發(fā)布時間：2017-07-13 22:08

  本文關(guān)鍵詞：新疆坡北二疊紀(jì)鎂鐵質(zhì)巖漿作用與成礦作用過程：巖石地球化學(xué)、流體化學(xué)組成與C-He-Ar同位素制約

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【摘要】：大規(guī)模的鎂鐵質(zhì)巖漿作用形成了大型層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體,是鎳、銅和鉑族元素硫化物礦床形成的重要機制。塔里木克拉通東北緣的北山地區(qū)分布著坡北、紅石山和漩渦嶺等眾多鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體,是我國大型鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體之一,其巖漿作用及硫飽和過程缺乏流體組成制約,相關(guān)流體組成與巖石地球化學(xué)相結(jié)合可制約巖漿形成演化、成礦作用及動力學(xué)背景。本論文對坡北含銅鎳硫化物礦床鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體開展了巖石地球化學(xué)、流體化學(xué)組成、碳同位素及稀有氣體同位素組成研究,揭示了巖漿作用的源區(qū)特征、母巖漿組成、巖漿演化流體條件和硫飽和機制,探討巖漿成礦作用的深部動力學(xué)背景,取得了如下主要認(rèn)識:1.確認(rèn)坡北鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體具有地幔巖漿就地結(jié)晶演化的巖石地球化學(xué)特征:不同類型巖石主要氧化物含量與MgO含量具巖漿就地結(jié)晶分異系統(tǒng)變化的特征,巖石成分的變化主要受控于鉻尖晶石、橄欖石、輝石和斜長石等巖漿礦物組成的變化。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線較為相似,Rb、Th等大離子親石元素富集,Nb、Ta、Ti、Zr和Hf等高場強元素虧損。稀土元素分餾較弱,具有LREE平坦型-輕度富集型配分型式,部分輝長巖樣品具Sr和Eu負(fù)異常。2.確定了巖漿演化流體化學(xué)組成及變化特征:分步加熱過程中巖漿礦物流體揮發(fā)份在200-400°C、400-700°C和700-1200°C溫度段釋出,流體總量較低,平均為3695.98 mm3/g,化學(xué)組成以H2O為主(平均55 mol.%),其次為H2(25%)和CO2(13%)。400-1200°C釋出流體組分可代表巖漿過程的流體介質(zhì),巖漿結(jié)晶早期階段形成的橄欖石中的流體含量為4709.2 mm3/g,以H2O(4114.7)為主,其次為CO2(323.7)、H2(150.7)和H2S(39.5)。結(jié)晶分異階段輝石中的流體含量平均為2716.6 mm3/g,以H2O(1653.0)為主,其次為H2(468.0)、CO2(412.3)、CO(97.7)和H2S(35.4)。巖漿晚期階段斜長石流體含量平均為1420.0 mm3/g,以H2O(825.6)為主,其次為CO2(480.6)、H2(62.5)和H2S(16.0)。較高的H2含量表明巖漿演化于相對還原的環(huán)境,演化過程中流體揮發(fā)份不斷逸出、含量隨之降低。3.確定巖漿揮發(fā)份的碳同位素組成特征,為幔源流體揮發(fā)份混入地殼組分和沉積來源流體組分:不同類型巖石中輝石的CO2碳同位素組成介于-4.00~-33.56‰之間;CH4碳同位素組成為-10.39~-29.14‰,位于地幔、地殼及有機質(zhì)熱成因組分的范圍內(nèi)。大多數(shù)樣品CH4同系物的碳同位素組成隨碳數(shù)具有正序分布特征,部分樣品出現(xiàn)反序分布特征。碳同位素組成表明巖漿流體揮發(fā)份來源于地幔源區(qū),其中混入了地殼組分和沉積有機質(zhì)熱裂解來源組分,混染殼源組分可能來源于巖漿源區(qū)的板塊俯沖沉積有機質(zhì)或巖漿房中圍巖的混染。4.坡北雜巖體稀有氣體同位素組成顯示巖漿起源于深部地幔,可能存在地幔柱的貢獻(xiàn):巖漿礦物中3He/4He比值介于1.23-6.15Ra之間(1Ra=1.399×10-6),平均為2.90 Ra,40Ar/36Ar比值位于326.42-1004.30之間,平均為535.29,3He/4He與40Ar/36Ar比值位于大氣組分和地幔柱端元之間,表明坡北巖體巖漿起源的源區(qū)較深,可能有地幔柱的貢獻(xiàn)。5.坡北雜巖體母巖漿為地幔高程度部分熔融形成的高鎂巖漿,存在巖石圈地幔、地殼及圍巖沉積物的混染:采用最新的巖石化學(xué)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)最高Fo值、通過橄欖石-熔體平衡原理估算母巖漿為高鎂的苦橄質(zhì)巖漿,為高程度部分熔融作用的產(chǎn)物。