【摘要】：賀蘭山北段位于陰山地塊與鄂爾多斯地塊陸-陸碰撞縫合帶(即孔茲巖帶)西段,西鄰阿拉善地塊,緊鄰華北克拉通西北緣金及多金屬成礦帶,為寧夏回族自治區(qū)確定的重點(diǎn)金及多金屬成礦區(qū)帶之一。研究區(qū)產(chǎn)有牛頭溝-梁根和樹龍溝等多個(gè)金礦床(點(diǎn)),出露大量的花崗巖和基性脈,和少量超基性巖。本文以賀蘭山北段典型金礦床和不同巖漿巖為研究對象,在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,通過高精度年代學(xué)對賀蘭山北段不同期次成巖事件進(jìn)行厘定,結(jié)合巖石地球化學(xué)組成、全巖Sr-Nd同位素和鋯石Lu-Hf同位素對其源區(qū)性質(zhì)、成礦過程和構(gòu)造背景進(jìn)行探討。通過對典型金礦床地質(zhì)特征、流體包裹體和H-O-S-Pb同位素組成研究,對其成礦流體性質(zhì)和成礦物質(zhì)來源進(jìn)行研究,構(gòu)建賀蘭山北段金成礦模式,并將其與華北克拉通西北緣典型礦床進(jìn)行對比研究。取得的主要認(rèn)識如下:(1)牛頭溝-梁根礦區(qū)金礦化類型主要為構(gòu)造破碎帶蝕變巖型和石英脈型兩種,后者可進(jìn)一步細(xì)分為低緩石英脈型和陡窄石英脈型2個(gè)亞類;樹龍溝金礦區(qū)礦化類型則以蝕變巖型為主,部分為石英脈型。兩礦區(qū)所有礦體均賦存在古元古界賀蘭山群變質(zhì)雜巖和混合花崗巖內(nèi),但牛頭溝-梁根礦區(qū)礦體的空間展布受斷裂控制明顯,主要受北北西-北北東走向主干斷裂F1及其上盤次級斷裂體系控制;而樹龍溝金礦區(qū)礦體與構(gòu)造關(guān)系則不明顯。綜合前人研究成果,本文重點(diǎn)對牛頭溝-梁根金礦床破碎帶蝕變巖型、低緩石英脈型和陡窄石英脈型等3種礦化類型成礦流體性質(zhì)和成礦物質(zhì)來源進(jìn)行研究。結(jié)果表明,破碎帶蝕變巖型石英流體包裹體以純液相水溶液包裹體為主,而低緩石英脈型和陡窄石英脈型則以氣液兩相水溶液包裹體為主,不同礦化類型成礦流體均為中低溫(160~210°C)、中低鹽度(6~12 wt.%Na Cl eqv.)的H_2O-Na Cl流體。破碎帶蝕變巖型和陡窄石英脈型δD_(H2O)組成相近,分別為-75.2~-89.3‰和-87.0~-93.8‰,而低緩石英脈型則具有較高的δD_(H2O)值(-45.7~-67.7‰);包裹體δ~(18)O_(H2O)值則由破碎帶蝕變巖型(3.7~4.4‰)、低緩石英脈型(1.9~3.3‰)至陡窄石英脈型(0.5~0.9‰)依次降低。破碎帶蝕變巖型和陡窄石英脈型δ~(34)S組成均為正值,分別為1.3~6.9‰和2.2~5.8‰,而低緩石英脈型則具有較低的δ~(34)S值(-5.1~-2.6‰)。低緩石英脈型礦體具有明顯不同的δD_(H2O)和δ~(34)S組成,可能與含礦斷裂性質(zhì)及其距離導(dǎo)礦構(gòu)造F1斷裂較遠(yuǎn)等因素所共同導(dǎo)致的成礦流體氧逸度升高有關(guān)。3種礦化類型對應(yīng)的礦石均表現(xiàn)出明顯富集Th放射成因鉛的特點(diǎn),~(206)Pb/~(204)Pb(16.467~17.994)和~(207)Pb/~(204)Pb(15.382~15.582)組成相對均一,而~(208)Pb/~(204)Pb變化較大(37.413~42.345)�？傮w上,石英流體包裹體H-O同位素表明成礦流體均為巖漿水和大氣降水形成的混合流體,其大氣降水比例自破碎帶蝕變巖型、低緩石英脈型至陡窄石英脈型依次升高;礦石S-Pb同位素指示成礦物質(zhì)為深部巖漿和具有高Th/U比的基底圍巖雙重來源。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造-巖漿演化,本文將研究區(qū)金礦床成礦過程概括為前寒武基底形成階段、晚古生代裂陷盆地形成階段、中晚侏羅世區(qū)域擠壓推覆階段和晚侏羅世至早白堊世巖漿熱液活動(dòng)階段等四個(gè)階段。