【摘要】：鈮作為一種戰(zhàn)略性稀有金屬元素,在現(xiàn)代尖端工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文選取東秦嶺地區(qū)方城富Nb堿性雜巖體為研究對象,通過詳細的巖石學、元素地球化學、鋯石U-Pb年代學、Nd-Pb-Hf同位素及礦物化學等方面的研究,探討該套堿性巖石的成因、構造意義及Nb-Ta富集機制。方城堿性雜巖體主要由硅不飽和的霞石正長巖,硅飽和的黑云母正長巖和霓輝正長巖,以及硅過飽和的石英正長巖和正長花崗巖組成。前三者分別以霞石、黑云母和霓輝石的出現(xiàn)或富集為特征,后兩者分別以石英的出現(xiàn)和富集為特征。方城堿性巖總體為中酸性系列(SiO_2=57~72 wt%),富集大離子親石元素、輕稀土元素和高場強元素(Nb,Ta,Zr,Hf等),顯著虧損Ba、Sr、P、Ti和Eu。從霞石正長巖到正長花崗巖,巖石由富鈉質變?yōu)楦烩涃|,硅含量顯著增加,Al_2O_3和CaO含量降低,表現(xiàn)出巖漿演化程度逐漸增高的特征。方城堿性雜巖的全巖Nd-Pb同位素(εNd(t)=-0.69~-4.87;~(206)Pb/~(204)Pb=16.186~17.760,~(207)Pb/~(204)Pb=15.164~15.524,~(208)Pb/~(204)Pb=23.395~37.612)和鋯石Hf同位素組成與區(qū)內基性巖類特征相似,表明初始巖漿形成于富集巖石圈地幔的部分熔融。各堿性巖類同位素特征總體相近但硅過飽和堿性花崗巖類相對更富集(εNd(t)=-4.50~-4.87;εHf(t)=-4.19~-6.85;~(207)Pb/~(204)Pb=15.164~15.409,~(208)Pb/~(204)Pb=23.395~31.809),暗示它們是同源幔源巖漿演化的產物,但演化后期經(jīng)歷了顯著的地殼混染。富集巖石圈地幔的低程度部分熔融形成了原始堿性巖漿,隨著巖漿演化,霞石等富鈉礦物首先結晶形成霞石正長巖,同時導致殘余熔體越來越富鉀。伴隨后期富硅的殼源物質的混染,殘余富鉀熔體逐步演化形成硅過飽和的堿性花崗巖類,由此形成了方城堿性巖組合。SIMS和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年在各巖石中獲得總體一致的新元古代侵入年齡,分別為石英正長巖(850~867 Ma),正長花崗巖(857 Ma),霓輝正長巖(862 Ma),霞石正長巖(869 Ma)。堿性巖石往往形成于伸展拉張的構造環(huán)境,結合地球化學組成和區(qū)域地質資料,本文認為方城堿性雜巖體形成于后碰撞構造環(huán)境,暗示東秦嶺造山帶新元古代碰撞造山在~869 Ma基本結束并進入持續(xù)后碰撞伸展。由此,方城堿性雜巖體可能代表了東秦嶺地區(qū)Rodinia超大陸解體的前奏。方城堿性巖各巖石均具有較高的Nb含量,但以霞石正長巖為最。全巖Nb含量與F含量表現(xiàn)出明顯的正相關性,表明鹵素F在Nb的富集過程中發(fā)揮了重要作用。富鈮礦物主要為榍石和燒綠石,前者廣泛存在于各巖石類型中,后者僅存在于霞石正長巖和黑云母正長巖中。在正長花崗巖中可見少量鈮鈦鐵礦和黑稀金礦。巖相學和礦物化學特征可以將榍石分為巖漿型和熱液型,其中后者明顯更富集F和Nb(Nb_2O_5高達3.6 wt%)。方城霞石正長巖中的燒綠石主要為熱液成因的,發(fā)育明顯交代結構,受交代區(qū)域相對富Nb(Nb_2O_5=55.3~61.5wt%)和F。結合霞石正長巖中的兩期年代學記錄(869 Ma和440 Ma),本文認為方城堿性雜巖經(jīng)歷了至少兩次Nb富集作用。早期巖漿演化階段(新元古代),貧鈮礦物的結晶分異作用,導致殘余熔體中F和Nb含量的逐漸升高(F有助于提高巖漿中Nb的溶解度),并最終結晶形成高Nb的巖漿榍石。在早古生代(第二階段),秦嶺地區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模的巖漿-熱液活動,在這一造山事件中,方城堿性巖特別是霞石正長巖經(jīng)歷了明顯的熱液改造作用,富Si和F熱液流體沿裂隙交代先前結晶的含鈮礦物并致使其瓦解,殘余流體成分改變,高濃度F引發(fā)Nb活化并遷移沉淀析出熱液型榍石和燒綠石。
【圖文】：

東秦嶺造山帶大地構造簡圖（據(jù)Dongetal.，2011）

圖 2.2 東秦嶺造山帶巖漿巖分布圖（據(jù)馬昌前等，2014，未刊資料）I-米倉山巖區(qū)：1-中子園，2-水磨，3-李家河，4-坪河；II-平利—紫陽巖區(qū)：5-紫陽巖床群，6-嵐皋巖墻群，7-平利、鎮(zhèn)坪巖墻群；III-竹山—竹溪巖區(qū)：8-廟埡，，9-殺熊洞，10-天寶；VI-隨棗-桐柏巖區(qū)：11-關子山，12-松扒，13-黃羊山；V-方城巖區(qū)：14-方城，15-張世英，16-響洪甸；VI-欒川巖區(qū)：17-龍王幢；VIII-嵩縣巖區(qū)：18-磨溝、烏桑溝、狼凹溝、焦溝和龍泉溝）；XI-華陽川巖區(qū)：19-華陽川碳酸巖
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P597;P618.7


本文編號：2611759