吉林红旗岭镁铁-超镁铁质岩体矿物、岩石地球化学及成矿作用

论文摘要

红旗岭铜镍硫化物矿床位于中亚造山带南缘最东段,是我国重要的镍矿资源产地。矿区出露众多镁铁-超镁铁质侵入体。近年来,该区找矿工作未有太大进展。此外,红旗岭地区岩浆演化研究薄弱,硫化物熔离作用未有系统研究,且缺少同类型岩浆铜镍硫化物矿床的对比工作。论文选取红旗岭含矿镁铁-超镁铁质岩体（1号、2号、3号及7号）为研究对象,通过矿物学、全岩主-微量元素、铂族元素、S同位素等的研究,对比国内造山带重要岩浆铜镍硫化物矿床的地质、地球化学特征,探讨红旗岭含矿岩体的母岩浆性质及成分、成矿作用以及构造环境。红旗岭含矿镁铁-超镁铁质岩体规模较小,均为小岩体。岩体主要由橄榄岩相、辉石岩相及辉（苏）长岩相组成。主要造岩矿物为橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石及斜长石等。矿物成分显示:橄榄石为贵橄榄石（Fo=81.5489.00）,斜方辉石为古铜辉石,单斜辉石主要为透辉石和次透辉石,角闪石均为钙质角闪石,斜长石为更长石、拉长石、中长石、钠长石。红旗岭岩体具有高MgO（24.80 wt.%）、低TiO2（0.57 wt.%）,相对富集大离子亲石元素LILE（Th、U）、亏损高场强元素HFSE（Nb、Ta、Zr）,相对富集轻稀土LREE、亏损重稀土HREE,相对富集PPGE、亏损IPGE的特征。岩石样品显示相似的微量和PGE配分模式,表明其来源于相同的岩浆源区。红旗岭含矿岩体微量元素地球化学特征（例Ce/Pb、Ta/La、Th/Yb）表明该区存在地壳混染的作用。但红旗岭矿石δ34S（-4.702.13‰,平均-0.42‰）与地幔δ34S值大体一致,表明红旗岭矿石的S可能主要来源于地幔。综合微量元素地球化学及S同位素特征,我们认为红旗岭地区存在地壳混染作用,但混染程度并不强烈。通过对比红旗岭7号、夏日哈木、黄山东三个国内典型造山带发育的矿床,发现三者存在共同点,例如:均为小岩体,橄榄岩和辉石岩均为赋矿岩相,橄榄石中Ni含量均亏损,PGE元素均不富集。但三个岩体岩（矿）石及围岩S同位素存在显著差异,表明造山带铜镍矿床硫化物饱和机制可能不是固定的一种机制。根据尖晶石、橄榄石成分,估算出红旗岭岩体母岩浆为高温岩浆（约1300°C）。矿物（尖晶石、橄榄石及辉石）成分特征表明红旗岭源区母岩浆并非科马提质岩浆,而更可能是高镁玄武质岩浆。此外,我们根据橄榄石-熔体平衡及质量平衡原理估算出红旗岭母岩浆（MgO为14.2 wt.%、TiO2为0.9 wt.%、FeO为8.8 wt.%）,为低Ti、高Mg拉斑玄武质岩浆。根据质量平衡原理,采用Godel et al.（2011）针对橄榄石-斜方辉石堆晶岩建立的方法,估算得出红旗岭岩体的母岩浆微量成分,具有富集大离子亲石元素（Th）、亏损高场强元素（Nb,Ta,Zr及Hf）的特征,与中亚造山带西段黄山西岩体母岩浆微量元素特征相似,暗示了两者可能具有相同的构造环境。岩体Cu/Zr比值、Cu/Pd比值和橄榄石成分（Fo、Ni）模拟表明红旗岭岩体发生过硫化物熔离,且橄榄石与硫化物的质量比值为10:1。通过全岩PGE成分模拟,在R值为10100下红旗岭岩体发生约0.010.02%程度的熔离。与其他赋矿镁铁-超镁铁质岩体及原始地幔中铂族元素含量相比,红旗岭岩体ΣPGE极低(平均为4.96×10-9)。母岩浆在演化过程中发生过硫化物熔离是导致红旗岭岩体亏损PGE的主要原因。红旗岭含矿镁铁-超镁铁岩体中含原生角闪石,表明红旗岭岩浆含水。此外,矿物及全岩成分（如橄榄石Ca含量<1000 ppm、岩石微量元素亏损Nb-Ta并富集Th）均显示岛弧岩浆的特点,结合微量元素相关图解及区域构造演化史,本文认为红旗岭地幔源区经历了流体的交代作用。根据红旗岭镁铁-超镁铁质岩体的形态、规模、矿物组合、矿物成分及岩石地球化学特征,认为红旗岭镁铁-超镁铁质岩体与地幔柱、岛弧环境（阿拉斯加型岩体）关系不大;结合中亚造山带东段构造演化历史,本文认为红旗岭含矿岩体形成于晚三叠世碰撞后伸展环境。岩石圈拆沉,导致软流圈上涌,地幔部分熔融形成高镁高温的玄武质岩浆,岩浆沿断裂上侵形成红旗岭镁铁-超镁铁质岩体。

