本文關(guān)鍵詞：寧蕪及廬樅地區(qū)陸相次火山巖型鐵礦床成礦流體及礦床成因研究

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【摘要】：陸相次火山巖型鐵礦床是產(chǎn)于長江中下游成礦帶寧蕪和廬樅地區(qū)一種重要的礦床類型,該類礦床的主礦體多賦存在輝長閃長玢巖體頂部及其與上覆火山巖的接觸帶內(nèi)。前人對這些礦床開展了巖石學(xué)、礦物學(xué)、成巖成礦地球動力學(xué)、礦床主微量元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)、實驗地球化學(xué)及成巖成礦年代學(xué)等方面的研究,建立了著名的“寧蕪玢巖鐵礦”成礦模式,這些研究為區(qū)域火山巖盆地內(nèi)成巖與成礦時空關(guān)系的厘定、成礦物質(zhì)、成礦流體來源的判別、成礦物理化學(xué)條件的估計和對礦床成因、成礦機制、蝕變礦化機理的理解等提供了豐富的資料。然而,對于該類礦床的成礦物質(zhì)來源和盆地內(nèi)深部三疊紀蒸發(fā)巖層與成礦的關(guān)系等問題一直未達成共識,對于礦床成因,特別是梅山和姑山鐵礦床中的致密塊狀主礦體,一直存在著礦漿成因和熱液成因的爭議。為了探討這些問題,本文在系統(tǒng)的野外調(diào)研的基礎(chǔ)上,選取寧蕪盆地梅山鐵礦床,廬樅盆地泥河和羅河鐵礦床作為研究對象,對各礦床中巖石和礦物開展了巖相學(xué)、主微量及稀土元素地球化學(xué)和C、H、O、S、Pb同位素地球化學(xué)特征研究,對磁鐵礦進行了爆裂法測溫,對與磁鐵礦共生的透明礦物中包裹體進行了系統(tǒng)的巖相學(xué)和顯微測溫學(xué)研究,選取早階段輝石和石榴石中原生的流體包裹,采用激光拉曼光譜分析和電子探針成分分析方法對單個包裹體中子礦物進行鑒定,并設(shè)計了梅山和泥河鐵礦床成礦環(huán)境的模擬實驗,以石英作為寄主礦物捕獲了實驗中人工合成的流體包裹體,在德國巴伐利亞州高壓實驗中心(Bayerisches Geoinstitut)的激光剝蝕-電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)上對這些合成包裹體和梅山、泥河和羅河鐵礦床早階段輝石和石榴石中的天然包裹體進行了單個包裹體的成分分析,合成包裹體的分析結(jié)果應(yīng)用于天然包裹體LA-ICP-MS成分的定量計算中,本次研究結(jié)果表明：1.從次火山巖體到鐵礦化蝕變帶,輝石中Ca含量明顯升高,Mn、K、Ti等含量略微降低,單斜輝石種屬由普通輝石向透輝石和次透輝石轉(zhuǎn)變,石榴石全部為鈣鐵榴石,說明鐵礦床蝕變帶內(nèi)近于共生的輝石和石榴石形成時,成礦流體呈弱堿性,且具有較高的氧逸度,有利于磁鐵礦的沉淀。從梅山鐵礦床到泥河-羅河鐵礦床,蝕變帶中單斜輝石的Fe含量明顯升高,而Mg含量明顯降低,輝石種屬分別以透輝石和次透輝石為主,石榴石的端元組成中鈣鐵榴石的含量在梅山鐵礦床中略高于羅河鐵礦床,指示梅山鐵礦床成礦流體的氧逸度和堿度可能略高于泥河和羅河鐵礦床。磷灰石主要為氟磷灰石,是在富揮發(fā)分的氣液流體中沉淀形成的,為氣成偉晶和／或熱液成因,具有與中基性巖中磷灰石相似的微量和稀土元素特征。2.