欖巖。結(jié)合對大石柱子花崗巖和柏杖子花崗巖的成因認識,認為在中侏羅世以前的早中生代時期,華北克拉通北緣東部巖石圈地幔的減薄主要是由熔體與橄欖巖反應和熱—機械侵蝕機制造成的。與此同時,通過與軟流圈地幔來源熔體的反應,巖石圈地幔底部橄欖巖的化學組成也發(fā)生了改變。冀東—遼西地區(qū)分布了大量著名的金礦床,如金廠峪、峪耳崖、柏杖子、牛心山金礦等。區(qū)內(nèi)主要的金礦床產(chǎn)出于EW向密云—喜峰口深斷裂和NE NNE向喜峰口—凌源斷裂帶之中以及相鄰地區(qū),金礦主要圍繞都山—大石柱子雜巖體呈衛(wèi)星狀分布,與中生代堿性—鈣堿性巖體空間關(guān)系密切。礦體包括石英脈型和蝕變巖型兩類,主要受斷裂構(gòu)造與巖漿巖形態(tài)特征控制。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造;礦石結(jié)構(gòu)以自形—半自形粒狀、它形粒狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、充填結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等為主。各金礦區(qū)均產(chǎn)出黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、碲鉍礦、銀金礦和自然金等金屬礦物。圍巖蝕變主要為硅化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化和碳酸鹽化等。可以將熱液成礦期劃分為3個成礦階段:石英—黃鐵礦、石英—多金屬硫化物和碳酸鹽階段,其中石英—多金屬硫化物階段為最重要的成礦階段。柏杖子金礦石英包裹體均一溫度為300℃ 380℃,鹽度為~5.3 wt.%NaCl,δ~(18)O和δD值分別為0.3~4.1‰、-94.0~-90.7‰;牛心山金礦石英包裹體均一溫度為260℃ 360℃(峰值280℃ 320℃),鹽度3 11 wt.%NaCl,δ~(18)O和δD值分別為-2.6~6.2‰、-80.7~-63.1‰;峪耳崖金礦石英包裹體均一溫度為259℃ 390℃(峰值280℃ 330℃),鹽度2.1 4.5 wt.%NaCl,δ~(18)O和δD值分別為4.6~7.6‰、-90.4~-72.1‰,δ13C值為-7.9~-3.8‰;金廠峪金礦石英包裹體均一溫度為256℃ 370℃,鹽度3.0 12.5 wt.%NaCl,δ~(18)O和δD值分別為-0.9~8.3‰、-97.0~-50.0‰,石英包裹體和鐵白云石δ13C值分別為-8.4~-2.3‰、-7.6~-5.4‰。綜合上述特征,認為金成礦流體主要來源于巖漿熱液,并有少量古大氣降水的混入。柏杖子金礦硫化物δ34S值主要為-1.5~6.3‰(平均3.8±4.6‰),黃鐵礦Co含量和Co/Ni比值分別為0.02 0.09%、0.9 16.7;牛心山金礦硫化物δ34S值主要為3.1~6.3‰(平均4.7±1.1‰),黃鐵礦Co含量和Co/Ni比值分別為0.08 0.25%、0.5 3.2;峪耳崖金礦硫化物δ34S值主要為1.0~3.7‰(平均2.6±0.7‰),黃鐵礦Co含量和Co/Ni比值分別為0.04 0.31%、0.6 8.3;金廠峪金礦δ34S值主要為-4.9~2.5‰(平均-1.9±2.4‰)。上述特征表明金礦硫源為巖漿硫,黃鐵礦主要為巖漿熱液成因。根據(jù)華北克拉通地質(zhì)演化歷史之中3次重要地質(zhì)事件將冀東—遼西地區(qū)Pb同位素增長模型分為兩個演化階段。3次地質(zhì)事件分別為2.9 2.7 Ga大陸地殼增長和殼幔分異、~1.85 Ga華北東部和西部陸塊的拼合、中生代大規(guī)模巖漿活動和金成礦作用。Pb同位素增長模型表明華北北緣三疊紀巖漿巖具有顯著的富集巖石圈地幔物質(zhì)的貢獻,侏羅紀巖漿巖則以下地殼源區(qū)為特征,早白堊世巖漿巖源區(qū)殼幔相互作用具有重要意義。冀東—遼西地區(qū)金礦成礦物質(zhì)主要來源于下地殼,此外殼幔相互作用對柏杖子金礦成因有重要意義;而赤峰—朝陽地區(qū)金礦成礦物質(zhì)主要來源于巖石圈地�；驓めＯ嗷プ饔眠^程。綜合巖漿活動和金成礦的時空關(guān)系、地球化學特征,認為三疊紀成巖和成礦作用主要形成于蒙古增生地體與華北克拉通碰撞造山后的伸展過程構(gòu)造背景;侏羅紀成巖和成礦作用來源高度耦合,所構(gòu)成的近EW向巖漿巖和成礦帶形成于古太平洋板塊(Izanagi板塊)向東亞大陸正向俯沖的構(gòu)造背景;早白堊世成巖和成礦作用也具有一致的來源,所構(gòu)成的NE向巖漿巖和成礦帶形成于大平洋板塊西向俯沖于東亞大陸之下的構(gòu)造背景。
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【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P618.51
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本文編號：2272590