(2)結(jié)合不同巖體侵入穿插關(guān)系,本文選取不同期次代表性花崗巖進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)研究,結(jié)果表明不同花崗巖鋯石均具有典型核邊結(jié)構(gòu),其中核部為巖漿成因,邊部為變質(zhì)成因,具體結(jié)果為:黑云母二長花崗巖成巖年齡為2037±10 Ma(~(207)Pb/~(206)Pb年齡;下同),變質(zhì)年齡為1959±48 Ma;似斑狀二長花崗巖和似斑狀堿性長石花崗巖成巖年齡分別為1951±17 Ma和1953±17Ma,變質(zhì)年齡約為290~300 Ma;似斑狀黑云母花崗巖成巖年齡為1902±22 Ma,變質(zhì)年齡約為1356±57 Ma。為精確限定似斑狀黑云母花崗巖變質(zhì)年齡,本文運(yùn)用SIMS深度分析法,將變質(zhì)年齡進(jìn)一步限定在1317±18Ma,表明賀蘭山北段曾經(jīng)歷了1.32Ga構(gòu)造-熱事件。賀蘭山似斑狀黑云母花崗巖具有較高的Si O_2、Al_2O_3和K_2O,較低的Na_2O和Ca O,表現(xiàn)出過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性至鉀玄質(zhì)的特點(diǎn)�；◢弾r富集LREE和大離子親石元素,虧損HREE和高場強(qiáng)元素,與賀蘭山群地球化學(xué)特征相似。全巖Sm-Nd和鋯石Lu-Hf模式年齡也與賀蘭山群碎屑鋯石Lu-Hf模式年齡分布范圍一致,進(jìn)一步證明兩者之間的成因聯(lián)系。似斑狀黑云母花崗巖鋯石飽和溫度為750~800°C,與賀蘭山群峰期后降壓變質(zhì)作用溫壓條件一致;而且花崗巖明顯的Eu負(fù)異常和高Rb/Ba和Rb/Sr比值,以及HREE含量和(La/Yb)_N比值變化較大,與峰期降壓變質(zhì)階段殘余相存在堿性長石和斜長石,并伴隨黑云母分解和石榴石置換兩個(gè)過程相吻合,表明賀蘭山北段似斑狀黑云母花崗巖應(yīng)為賀蘭山群峰期后降壓變質(zhì)階段部分熔融的產(chǎn)物。另一方面,在物源判別圖解中,賀蘭山北段S型花崗巖與變質(zhì)雜砂巖熔體組成一致,結(jié)合孔茲巖具有較低的Si O_2/Al_2O_3和La/V比值,以及較年輕的碎屑鋯石年齡,表明孔茲巖源巖應(yīng)為成熟度較低的雜砂巖和少量的泥質(zhì)巖,暗示鄂爾多斯地塊北緣應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣。(3)對研究區(qū)出露的中基性-超基性巖進(jìn)行鋯石或斜鋯石U-Pb年齡代學(xué)研究表明,研究區(qū)有兩期基性巖脈,早期輝綠巖侵位年齡為1965±26 Ma,晚期輝綠巖為1867±23 Ma,兩者礦物組成和分布范圍有差異;輝石巖成巖年齡為1905±10 Ma,與似斑狀黑云母花崗巖成巖年齡一致;閃長巖成巖年齡為1786.3±4.3 Ma。輝石巖具有較低的Si O_2、Fe_2O_3~t、Na_2O和K_2O含量,具有較高的Mg O含量,屬鈣堿性系列。輝石巖具有非常高的Cr、Co和Ni含量,富集LREE、Th、U、Pb,虧損HREE和Nb、Ta、Ti等元素,與板片熔體交代的巖石圈地幔地球化學(xué)特征相似;其高Zr/Nb和低Nb/La比值,與島弧巖漿特征相似。輝石巖具有典型堆晶結(jié)構(gòu),高M(jìn)g O和Fe O,較低的Mg~#值,和Mg/Si比值,與大別造山帶內(nèi)殼幔邊界堆晶巖相似。Th、U和Pb等元素的富集,以及均一的Hf同位素組成、年輕的Hf單階段模式年齡,暗示其源區(qū)曾受俯沖流體或熔體的交代。結(jié)合全巖Nd模式年齡(2.10~3.18 Ga)和ε_(tái)(Nd)(t)值(-2.9~3.8),輝石巖應(yīng)為受交代的巖石圈地幔部分熔融,并在殼幔邊界同化混染部分古老地殼形成的堆晶巖。而輝綠巖具有相對較高的Si O_2、Na_2O、K_2O和Fe_2O_3~T含量,較低的Mg O含量,介于鈣堿性和拉斑質(zhì)之間;富集LREE、La和Pb,虧損HREE和Nb、Ta、Zr、Hf等高場強(qiáng)元素,與陸弧玄武巖相似。此外,輝綠巖具有高Zr/Nb和低Nb/La比值,也指示島弧環(huán)境。