本文關鍵詞：滇東北晚二疊世煤型鈮礦床的元素富集成礦機理

  更多相關文章： 煤型鈮礦床 堿性tonsteins 宣威組 峨眉山大火成巖省

【摘要】：在滇東晚二疊世最主要的含煤地層—宣威組的下段(P3x1)發(fā)育了多層由堿性火山灰蝕變的黏土巖,這些黏土巖層中高度富集Nb、Ta、Zr、Hf、REY(鑭系元素rare earth elements和釔yttrium)、Ga、Th和U等稀有金屬元素,在自然伽馬測井曲線上呈現出高度的正異常。這些由火山灰蝕變的黏土巖在西南上二疊統(tǒng)下段發(fā)育廣泛、厚度較大(10米),且其(Nb,Ta)2O5的含量已經超過了風化殼型鈮礦床的工業(yè)開采品位。這一蘊含了巨大稀有金屬資源量的礦化現象在地質成因上不屬于任何一種目前已發(fā)現的鈮礦床類型,屬新型鈮礦床。由于主要發(fā)育在含煤地層中,部分直接產出在煤層中,這種新型鈮為主的多稀有金屬元素礦化現象被定義為“煤型鈮礦床”。但到目前為止關于此煤型鈮礦床的研究還僅限于個別鉆孔點,對該礦床的元素富集成礦機理、模式等還缺乏深入研究。本文在前人研究的基礎上對采自滇東宣威、彝良、羅坎和鎮(zhèn)雄四個地方鉆孔的鉆孔樣進行詳細的巖石學、礦物學和地球化學特征研究,結合峨眉山大火成巖省的最新研究成果,提出了一種關于煤型鈮礦床的富集成礦模式,并討論了研究的火山灰蝕變的黏土巖層與峨眉山地幔柱衰退期巖漿活動的關系,為研究發(fā)生在中晚二疊之交的生物大滅絕事件提供了新的線索。本次研究將Nb含量大于等于150μg/g的樣品統(tǒng)一稱為Nb-Zr-REE-Ga富集的“礦化樣”,那些鈮含量少于150μg/g的樣品稱為“非礦化樣”。本次研究中根據自然伽馬測井曲線上高度正異常的位置進行了針對性采樣。這些樣品大部分已經完全泥質化,大部分是灰色-淺綠色的泥巖,泥質結構,塊狀構造;部分是粉砂巖和細粒的砂巖,其宏觀特征與沉積巖相比沒有明顯的區(qū)別。某些樣品中可以觀察到火山碎屑結構及殘留的火山碎屑物質。而在顯微鏡下發(fā)現了比較明顯的火山碎屑結構(同心環(huán)帶結構的杏仁狀火山碎屑物、放射性的火山球粒和雞骨狀的火山玻璃等在凝灰?guī)r中比較常見的結構)和高溫礦物。薄片下鑒定出了多種高溫礦物例如六方雙錐的β石英副象及鐮刀狀石英顆粒、斜長石碎屑和自形的鋯石、磷灰石、鈉長石等。X射線衍射分析顯示礦化樣與非礦化樣之間的礦物組成上差別不大,主要有黏土礦物(伊利石-蒙脫石混層礦物以下簡稱伊蒙混層、伊利石、高嶺石、磁綠泥石和鮞綠泥石)、石英、銳鈦礦、方解石、赤鐵礦、菱鐵礦、鈉長石、磷鋁鈰礦和黃鐵礦。掃描電鏡下還發(fā)現了鈦鐵礦、重晶石、鋯石、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、含稀土元素的磷酸鹽(磷鋁鈰礦和水磷鈰礦)和碳酸鹽(氟碳鈰礦)等微量礦物。對研究樣品的元素地球化學分析表明所有樣品中的Si O2、Al2O3和Fe2O3的含量相對較高,而Na2O、Mg O、P2O5、K2O和Mn O的含量相對較低。一般來說,礦化樣中高度富集高場強的稀有金屬元素像Nb、Ta、Zr、Hf、REY、Th、U和Ga等;而非礦化樣中則高度富集Sc、V、Cr、Co、Ni和Cu等元素。礦化樣中的部分礦物成分和元素成分能很好的對應起來:一般來說,非礦化樣中的Fe2O3和Ti O2往往比礦化樣較高,而Si O2和K2O的含量則較礦化樣低;而這一現象與礦化樣中含有較多的伊蒙混層,而非礦化樣中含有較多的銳鈦礦和赤鐵礦能很好的對應起來;某些樣品中高度富集Ca O、P2O5和Na2O,與之對應的是這些樣品中存在高含量的方解石、磷灰石和鈉長石。對研究樣品的礦物賦存狀態(tài)、生成次序和地球化學性質的研究表明研究樣品中的礦物和元素主要來自堿性火山灰的輸入和多期次熱液活動,這兩個因素控制了礦化樣中的礦物和元素的分異富集。(1)堿性流紋質火山灰:礦化樣演化自火山灰的最直接證據是在顯微鏡和掃描電鏡都發(fā)現了典型火山碎屑結構和高溫巖漿礦物。雖然大部分研究礦化樣都已經嚴重泥質化,但微觀上的火山碎屑結構,自形高溫礦物(鋯石、β石英副象、磷灰石等)和碎屑狀的火山玻璃和有尖角的石英、斜長石碎屑等礦物在大部分礦化樣中都能觀察到。