西秦岭厂坝-李家沟超大型铅锌矿床成矿作用特征与成矿机制研究

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甘肃厂坝-李家沟超大型铅锌矿床位于西秦岭多金属成矿带内的西成矿集区,有关其成因认识一直存在分歧。本文通过运用现代矿床学、地球化学理论和高精度的分析测试方法,对厂坝-李家沟铅锌矿床和矿区内的岩浆岩开展了系统的矿床地质、岩石学、同位素地球化学、流体包裹体、成岩成矿年代学等研究工作,并结合前人的研究进展,揭示成矿作用特征和成矿构造背景,阐明了矿床成因并建立成矿模型,取得以下主要研究成果与认识:(1)获得矿区内黄渚关和厂坝岩体的锆石U-Pb年龄分别为229~215 Ma和218~209 Ma,其εHf值(-14.33~-3.43)指示岩浆活动与西秦岭三叠纪碰撞造山作用的后碰撞阶段的岩石圈拆沉作用有关,成岩物质来源于下地壳,并混有一定的幔源组分。(2)厂坝-李家沟铅锌矿床成矿过程可划分为三个阶段:Ⅰ.棕黄色闪锌矿-多孔黄铁矿-毒砂阶段,II.深棕色高铁糖粒状闪锌矿-方铅矿-无孔黄铁矿阶段,III.方解石-石英-硫化物阶段,前两个是主要成矿阶段。(3)第I成矿阶段的硫同位素值δ34SV-CDT变化范围是20.3~29.0‰,第II成矿阶段是15.1~23.0‰,第III成矿阶段是13.1~22.0‰。硫主要来源自海水硫酸盐,在成矿的中期和后期来自岩浆的热液流体或变质流体与地层发生混合,从早到晚δ34SV-CDT值趋向于岩浆或者变质流体。硫化物铅同位素值集中于下地壳与地幔混合的俯冲带铅(岩浆作用)范围,靠近造山带的位置,指示矿石的Pb来源于壳幔相互作用的岩浆活动。三个成矿阶段闪锌矿的锌同位素呈现较大的变化范围,介于0.08‰~0.37‰之间,从早到晚锌同位素逐渐变重,推测成矿早期主要来自围岩中的Zn元素,中后期混入了岩浆来源的Zn元素。(4)LA-ICP-MS榍石U-Pb定年研究获得矿石中的榍石年龄为(212.8±3.0)Ma,矿化蚀变围岩中的榍石年龄为(218.0±9.3)Ma,指示厂坝-李家沟超大型铅锌矿床形成于晚三叠世,与西秦岭造山作用过程中大规模岩浆活动的年龄(229~211Ma)一致。(5)流体包裹体类型以气液两相包裹体为主,有少量的纯液相包裹体和纯气相包裹体。流体的气相成分主要有H2O、CO2、N2、CH4,气液比主要在10~30%之间。主成矿阶段的石英的均一温度有两个峰值,250℃和350℃,盐度范围是4.18~8.00%,峰值为6.74%,压力范围12.1到32.1MPa,密度0.73~0.93g/cm~3。通过包裹体测温及激光拉曼研究,结合C-H-O素研究,认为厂坝-李家沟铅锌矿的成矿流体为岩浆水、变质水与地层水的混合。(6)建立了厂坝-李家沟铅锌矿成矿模型:晚三叠世西秦岭造山过程进入后碰撞阶段(229~209 Ma),在伸展体制下,强烈的壳幔相互作用导致大规模的岩浆活动,基底岩石中的成矿元素在岩浆活动中活化;同时动力变质作用促使区域地层脱水释放出变质流体。活化的基底岩石中的成矿元素进入岩浆水和变质水中形成含矿流体,在浅部与富含SO42-的地层水混合,发生热化学还原反应,并通过流体混合作用沉淀成矿。中后期岩浆热液、变质水的加入增多,成矿热液主要通过降温、流体不混溶发生快速沉淀。一部分岩浆与碳酸盐地层发生交代作用,形成矽卡岩型矿化。
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