鐵礦床中磁鐵礦可大致劃分出四個世代：Ⅰ世代磁鐵礦為次火山巖中的副礦物磁鐵礦；Ⅱ世代為礦體深部浸染狀磁鐵礦,主體分布在蝕變的次火山巖體內(nèi)部,磁鐵礦粒度較細、自形程度較低；Ⅲ世代脈狀(網(wǎng)脈狀)磁鐵礦顆粒較粗、自形程度較好,主要分布在次火山巖體頂部與上覆火山巖的接觸帶內(nèi),形成于富揮發(fā)分的高溫氣液中,在較開放的空間中緩慢結(jié)晶,可形成自形的偉晶顆粒；Ⅳ世代磁鐵礦為細粒致密塊狀磁鐵礦,主要發(fā)育于梅山鐵礦床淺部的主礦體中,在羅河和泥河不發(fā)育。浸染狀磁鐵礦(Ⅱ世代)的形成溫度約為600-800℃、脈狀磁鐵礦(Ⅲ世代)約為400～550℃,偉晶脈狀磁鐵礦(Ⅲ世代)的形成溫度可能相對于脈狀磁鐵礦略有升高,而細粒致密塊狀磁鐵礦(V世代)的形成溫度約為350～500℃。根據(jù)磁鐵礦的電子探針及LA-ICP-MS微區(qū)成分測試結(jié)果,礦化蝕變帶內(nèi)Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ世代磁鐵礦均為熱液成因磁鐵礦,其中,部分浸染狀、細脈狀.網(wǎng)脈狀和偉晶脈狀磁鐵礦具有較高的TiO2和V2O5含量和較低的Ni/Cr匕值,與輝長閃長玢巖中受蝕變礦化作用影響的磁鐵礦成分相似,顯示出巖漿型-熱液型磁鐵礦的過渡特征,且向深部磁鐵礦中Ti含量有增高的趨勢,說明次火山巖中已形成的磁鐵礦中部分元素(如Ti)可以隨熱液蝕變活化遷移,因此,本文認為這些磁鐵礦主要為高溫?zé)嵋盒痛盆F礦,可能由于成礦流體對Ⅰ世代磁鐵礦的交代和就近沉淀而繼承了部分巖漿型磁鐵礦的成分特征,而細粒致密塊狀磁鐵礦的TiO2含量很低,具有明顯的熱液成因,形成溫度相對較低。綜上,礦床中鐵質(zhì)可能部分來源于含礦流體對已形成輝長閃長玢巖體的萃取。3.梅山、泥河和羅河鐵礦床中與早階段磁鐵礦共生,或略早于磁鐵礦形成的輝石和石榴石中,包裹體幾乎全部為含多個子礦物(硬石膏、赤鐵礦、磁鐵礦、石鹽等)的多相包裹體,而未發(fā)現(xiàn)有熔融包裹體,這些包裹體的觀察測試結(jié)果顯示,鐵礦床的初始成礦流體為Na-K-Ca-Fe-Cl-S體系,成礦流體早期具有高溫(740～810℃)、超高鹽度(80 wt%NaCl)、高氧逸度和較強的金屬攜帶能力。此外,梅山鐵礦床的成礦流體相對于泥河和羅河鐵礦床更為富集Na和Cl,而S和Sr的含量略低,這與梅山鐵礦床中廣泛發(fā)育鈉質(zhì)蝕變而硬石膏和磷灰石含量略低,而泥河和羅河鐵礦床中鈉質(zhì)蝕變相對較弱,硬石膏和磷灰石較為富集的地質(zhì)特征相符。4.成礦作用具有多階段疊加的特征,從早到晚,隨著成礦作用進行,成礦流體向著中高-中低溫,中低鹽度(120～300℃,0.2～11.5 wt%NaCl)演化,包裹體類型也由含多個子礦物多相包裹體向含1-2個子礦物多相包裹體、富氣和富液兩相氣液包裹體和純液相包裹體變化,流體的溫度、鹽度逐漸降低,流體可能經(jīng)歷了兩次局部的沸騰作用,第一次沸騰作用發(fā)生在早階段浸染狀磁鐵礦形成時,流體中可能由于揮發(fā)分逸失而在局部發(fā)生沸騰作用,第二次沸騰作用發(fā)生在較晚階段脈狀磁鐵礦及晚階段致密塊狀磁鐵礦形成時,可能由于成礦空間的突然增大導(dǎo)致局部壓力突然降低,但這種沸騰作用并不強烈,作用規(guī)模不大,可能不是導(dǎo)致磁鐵礦大量沉淀的主要機制。5.流體的H-O同位素組成顯示,早期成礦流體主體為巖漿熱液,成礦后的晚期熱液蝕變過程中大氣降水加入,流體逐漸變?yōu)橐源髿饨邓疄橹�。梅山鐵礦床中菱鐵礦的C-O同位素組成顯示,流體中CO2部分來自深部海相碳酸鹽巖。6.