埃及东部Gebel Abu Hamamid沙漠地区新元古代富锌VMS矿床成矿作用:地质与地球化学约束

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火山成因块状硫化物(VMS)矿床是全世界地质工作者的一个重要研究课题。该类矿床常常包含大量的人类和工业活动所必需的硫化物矿物和贵金属。VMS矿床常通过成矿流体集中排放形成,成矿流体主要由海水和与火山作用有关富含金属的热液组成。在地球上最大的新元古代新生地壳-阿拉伯-努比亚地盾(ANS)内已发现了数百个金属矿化点。VMS矿床的勘探工作目前正在该区展开,包括埃及的Hamama矿床、苏丹的Hassai矿床、厄立特里亚西部的Bisha矿床以及沙特阿拉伯的Ash Shizm、Shayban和Kutam矿床。这些矿床含有锌、铜、金和银多金属矿化。本学位论文针对埃及东南沙漠沙德利变质火山岩带的中部Gebel Abu Hamamid地区多个VMS矿床开展成矿地球化学研究。区域上,矿带的氧化性露头(即铁氧化物、次生铜硫化物和碳酸盐矿物)常被作为找矿标志。本次研究调查了新元古代岛弧中不同地区的三个锌-铜-铅矿床(Um Samiuki,Hilgit和Maaqal)。矿田研究工作厘定容矿岩石属于Younger Hamamid Metavolcanics(YHM)群第一旋回,由镁铁质、长英质熔岩和多种火山碎屑岩组成。它在多期造山运动中遭受变形、变质(绿片岩相)和剥蚀作用。构造上,主要发育Abu-Hamamid不对称向斜,主断裂走向为NW-SE。尽管前人研究试图阐明东南沙漠新元古代基底岩石的地壳演化,但尚未深入了解这些容矿岩石的岩石成因、构造背景和形成时代。此外,硫化物矿床与容矿岩石之间的关系缺乏约束并存在争议,同时,这些矿床地质年代学研究也相对薄弱。在本次研究中,对YHM群玄武岩到流纹岩进行了新的野外调查、共生关系观察,进行了新的全岩地球化学、矿物化学、原位U-Pb-Lu-Hf锆石测年分析,以及硫化物矿物的原位硫同位素分析,主要研究目的为:(1)刻画岩浆演化;(2)描绘硫化物矿化特征;(3)约束矿床成因。岩石地球化学研究结果表明,镁铁质岩石属于拉斑系列,并具有弧岩浆地球化学特征,即明显富集大离子亲石元素(LILE)并亏损高场强元素(HFSE)。母岩浆可能是由尖晶石二辉橄榄岩源地幔的部分熔融(~10-15%)产生,该地幔被先前俯冲事件的流体交代;紧接着在低压和低氧逸度条件下岩浆上升。长英质熔岩(~695 Ma)具有俯冲相关的地球化学特征,Zr、Hf和Sm明显富集。它们起源于岩石圈岩浆,其为古代的俯冲板块熔体所富集;岩浆后来经历了同化混染-分离结晶(AFC)过程。YHM群形成于泛非造山运动中莫桑比克洋闭合阶段的伸展地球动力学背景(弧后盆地背景)。YHM群玄武质熔岩的岩浆锆石显示较负的εHf值(-0.5到-10.3),相应的地壳模式年龄(TDMC)在1706Ma到2322Ma之间变化。表明这些变质火山岩的源区包含一些古老地壳成分(前新元古代大陆地壳)。与之相反,YHM群中酸性岩石中所有具有协和龄协的锆石显示正的εHf值,呈单峰分布,并完全位于球粒陨石均一储库(CHUR)上方,表明这些研究样品来自新生源区。在岩浆锆石和继承锆石的边缘显示了热液增生边,这一特征很可能是与东南沙漠侏罗纪-白垩纪构造热事件有关的热液流体造成的。在研究的矿床中发现了两种矿化类型:其中Um Samiuki矿床代表第一种类型,以两个块状矿体为特征,这些矿体通常呈层状,发育闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、方铅矿和含银矿物,其次是斑铜矿和铜蓝矿。在地表形成次生铜矿物和铁氧化物常伴随着上述矿物。热液蚀变以绢云母化、绿泥石化、绿帘石化和硅化为特征。Hilgit和Maaqal矿床代表第二种类型,以浸染型和脉状硫化物为特征,发育黄铁矿,含少量闪锌矿和黄铜矿。块状矿体的δ34Sv-CDT值在+5.44‰+9.08‰之间,浸染状和脉状硫化物的δ34Sv-CDT值在-2.25‰~+3.78‰之间,二者的差异指示了不同的硫源。层状及块状硫化物与YHM群长英质火山作用同时形成,其S源主要来源于海水硫酸盐的无机还原作用,同位素测定结果显示,与弧后盆地中VMS矿床硫化物的δ34S值一致。与位于埃及东部沙漠中部被划分为富金VMS矿床的Hamama矿床(目前正在勘查中)相比,本次研究的YHM远景区矿床可划分为富锌VMS矿床。本研究成果为进一步勘探工作提供了重要借鉴。
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