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勉略地区位于秦岭造山带西南部,区内的勉略缝合带是中国大陆于印支期完成主体拼合的主要缝合带。与该缝合带相关的勉-略-宁地区是西秦岭重要的多金属成矿集中区,发育著名的铜厂铜矿、煎茶岭金矿等。近年来虽然对矿产本身和勉略缝合带的研究都有明显进展,但以成矿地质背景为目标的综合研究较少,制约了进一步的矿产勘查、开发工作。本文在前人研究的基础上,对勉略缝合带北侧的光头山花岗岩体、汉江深大断裂东侧的大安镇花岗岩体以及铜厂铜矿田的闪长岩体和铜矿体进行了地质学、岩石学、矿相学、常量元素、微量元素地球化学、Sr-Nd同位素地球化学和S同位素地球化学以及同位素年代学研究,旨在确定本区的岩浆作用特征及成矿作用地质背景和它们之间的相互关系,为进一步的矿产资源的勘查和开发提供规律性的认识。
同位素年代学和地球化学分析表明,勉略地区印支期花岗质岩浆作用主要经历了三个阶段:(1)晚古生代-三叠纪勉略洋盆的洋壳俯冲产生的弧岩浆活动。俯冲洋壳部分熔融产生的岩浆上升导致上部地幔楔的部分熔融,混合后的岩浆在活动大陆边缘上升底侵于下地壳,从而导致下地壳的部分熔融,二者混合形成初始花岗质岩浆的主体,形成了~220Ma早期光头山英云闪长岩。(2)弧岩浆活动一直持续到~210Ma,来源于亏损地幔的岩浆在上升过程中同化混染了上部陆壳的物质,于~211Ma侵位形成中期光头山石英闪长岩;初始花岗质岩浆与部分熔融的下地壳岩浆再度混合形成了~210Ma的早期大安镇奥长花岗岩。(3)勉略洋盆的闭合主要发生于208~206Ma,之后的碰撞造山活动一直持续到~190Ma,由于同碰撞岩浆活动,早期混合的花岗质岩浆有了更多地壳物质的加入,以陆壳物质为主的部分熔融及其结晶分异作用形成了~199Ma晚期光头山同碰撞S型二长花岗岩;初始花岗质岩浆与部分熔融的下地壳岩浆再度混合形成的大安镇花岗质岩浆持续活动,造成了~203Ma晚期大安镇奥长花岗岩的侵位。在二长花岗岩侵位末期~194Ma以及~182Ma和~154Ma发生过三次热改造事件。
LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析表明,铜厂闪长质岩浆作用发生于新元古代晋宁期,并且随着岩浆从中性到偏酸性演化主要经历了三个阶段:(1)~880Ma形成了铜厂闪长岩体中的闪长岩;(2)848~840Ma主要为石英闪长岩的侵位结晶;(3)~824Ma形成了铜厂闪长岩体中的花岗闪长岩。Sr-Nd同位素特征表明,铜厂闪长岩体具有壳幔混合岩浆作用的特点,可能来源于3.0Ga的老地壳并有地幔物质的加入。
Sr同位素特征表明,铜厂铜矿与铜厂闪长岩体关系密切,并且存在多期成矿作用。伴随着晋宁期铜厂闪长岩体的侵入,铜厂铜矿发生了早期成矿作用,成矿物质既有来自岩体的,也有来自于围岩细碧岩的。S同位素特征表明,铜厂铜矿的S同位素组成与徐家沟铜矿存在明显差异,与围岩细碧岩具有相似的特征,主要的矿质来源可能为郭家沟组细碧岩。