輝石和石榴石中單個流體包裹體的LA-ICP-MS成分分析結(jié)果顯示,本區(qū)鐵礦床的成礦流體成分明顯不同于典型巖漿熱液流體,流體具有非常高的Cl/Br、Na/Br、Na/B、S/B比值和較高的Ca/Na比值,暗示成礦流體受到含石鹽和硬石膏的蒸發(fā)巖層的影響,菱鐵礦中C-O同位素組成、硫化物及硫酸鹽礦物中S同位素組成和礦物及巖石中Pb同位素組成的特征也表明本區(qū)成礦物質(zhì)具有地幔和上地殼的混合來源。因此,巖漿在上升過程中可能同化和混合了區(qū)域深部的海相沉積巖及三疊紀蒸發(fā)巖層,蒸發(fā)巖層中Na、Cl、Ca、S等元素大量進入巖漿中,將促使巖漿出溶出高鹽度的熱液并顯著地提高這種熱液對鐵質(zhì)的萃取和遷移能力,有利于磁鐵礦的富集和沉淀,并為成礦提供了部分成礦物質(zhì)(主要為S)的來源。蒸發(fā)巖層的加入一定程度上促進了鐵礦床成礦作用的進行,并可能是該類型鐵礦床成礦的一個關(guān)鍵因素。因此,含蒸發(fā)巖層的盆地相對于蒸發(fā)巖層不發(fā)育的盆地對于陸相次火山巖型鐵礦床的形成較為有利,更具找礦前景。7.寧蕪和廬樅地區(qū)陸相次火山巖型鐵礦床形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境,成巖和成礦發(fā)生在中生代早白堊世,發(fā)育磁鐵礦-磷灰石-輝石／陽起石的礦物組合,發(fā)育大規(guī)模Na-Ca蝕變,成礦流體具有高溫、高鹽度、較高的氧逸度并受到深部蒸發(fā)巖層作用等特征在國際上通用的礦床類型中與IOCG型礦床較為相似,而礦石中富集硫化物和硫酸鹽礦物,鐵氧化物具有相對較高的Ti含量和礦化與同時代輝長閃長玢巖具有密切的時空聯(lián)系等特征又區(qū)別于典型IOCG型礦床貧硫、含低Ti鐵氧化物和一般與特定侵入巖沒有直接的空間關(guān)系等特征。該類礦床的成因類型仍屬于次火山熱液型鐵礦床。
【關(guān)鍵詞】：玢巖鐵礦 蒸發(fā)巖 成礦流體 LA-ICP-MS
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P618.31
【目錄】：

• 作者簡介6-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-18
• 第一章 緒論18-30
• 1.1 我國鐵礦資源現(xiàn)狀18-19
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)類型鐵礦床研究現(xiàn)狀19-24
• 1.2.1 寧蕪及廬樅地區(qū)陸相次火山巖型鐵礦床研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.2 IOCG型礦床研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3 成礦流體研究現(xiàn)狀24-27
• 1.3.1 流體包裹體巖相學(xué)25
• 1.3.2 流體的PVTX性質(zhì)研究25-26
• 1.3.3 流體包裹體成分分析技術(shù)26-27
• 1.4 存在問題和選題依據(jù)27-28
• 1.5 論文實物工作量28-29
• 1.6 論文主要創(chuàng)新點29-30
• 第二章 成礦地質(zhì)背景30-42
• 2.1 長江中下游區(qū)域地質(zhì)背景30-32
• 2.2 寧蕪盆地區(qū)域地質(zhì)特征32-37
• 2.2.1 地層32-35