(Th/Nb)PM與(Th/Yb)PM和(La/Gd)PM相關(guān)圖揭示巖漿源區(qū)存在N-MORB相似的虧損地幔組分,Th/Yb與Nb/Yb比值表明可能經(jīng)歷了俯沖流體的改造。(Th/Nb)PM、(Th/Sm)PM與SiO2含量弱的正相關(guān)關(guān)系揭示存在一定程度的同化混染分離結(jié)晶作用,約5-25%的上地殼物質(zhì)的混染,烷烴氣體碳同位素配分模式表明可能為圍巖沉積物的混染。6.探討了坡北鎂鐵質(zhì)巖漿演化中硫飽和過程及銅鎳鉑族硫化物礦床成礦作用:坡北層狀巖體從深部(2400m)到地表,δ13CCO2逐漸變輕,δ13CCH4逐漸變重,CO2和H2S的含量增加。在巖漿房演化過程中存在外來富硫和碳流體的加入,如781米深處巖石具有最高的H2、H2O和H2S含量。H2S含量與CO2和H2含量呈弱的正相關(guān)關(guān)系,表明H2O、CO2和H2含量增加有助于硫化物的熔離,地殼混染和富H2O和CO2流體的加入是硫飽和、巖漿礦床形成的關(guān)鍵控制因素。7.揭示坡北鎂鐵一超鎂鐵雜巖體的形成可能存在地幔柱的貢獻(xiàn):坡北雜巖體巖漿源區(qū)由深部地幔物質(zhì)和受俯沖流體交代的巖石圈地幔物質(zhì)組成,母巖漿具高的MgO含量,巖漿結(jié)晶溫度高,表明地幔源區(qū)在較高溫度下高程度的部分熔融形成苦橄質(zhì)巖漿,與地幔柱有關(guān)的典型苦橄巖的母巖漿成分較為一致;He-Ar同位素揭示巖體形成過程中地幔柱的存在,可能是二疊紀(jì)塔里木地幔柱活動的產(chǎn)物之一。
【關(guān)鍵詞】：成礦作用 稀有氣體同位素 流體組成 銅鎳硫化物礦床 坡北鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P611;P588.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-11
• 第一章 前言11-22
• 第一節(jié) 層狀雜巖體的研究意義13-15
• 第二節(jié) 坡北鎂鐵質(zhì)層狀雜巖體研究現(xiàn)狀15-19
• 第三節(jié) 科學(xué)問題、研究內(nèi)容及主要工作量19-22
• 一、科學(xué)問題19
• 二、研究思路與研究方法19-20
• 三、研究內(nèi)容與完成的主要工作量20-22
• 第二章 地質(zhì)背景22-31
• 第一節(jié) 大地構(gòu)造背景與區(qū)域地層22-25
• 第二節(jié) 巖漿活動25-28
• 一、北山地區(qū)巖漿活動26-27
• 二、中亞造山帶晚古生代巖漿活動27
• 三、塔里木二疊紀(jì)地幔柱巖漿活動27-28
• 第三節(jié) 巖漿礦床成礦作用28-31
• 第三章 樣品及實驗方法31-38
• 第一節(jié) 樣品及樣品處理31-35
• 一、樣品31-34
• 二、樣品處理34-35
• 第二節(jié) 實驗方法35-38
• 一、全巖地球化學(xué)35
• 二、流體化學(xué)組成35-36
• 三、C-He-Ar 同位素組成分析36-38
• 第四章 巖石地球化學(xué)特征38-46
• 第一節(jié) 主量元素38-42
• 第二節(jié) 微量元素42-46
• 第五章 流體揮發(fā)份化學(xué)組成特征46-58
• 第一節(jié) 流體揮發(fā)份的含量及釋氣特征46-52
• 第二節(jié) 流體揮發(fā)份化學(xué)組成52-58
• 第六章 同位素地球化學(xué)58-65
• 第一節(jié) 流體揮發(fā)分碳同位素58-61
• 第二節(jié) 稀有氣體同位素組成61-65
• 第七章 巖漿起源65-73
• 第一節(jié) 母巖漿的源區(qū)65-66
• 第二節(jié) 母巖漿的組成66-68
• 第三節(jié) 母巖漿流體組成與氧化還原性質(zhì)68-73
• 第八章 巖漿演化及硫化物熔離控制因素73-84
• 第一節(jié) 巖漿演化73-78
• 第二節(jié) 硫飽和及硫化物控制因素78-84
• 第九章 北山雜巖體動力學(xué)背景84-91
• 第一節(jié) 北山雜巖體的形成時代約束84-85
• 第二節(jié) 北山雜巖體形成環(huán)境的巖石地球化學(xué)制約85-89
• 第三節(jié) 坡北雜巖體形成的地球動力學(xué)背景89-91
• 第十章 結(jié)論91-93
• 參考文獻(xiàn)93-110
• 在讀期間的研究成果110-112
• 致謝112

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本文編號：538550