較高的(Hf/Sm)_(PM)和中低的(Ta/La)_(PM)比值表明輝綠巖很可能為俯沖流體交代的巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物。輝綠巖全巖ε_(tái)(Nd)(t)值(-3.6~2.1)和鋯石εHf(t)值(-5.1~7.1)變化較大,暗示其侵位過程中可能混染部分年輕殼源物質(zhì),并隨后經(jīng)歷了以橄欖石、單斜輝石和斜長石為主要結(jié)晶相的結(jié)晶分異過程。(4)賀蘭山及鄰區(qū)古元古代巖漿活動(dòng)期次可分為2.3~2.0 Ga、1.96~1.94 Ga、1.92~1.90 Ga、1.87~1.84 Ga和1.78Ga等階段,分別對應(yīng)碰撞前、大陸碰撞、陸殼折返、碰撞后和造山后等大陸造山演化階段。在2.3~2.0 Ga期間,古洋殼南向俯沖,引起的巖漿作用主要為中酸性島弧巖漿,鋯石Hf同位素組成揭示其源區(qū)應(yīng)為虧損地幔或新生地殼;在1.96~1.94 Ga期間,古洋殼閉合,陰山地塊與鄂爾多斯地塊發(fā)生陸陸碰撞,期間形成的巖漿作用主要為殼源花崗巖和部分基性脈巖,其中S型花崗巖為幔源巖漿上涌引起孔茲巖部分熔融的產(chǎn)物;在1.92~1.90Ga期間,可能受俯沖板片斷離作用影響,俯沖陸殼折返,該階段巖漿活動(dòng)強(qiáng)度較弱,以S型花崗巖為主,為孔茲巖峰期后降壓變質(zhì)階段產(chǎn)生的熔體;在1.87~1.84 Ga期間,巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈、規(guī)模較大,大量基性脈巖侵位,該階段很可能為造山帶垮塌階段,標(biāo)志著陰山與鄂爾多斯地塊碰撞造山作用的結(jié)束,形成統(tǒng)一的西部陸塊。自大陸碰撞至碰撞后造山帶去根,巖漿作用持續(xù)了約100 Myr,與我國柴北緣(約75 Myr)、大別-蘇魯(約85 Myr)以及歐洲華力西(約85 Myr)造山作用時(shí)限相當(dāng)。隨后,西部陸塊進(jìn)入造山后陸內(nèi)演化階段,經(jīng)歷了中-新元古代多期次裂谷伸展事件。(5)自古生代至中生代,受北部古亞洲洋擴(kuò)展、閉合及隨后的碰撞伸展等構(gòu)造過程影響,華北克拉通西北緣記錄了復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿演化過程,并伴有多期次成礦作用,包括哈達(dá)門溝(386Ma)、朱拉扎嘎(282 Ma)、長山壕(246~256Ma)和賽因?yàn)跆K(249±5 Ma)等金礦床的形成。通過牛頭溝-梁根金礦與哈達(dá)門溝和朱拉扎嘎兩個(gè)區(qū)域典型金礦床的對比研究發(fā)現(xiàn),近來在成礦地質(zhì)特征和成礦物質(zhì)來源等方面有一定的差異,但是三者在賦礦圍巖(均為前寒武基底)、控礦構(gòu)造(基底邊界斷裂發(fā)育,其次級斷裂為重要控礦構(gòu)造)和成礦流體性質(zhì)(以巖漿水為主)等方面相似。結(jié)合不同礦床地質(zhì)特征和礦石同位素組成,本文認(rèn)為前寒武基底在克拉通西北緣金成礦作用過程中扮演著重要作用,一方面因其具有較高的Au背景值,前寒武基底通常作為重要的物源層之一,在金成礦過程中提供部分成礦物質(zhì);另一方面,受早期變質(zhì)作用過程中經(jīng)歷脫水反應(yīng)等因素影響,結(jié)晶基底巖石力學(xué)性質(zhì)偏剛性,受多期構(gòu)造活動(dòng)影響,更容易發(fā)生破裂,為金成礦作用提供理想的導(dǎo)礦或容礦空間。以巖漿熱液為主的成礦流體,表明同期深部巖漿活動(dòng)也對金成礦過程重要貢獻(xiàn)。
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【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P618.51
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本文編號：2311107