论文目录

中文摘要

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第1章绪论

1.1 研究背景

1.1.1 岩浆铜镍硫化物矿床的分布及类型

1.1.2 岩浆铜镍矿的成矿机理

1.1.3 岩浆铜镍矿的关键控矿因素

1.2 选题依据

1.2.1 红旗岭岩浆铜镍硫化物矿床的研究现状

1.2.2 红旗岭岩浆铜镍硫化物矿床存在的主要问题

1.3 本论文研究对象、内容及论文依托的科研项目

1.3.1 研究对象及内容

1.3.2 本论文依托的科研项目

第2章地质背景

2.1 区域地质背景

2.1.1 区域地层

2.1.2 区域构造

2.1.3 区域岩浆岩

2.1.4 区域构造演化

2.1.5 区域矿产

2.2 红旗岭矿床地质背景

2.2.1 矿区地质概况

2.2.2 矿化岩体特征

2.2.3 矿体特征

第3章样品制备和分析方法

3.1 样品制备

3.2 分析方法

3.2.1 矿物主量、微量元素化学分析

3.2.2 全岩主量元素、微量元素分析

3.2.3 铂族元素（PGE）、Cu、Ni和S

3.2.4 S同位素

第4章红旗岭镁铁-超镁铁质岩体矿物学、地球化学特征

4.1 矿物主量成分

4.1.1 尖晶石

4.1.2 橄榄石

4.1.3 斜方辉石

4.1.4 单斜辉石

4.1.5 长石

4.1.6 角闪石

4.1.7 其他矿物（云母、蛇纹石、绿泥石）

4.2 矿物微量成分

4.3 全岩主量

4.4 全岩微量

4.5 全岩铂族元素（PGE）、Cu、Ni和S

4.6 S同位素

第5章与国内典型造山带镁铁-超镁铁质岩浆铜镍硫化物矿床对比

5.1 矿床地质特征对比

5.2 橄榄石成分对比

5.3 主微量元素地球化学特征对比

5.4 PGE、Ni、Cu、S含量的对比

5.5 同位素特征对比

第6章岩浆演化及成矿作用

6.1 岩浆成岩作用

6.1.1 分离结晶

6.1.2 地壳混染

6.2 母岩浆的性质及成分

6.2.1 母岩浆物理化学条件

6.2.2 母岩浆性质

6.2.3 母岩浆的成分

6.3 硫化物熔离过程与硫化物成分控制因素

6.3.1 硫化物熔离是否发生

6.3.2 橄榄石成分对硫化物熔离的指示意义

6.3.3 熔离程度模拟

6.3.4 PGE亏损原因

6.4 构造环境及地球动力学

6.4.1 源区性质

6.4.2 动力学背景

第7章结论

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 存在的主要问题

参考文献

作者简介及在学期间所取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李爱

导师: 王建

关键词: 镁铁超镁铁质岩,地球化学,母岩浆成分,硫化物熔离,岩浆铜镍硫化物矿床,红旗岭

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程

单位: 吉林大学

基金: 国家自然科学基金项目(项目编号:41472051),中国地质调查局项目(项目编号:1212011120342)

分类号: P618.41;P618.63

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