高溫礦物普遍有裂隙和溶蝕港灣/空洞、呈雞骨狀的火山玻璃和有棱角的礦物則可能是巖漿在爆炸性快速噴發(fā)過程中形成。在滇東廣大區(qū)域內廣泛分布的、礦物和地球化學特征穩(wěn)定的、橫向連續(xù)性很好、同樣以高度自然伽馬曲線正異常為特征的層位只有來自于同一期次的火山活動、大規(guī)模同源的火山灰沉降能解釋。(2)多期次熱液流體:在掃描電鏡和光學顯微鏡下發(fā)現了大量充填在植物細胞腔和高溫原生礦物內部的黏土礦物和石英,及膠態(tài)的、纖維狀的礦物,這些礦物很可能是熱液流體在同生成巖階段侵入巖層并在特定條件下重新組合沉淀形成。膠態(tài)的伊蒙混層、充填在不規(guī)則磁綠泥石內部的高嶺石、充填在銳鈦礦的磁綠泥石等黏土礦物顯示這些黏土礦物是熱液流體侵入礦化層并溶蝕原生礦物,溶液中高濃度的Al3+,Si4+,Fe2+/Fe3+,Na+,K+,Ca2+等離子在熱液中重新組合沉淀的結果。掃描電鏡下的自形的雛菊狀的含稀土礦物水磷鈰礦、微晶集合體磷鋁鈰礦及呈脈狀的含稀土碳酸鹽顯示這些含稀土礦物是成巖作用早期熱液流體中稀土元素離子沉淀形成。礦物生成次序的研究表明這些自生熱液成因的礦物多形成于火山灰原生火山礦物及火山灰直接蝕變的礦物之后,這顯示熱液流體的侵入發(fā)生在火山灰降落在沉積盆地之后。此外,在部分礦化樣中發(fā)現了充填裂隙的方解石脈和黃鐵礦脈,這意味著礦化樣在后生成巖作用階段,也受到了熱液活動的影響。綜合本次研究結果,宣威組底部的礦化樣是同時代的峨眉山大火成巖省地幔柱活動衰退期堿性Nb-Ta-礦化的正長巖巖漿噴出地表并受到同生成巖階段低溫熱液流體溶蝕淋濾的產物。煤型鈮礦床的成礦過程至少分為兩個階段:1)Nb-Ta-礦化的正長巖漿演化為流紋質巖漿:礦化樣與峨眉山Nb-Ta富集的正長巖的球粒隕石標準化的稀土元素分配模式圖相比,可以看到大部分沒受到非礦化樣混染影響的礦化樣的Eu的負異常要比峨眉山Nb-Ta富集的正長巖要明顯得多。這意味著峨眉山大火成巖省的Nb-Ta礦化的正長巖的演化程度是低于礦化樣的原始巖漿的。前人對峨眉山大火成巖省巖漿的研究認為Nb-Ta礦化的正長巖漿在噴出地表的時候同樣會經歷分異結晶作用,進一步演化為分異程度更高的巖石類型。根據礦化樣品出現的極低的δEu及自形的鈉長石、鋯石和石英,我們推測形成煤型鈮礦床的原始巖漿已經演化為流紋巖漿。2)稀有金屬元素在熱液活動階段重新組合沉淀:峨眉山大火成巖省Nb-Ta礦化的堿性流紋質巖漿噴發(fā)出地表后,元素主要以兩種形式賦存:一種是在高溫礦物相,另一種由于噴發(fā)中快速降溫來不及結晶從而賦存在玻璃質中。同生成巖階段熱液活動則會溶解火山灰,分解原生稀有金屬賦存的礦物、釋放稀有金屬離子并重新組合為新的礦物。值得注意是雖然礦化樣中的鋯含量在上千μg/g級別,鈮的含量也可達數百μg/g,但在掃描電鏡下無論是鋯石還是含鈮鈦的氧化物都不是很多,礦化樣中這么高含量的鋯和鈮的賦存狀態(tài)可能以離子形態(tài)被黏土礦物吸附。前人對宣威組底部的研究表明宣威組底部Al2O3/Ti O27的部分是峨眉山大火成巖省頂部酸性火山巖的風化蝕變產物堆積形成的沉積巖。本次對Al2O3/Ti O2比值隨深度變化的趨勢圖的研究發(fā)現滇東宣威組底部Al2O3/Ti O27的樣品其實質就是本次研究的煤型稀有金屬礦化層。由此可推測,宣威組底部實際上是堿性流紋質火山灰蝕變的煤型鈮礦化層夾在高鈦玄武巖的風化蝕變的陸源碎屑巖中。由于煤型鈮礦床的原始巖漿是峨眉山地幔柱消亡期的產物,故研究的礦化層實際上代表了峨眉山大火成巖省酸性凝灰?guī)r。這一結論不同于前人對宣威組底部的認識且強調了與峨眉山地幔柱活動相關的大規(guī)模酸性巖漿噴發(fā)事件。前人在研究~260Ma的晚瓜達盧普期生物大滅絕事件時認為同時期峨眉山地幔柱的活動可能與之有關,也有人認為該次大滅絕事件是由大規(guī)模的酸性火山活動引起的。本次研究確認了峨眉山大火成巖省大規(guī)模酸性火山活動的存在,為晚瓜達盧普期生物滅絕事件提供了一個新的線索。
【關鍵詞】：煤型鈮礦床 堿性tonsteins 宣威組 峨眉山大火成巖省
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P618.79
