發(fā)布時(shí)間：2017-09-06 09:49

  本文關(guān)鍵詞：滇東北晚二疊世煤型鈮礦床的元素富集成礦機(jī)理

  更多相關(guān)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(cè)井曲線上呈現(xiàn)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(jīng)超過(guò)了風(fēng)化殼型鈮礦床的工業(yè)開采品位。這一蘊(yùn)含了巨大稀有金屬資源量的礦化現(xiàn)象在地質(zhì)成因上不屬于任何一種目前已發(fā)現(xiàn)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(chǎn)出在煤層中,這種新型鈮為主的多稀有金屬元素礦化現(xiàn)象被定義為“煤型鈮礦床”。但到目前為止關(guān)于此煤型鈮礦床的研究還僅限于個(gè)別鉆孔點(diǎn),對(duì)該礦床的元素富集成礦機(jī)理、模式等還缺乏深入研究。本文在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)采自滇東宣威、彝良、羅坎和鎮(zhèn)雄四個(gè)地方鉆孔的鉆孔樣進(jìn)行詳細(xì)的巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)特征研究,結(jié)合峨眉山大火成巖省的最新研究成果,提出了一種關(guān)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(dòng)的關(guān)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(jù)自然伽馬測(cè)井曲線上高度正異常的位置進(jìn)行了針對(duì)性采樣。這些樣品大部分已經(jīng)完全泥質(zhì)化,大部分是灰色-淺綠色的泥巖,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;部分是粉砂巖和細(xì)粒的砂巖,其宏觀特征與沉積巖相比沒(méi)有明顯的區(qū)別。某些樣品中可以觀察到火山碎屑結(jié)構(gòu)及殘留的火山碎屑物質(zhì)。而在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了比較明顯的火山碎屑結(jié)構(gòu)(同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu))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(zhǎng)石碎屑和自形的鋯石、磷灰石、鈉長(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)石、磷鋁鈰礦和黃鐵礦。掃描電鏡下還發(fā)現(xiàn)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(duì)研究樣品的元素地球化學(xué)分析表明所有樣品中的Si O2、Al2O3和Fe2O3的含量相對(duì)較高,而Na2O、Mg O、P2O5、K2O和Mn O的含量相對(duì)較低。一般來(lái)說(shuō),礦化樣中高度富集高場(chǎng)強(qiáng)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(duì)應(yīng)起來(lái):一般來(lái)說(shuō),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(xiàn)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(duì)應(yīng)起來(lái);某些樣品中高度富集Ca O、P2O5和Na2O,與之對(duì)應(yīng)的是這些樣品中存在高含量的方解石、磷灰石和鈉長(zhǎng)石。對(duì)研究樣品的礦物賦存狀態(tài)、生成次序和地球化學(xué)性質(zhì)的研究表明研究樣品中的礦物和元素主要來(lái)自堿性火山灰的輸入和多期次熱液活動(dòng),這兩個(gè)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(zhì)火山灰:礦化樣演化自火山灰的最直接證據(jù)是在顯微鏡和掃描電鏡都發(fā)現(xiàn)了典型火山碎屑結(jié)構(gòu)和高溫巖漿礦物。雖然大部分研究礦化樣都已經(jīng)嚴(yán)重泥質(zhì)化,但微觀上的火山碎屑結(jié)構(gòu),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(zhǎng)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(guò)程中形成。在滇東廣大區(qū)域內(nèi)廣泛分布的、礦物和地球化學(xué)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(lái)自于同一期次的火山活動(dòng)、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(xué)顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了大量充填在植物細(xì)胞腔和高溫原生礦物內(nèi)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(nèi)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(jié)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(xiàn)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(dòng)的影響。綜合本次研究結(jié)果,宣威組底部的礦化樣是同時(shí)代的峨眉山大火成巖省地幔柱活動(dòng)衰退期堿性Nb-Ta-礦化的正長(zhǎng)巖巖漿噴出地表并受到同生成巖階段低溫?zé)嵋毫黧w溶蝕淋濾的產(chǎn)物。煤型鈮礦床的成礦過(guò)程至少分為兩個(gè)階段:1)Nb-Ta-礦化的正長(zhǎng)巖漿演化為流紋質(zhì)巖漿:礦化樣與峨眉山Nb-Ta富集的正長(zhǎng)巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素分配模式圖相比,可以看到大部分沒(méi)受到非礦化樣混染影響的礦化樣的Eu的負(fù)異常要比峨眉山Nb-Ta富集的正長(zhǎng)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(zhǎng)巖的演化程度是低于礦化樣的原始巖漿的。