地幔柱是地球各圈層進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的一種重要形式,不僅形成規(guī)模巨大的大火成巖省,也形成眾多與鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體伴生的具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床類型。瓦吉里塔格和皮羌鎂鐵-超鎂鐵層狀巖體及賦存的釩鈦磁鐵礦礦床位于中國西北部的塔里木大火成巖省。具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鐵鈦氧化物礦層主要賦存于瓦吉里塔格巖體的上部和皮羌巖體的中部。對于這兩個(gè)巖體中磁鐵礦的富集機(jī)制尚無深入研究。本論文在詳細(xì)的SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)、單礦物原位主量和微量元素、全巖鉑族元素和Sr-Nd-Os同位素分析的基礎(chǔ)上,對層狀巖體的成因和磁鐵礦的富集機(jī)制進(jìn)行了深入研究,并探討了時(shí)空上緊密聯(lián)系的長英質(zhì)巖體與層狀巖體的成因聯(lián)系。本文主要取得以下主要結(jié)論:(1)瓦吉里塔格和皮羌層狀巖體中主要造巖礦物為橄欖石、單斜輝石和斜長石。橄欖石Fo值介于76~78,暗示其母巖漿為高度分異的玄武質(zhì)巖漿。單斜輝石中發(fā)育鐵鈦氧化物出溶結(jié)構(gòu),指示母巖漿的成分是富鐵鈦的。利用實(shí)驗(yàn)測得的Mg-Fe交換常數(shù)和單斜輝石/熔體微量元素分配系數(shù)計(jì)算了與單斜輝石平衡的熔體成分;在瓦吉里塔格巖體含礦巖性單元中與單斜輝石平衡的熔體成分相比皮羌巖體,具有較高的Ti O2、Mg O/Fe O比值和更演化的微量元素配分型式。對兩個(gè)巖體估算的熔體的微量元素組成分別與巴楚和皮羌鎂鐵質(zhì)巖墻的全巖微量元素組成非常類似。(2)瓦吉里塔格巖體的εNd(t)值為+1.0~+3.9,皮羌巖體εNd(t)值為-3.1~+1.0,均高于塔里木玄武巖的εNd(t)值范圍。其微量元素特征與洋島玄武巖(OIB)相似,暗示其來源于一個(gè)富集的軟流圈地幔源區(qū)。同時(shí)瓦吉里塔格巖體與鄰近的小海子巖體中地殼混染程度最低的樣品的γOs(t)在14~23之間,也與典型OIB類似。皮羌巖體相對富集的Sr-Nd-Os同位素特征表明其在成巖過程中遭受強(qiáng)烈的地殼混染(~15-25%),而陸殼混染在瓦吉里塔格巖體成巖過程中影響不大(10%)。(3)塔里木大火成巖省中的小海子、瓦吉里塔格和皮羌巖體都虧損PGE(0.4 ppb Os,0.7 ppb Ir,1 ppb Ru,0.2 ppb Rh,5 ppb Pt,8 ppb Pd),所有樣品均具有高于原始地幔的Cu/Pd比值(1.9×104~5.1×106),但單個(gè)巖體Cu/Pd比值相對恒定,暗示硫化物殘留在地幔源區(qū)。低程度地幔部分熔融(10%)形成硫化物飽和的母巖漿。巖石的IPGE與PPGE表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,說明巖石中Cu及PGE主要受到硫化物的控制。晚期磁鐵礦結(jié)晶和硫化物熔離可能是同時(shí)發(fā)生的。(4)瓦吉里塔格巖體中磁鐵礦有兩種主要產(chǎn)出形式,被橄欖石或單斜輝石包裹的磁鐵礦通常具較高的Cr含量,而粒間相的磁鐵礦的Cr含量相對較低。皮羌巖體中的磁鐵礦(磁鐵礦包體和粒間相磁鐵礦)具有與瓦吉里塔格貧Cr磁鐵礦相似的特征,其巖漿演化與成礦過程類似。我們認(rèn)為,瓦吉里塔格和皮羌巖體磁鐵礦礦石形成的原因是,原始巖漿在深部巖漿房經(jīng)歷不同程度的早期鎂鐵質(zhì)礦物分離結(jié)晶,形成富鐵鈦的玄武質(zhì)巖漿,在淺部巖漿房中,持續(xù)的分離結(jié)晶作用使得磁鐵礦達(dá)到飽和成為液相線礦物,晶粥層內(nèi)粒間不混熔作用導(dǎo)致塊狀礦石的形成。(5)瓦吉里塔格正長巖巖體與層狀巖體在空間上緊密伴生。SHRIMP鋯石U-Pb年齡表明瓦吉里塔格層狀巖體形成于282±4 Ma,瓦吉里塔格正長巖巖體形成于278±3 Ma,兩者近乎同時(shí)侵位。正長巖巖體和層狀巖體中的單斜輝石的Y/Zr和Nd/Zr比值構(gòu)成一條相關(guān)性很好的趨勢線,說明二者可能由同一母巖漿分異形成。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P618.2

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本文編號：2814740