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 煤型稀有金屬礦床概述13-15
• 1.2 煤型鈮礦床的研究現狀15-21
• 1.2.1 Nb(Ta)-Zr(Hf)-REE-Ga多金屬礦化層的研究現狀15-18
• 1.2.2 堿性tonstein研究現狀18-20
• 1.2.3 煤型鈮礦床研究展望20-21
• 1.3 研究區(qū)概況21-23
• 1.3.1 峨眉山大火成巖省控制滇東地區(qū)含煤地層的演化21-22
• 1.3.2 滇東上二疊統(tǒng)與峨眉山大火成巖省的關系22-23
• 1.4 研究內容、技術路線、主要工作量23-25
• 1.4.1 研究內容23
• 1.4.2 研究方法23-24
• 1.4.3 主要工作量24
• 1.4.4 技術路線24-25
• 1.5 本章小結25-27
• 第二章 地質背景27-37
• 2.1 區(qū)域地質演化27-28
• 2.2 峨眉山大火成巖省28-33
• 2.2.1 峨眉山地幔柱活動的時間和分帶29-31
• 2.2.2 峨眉山大火成巖省的巖石類型31-32
• 2.2.3 峨眉山大火成巖省成礦作用32-33
• 2.3 研究層位地層單元33-35
• 2.4 本章小結35-37
• 第三章 研究樣品及其巖石學特征37-49
• 3.1 樣品采集37
• 3.2 研究樣品的巖石學特征37-48
• 3.3 本章小結48-49
• 第四章 煤型鈮礦床的礦物學特征49-83
• 4.1 礦物學研究方法49-50
• 4.2 煤型鈮礦床中的礦物質50-57
• 4.2.1 煤型鈮礦床中的黏土礦物52-57
• 4.3 煤型鈮礦床中礦物質含量及其縱向剖面上的變化57-67
• 4.4 煤型鈮礦床中礦物的賦存狀態(tài)67-77
• 4.4.1 黏土礦物67-70
• 4.4.2 石英70-72
• 4.4.3 鈦的氧化物和鋯石72-74
• 4.4.4 菱鐵礦和方解石74
• 4.4.5 磷灰石和鈉長石74-75
• 4.4.6 黃鐵礦和赤鐵礦75-77
• 4.4.7 含稀土礦物77
• 4.4.8 方鉛礦、重晶石、黃銅礦和閃鋅礦77
• 4.5 礦物生成次序77-80
• 4.6 本章小結80-83
• 第五章 煤型鈮礦床的元素地球化學特征83-115
• 5.1 元素地球化學特征的研究方法83-84
• 5.2 煤型鈮礦床中的常量元素特征84-99
• 5.2.1 研究樣品中常量元素氧化物的含量及剖面變化規(guī)律84-90
• 5.2.2 常量元素與煤型鈮礦床中礦物組成的關系90-99
• 5.3 微量元素地球化學特征99-113
• 5.3.1 微量元素含量及其隨深度變化規(guī)律99-110
• 5.3.2 稀土元素地球化學特征110-113
• 5.4 本章小結113-115
• 第六章 煤型鈮礦床中稀有金屬元素富集成礦模式115-135
• 6.1 煤型鈮礦床的經濟價值115-124
• 6.2 控制礦化樣中礦物和地球化學特征的地質因素124-127
• 6.2.1 空降火山灰124-125
• 6.2.2 多期次熱液流體125-127
• 6.3 煤型鈮礦床的成礦模式127-134
• 6.3.1 火山灰原始巖漿的時代、來源分析127-132
• 6.3.2 低溫熱液流體的性質與來源132
• 6.3.3 煤型鈮礦床的成礦模式132-134
• 6.4 本章小結134-135
• 第七章 宣威組下段的重新解釋及對峨眉山大火成巖省酸性凝灰?guī)r的啟示135-143
• 7.1 宣威組成因的新觀點136-138
• 7.2 朝天中晚二疊世界線黏土成因的新觀點138
• 7.3 煤型鈮礦床對峨眉山大火成巖省酸性凝灰?guī)r的啟示138-141
• 7.4 對中晚二疊世之交生物大滅絕事件的啟示141-142
• 7.5 本章小結142-143
• 第八章 結論與展望143-147
• 參考文獻147-163
• 致謝163-165
• 作者簡介165-167
• 附表167-202

，

本文編號：802429