前人對(duì)峨眉山大火成巖省巖漿的研究認(rèn)為Nb-Ta礦化的正長(zhǎng)巖漿在噴出地表的時(shí)候同樣會(huì)經(jīng)歷分異結(jié)晶作用,進(jìn)一步演化為分異程度更高的巖石類型。根據(jù)礦化樣品出現(xiàn)的極低的δEu及自形的鈉長(zhǎng)石、鋯石和石英,我們推測(cè)形成煤型鈮礦床的原始巖漿已經(jīng)演化為流紋巖漿。2)稀有金屬元素在熱液活動(dòng)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(zhì)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(lái)不及結(jié)晶從而賦存在玻璃質(zhì)中。同生成巖階段熱液活動(dòng)則會(huì)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(jí)別,鈮的含量也可達(dá)數(shù)百μg/g,但在掃描電鏡下無(wú)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(duì)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(fēng)化蝕變產(chǎn)物堆積形成的沉積巖。本次對(duì)Al2O3/Ti O2比值隨深度變化的趨勢(shì)圖的研究發(fā)現(xiàn)滇東宣威組底部Al2O3/Ti O27的樣品其實(shí)質(zhì)就是本次研究的煤型稀有金屬礦化層。由此可推測(cè),宣威組底部實(shí)際上是堿性流紋質(zhì)火山灰蝕變的煤型鈮礦化層夾在高鈦玄武巖的風(fēng)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(chǎn)物,故研究的礦化層實(shí)際上代表了峨眉山大火成巖省酸性凝灰?guī)r。這一結(jié)論不同于前人對(duì)宣威組底部的認(rèn)識(shí)且強(qiáng)調(diào)了與峨眉山地幔柱活動(dòng)相關(guān)的大規(guī)模酸性巖漿噴發(fā)事件。前人在研究~260Ma的晚瓜達(dá)盧普期生物大滅絕事件時(shí)認(rèn)為同時(shí)期峨眉山地幔柱的活動(dòng)可能與之有關(guān),也有人認(rèn)為該次大滅絕事件是由大規(guī)模的酸性火山活動(dòng)引起的。本次研究確認(rèn)了峨眉山大火成巖省大規(guī)模酸性火山活動(dòng)的存在,為晚瓜達(dá)盧普期生物滅絕事件提供了一個(gè)新的線索。
【關(guān)鍵詞】：煤型鈮礦床 堿性tonsteins 宣威組 峨眉山大火成巖省
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 Nb(Ta)-Zr(Hf)-REE-Ga多金屬礦化層的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 堿性tonstein研究現(xiàn)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(guān)系22-23
• 1.4 研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線、主要工作量23-25
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)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(shù)路線24-25
• 1.5 本章小結(jié)25-27
• 第二章 地質(zhì)背景27-37
• 2.1 區(qū)域地質(zhì)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(dòng)的時(shí)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(jié)35-37
• 第三章 研究樣品及其巖石學(xué)特征37-49
• 3.1 樣品采集37
• 3.2 研究樣品的巖石學(xué)特征37-48
• 3.3 本章小結(jié)48-49
• 第四章 煤型鈮礦床的礦物學(xué)特征49-83
• 4.1 礦物學(xué)研究方法49-50
• 4.2 煤型鈮礦床中的礦物質(zhì)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(zhì)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(zhǎng)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(jié)80-83
• 第五章 煤型鈮礦床的元素地球化學(xué)特征83-115
• 5.1 元素地球化學(xué)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(guān)系90-99
• 5.3 微量元素地球化學(xué)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(xué)特征110-113
• 5.4 本章小結(jié)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(jīng)濟(jì)價(jià)值115-124
• 6.2 控制礦化樣中礦物和地球化學(xué)特征的地質(zhì)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(shí)代、來(lái)源分析127-132
• 6.3.2 低溫?zé)嵋毫黧w的性質(zhì)與來(lái)源132
• 6.3.3 煤型鈮礦床的成礦模式132-134
• 6.4 本章小結(jié)134-135
• 第七章 宣威組下段的重新解釋及對(duì)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(diǎn)136-138
• 7.2 朝天中晚二疊世界線黏土成因的新觀點(diǎn)138
• 7.3 煤型鈮礦床對(duì)峨眉山大火成巖省酸性凝灰?guī)r的啟示138-141
• 7.4 對(duì)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(jié)142-143
• 第八章 結(jié)論與展望143-147
• 參考文獻(xiàn)147-163
• 致謝163-165
• 作者簡(jiǎn)介165-167
• 附表167-202

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本文編號(hào)：802429