• 2.2.2 區(qū)域構(gòu)造35-36
• 2.2.3 區(qū)域巖漿巖36-37
• 2.2.4 區(qū)域礦產(chǎn)分布37
• 2.3 廬樅盆地區(qū)域地質(zhì)特征37-42
• 2.3.1 區(qū)域地層38
• 2.3.2 區(qū)域構(gòu)造38-40
• 2.3.3 區(qū)域巖漿巖40-41
• 2.3.4 區(qū)域礦產(chǎn)分布41-42
• 第三章 典型礦床地質(zhì)特征42-72
• 3.1 梅山鐵礦床42-58
• 3.1.1 礦區(qū)地質(zhì)42-49
• 3.1.2 礦化特征49-58
• 3.2 泥河-羅河鐵礦床58-72
• 3.2.1 礦區(qū)地質(zhì)58-64
• 3.2.2 礦化特征64-72
• 第四章 測試分析方法72-77
• 4.1 包裹體顯微測溫72-73
• 4.1.1 均一法測溫72
• 4.1.2 爆裂法測溫72-73
• 4.2 物相分析73
• 4.2.1 X射線粉晶衍射分析73
• 4.2.2 激光拉曼光譜分析73
• 4.3 主、微量元素地球化學(xué)分析73-75
• 4.3.1 單礦物/全巖主量、微量、稀土元素成分分析73
• 4.3.2 電子探針主量成分分析73-74
• 4.3.3 LA-ICP-MS主、微量元素成分分析74-75
• 4.4 同位素地球化學(xué)分析75-77
• 4.4.1 H-O同位素75
• 4.4.2 C-O同位素75
• 4.4.3 S同位素75-76
• 4.4.4 Pb同位素76-77
• 第五章 礦物地球化學(xué)特征77-113
• 5.1 輝石77-91
• 5.2 石榴石91-94
• 5.3 磷灰石94-99
• 5.3.1 形貌和晶胞參數(shù)94-95
• 5.3.2 主量元素95
• 5.3.3 微量和稀土元素95-99
• 5.4 磁鐵礦99-113
• 5.4.1 形貌和晶胞參數(shù)99-100
• 5.4.2 主量元素100-104
• 5.4.3 微量元素104-109
• 5.4.4 稀土元素109-113
• 第六章 流體包裹體研究113-159
• 6.1 天然流體包裹體研究113-153
• 6.1.1 流體包裹體巖相學(xué)特征113-116
• 6.1.2 流體包裹體顯微測溫116-135
• 6.1.3 流體包裹體成分135-153
• 6.2 人工合成流體包裹體實驗研究153-159
• 6.2.1 樣品制備及實驗方法153-155
• 6.2.2 合成包裹體巖相學(xué)特征155-156
• 6.2.3 合成包裹體成分156-159
• 第七章 礦床成因與成礦模式159-180
• 7.1 成礦物質(zhì)來源159-169
• 7.1.1 S同位素159-163
• 7.1.2 Pb同位素163-169
• 7.2 成礦流體來源169-175
• 7.2.1 H-O同位素169-173
• 7.2.2 C-O同位素173-175
• 7.3 成礦流體演化及成礦機制175-176
• 7.4 礦床成因與成礦模式176-180
• 7.4.1 礦床成因176-177
• 7.4.2 成礦模式177-180
• 第八章 主要結(jié)論與展望180-182
• 致謝182-184
• 參考文獻184-204

【參考文獻】

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本文編號：940514