江西九瑞矿集区燕山期岩浆岩成岩成矿作用地球化学及矿床预测研究

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本论文开展研究的地区为长江中下游成矿带的九瑞矿集区,该区发育有与燕山期浅成花岗质侵入岩相关的大规模铜金矿化,为了解这些成矿花岗质岩岩浆岩的成因,我们对区内各种岩性的岩浆岩,包括花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、闪长岩、辉绿岩、煌斑岩等,进行了详细的锆石U-Pb定年、主量元素、微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf同位素的分析工作。花岗质岩石的SiOd和K2O含量分别变化于58.8 wt.%到68.6 wt.%,1.9 wt.%到5.7 wt.%的区间内。具有较高的MgO含量,为1.0 wt.%到3.1 wt.%,Mg指数平均值为54。富集轻稀土元素、大离子亲石元素、相容元素,Eu显示非常微弱的负异常,不具有Sr的负异常。Sr同位素初始值位于0.7060到0.7092之间,εNd(t)值处于-5.4到-2.0之间。长石的Pb 同位素值为 206Pb/204Pb=17.937~18.215,207Pb/204Pb=15.545~15.583,208Pb/204Pb=38.165~38.564。锆石εHf(t)值位于-11.8和2.4之间。该区与花岗质岩石同时代基性岩的SiO2介于47.6 wt.%和54.8 wt.%之间,显示Eu的负异常,而Sr则出现正异常到负异常的变化。Sr同位素初始值位于0.7059到0.7071之间,εNd(t)值位于-3.8到-1.4之间。根据岩石地球化学特征,认为九瑞花岗质侵入岩是由加厚的下地壳和下伏的富集岩石圈地幔共同拆沉入软流圈地幔,同时发生部分熔融,熔体经软流圈地幔的同化混染后,侵位上升固结成岩。而基性岩则可能是由拆沉导致的软流圈地幔上涌,加热残留的富集岩石圈地幔,形成熔体,后经历了分离结晶和地壳同化混染,冷却结晶而成。九瑞矿集区的成矿花岗质岩石,较安徽境内的铜陵和安贵矿集区在成份上具有更多的幔源物质加入,应该具有更强的铜金成矿潜力。九瑞地区主要发育有斑岩型、矽卡岩型以及块状硫化物型三个种类的矿床,其中斑岩型与矽卡岩型为典型的岩浆热液矿床,块状硫化物型矿床也均位于花岗质侵入体附近,通常认为岩浆热液的叠加对其成矿起到了重要作用。区内同时发育有大量与成矿岩体岩性相似的未成矿侵入岩,长期以来,一直未能找出成矿侵入岩的判别标志和侵入岩成矿与否的原因。本论文对区内岩性为花岗闪长斑岩、石英闪长汾岩的成矿与未成矿侵入岩进行了锆石U-Pb定年、岩石主量元素、微量元素、Sr-Nd同位素分析以及造岩矿物电子探针测试工作,结果显示,九瑞地区岩浆活动的时代相对集中,成矿侵入岩的年龄分布于138.2±1.8Ma至148.0 ± 1.OMa之间,未成矿侵入岩的年龄分布于139.0±1.3Ma至149.6±3.0Ma之间,成矿与未成矿侵入岩的侵位时代基本相同,年龄区间在误差范围内一致。二者的主量元素含量,微量元素含量以及Sr-Nd同位素特征的变化范围都非常接近,或有很大重叠,表明成矿与未成矿侵入岩的主要岩石地球化学成份基本相同,成因相似。通过造岩矿物成份计算了岩浆开始固结的温度和侵位压力,成矿侵入岩的平均温度769℃与未成矿侵入岩的平均温度723℃在误差范围内一致,但成矿侵入岩的温度值变化范围(580℃~915℃)明显大于未成矿侵入岩(656℃~796℃)。侵位压力方面,未成矿侵入岩的压力值(平均5.7kbar)显著大于成矿侵入岩(平均1.4kbar)。据此认为,相同起源的成矿与未成矿侵入岩之间,前者经历了更为显著的减压过程,该过程对形成岩浆热液矿床非常重要,是产生独立热液相的最主要途径,相变的体积膨胀同时在岩体内及围岩中造成大量裂隙,为热液循环提供通道。但是,数据同时显示,并非经历了显著减压过程的侵入岩都能够成矿,最终成矿与否是受到不同阶段多种因素联合控制的,因此显著减压并不是成矿的充要条件,而更可能是前提条件。由已获得的未成矿侵入岩数据来推测,在九瑞地区,侵位压力大于4kbar的中酸性侵入岩,成矿潜力可能较小。由黑云母成份估算的氧逸度显示,成矿侵入岩的氧逸度值变化较大并且覆盖了未成矿侵入岩的氧逸度范围,但是未成矿侵入岩的氧逸度均没有超过HM(Fe304-Fe203)缓冲线,而成矿侵入岩中有一半左右的数据点高于该缓冲线,表明较高的氧逸度对成矿更为有利,在九瑞地区,氧逸度高于HM(Fe304-Fe2O3)缓冲线的侵入岩,其成矿潜力可能更大。九瑞矿集区的矽卡岩型矿床主要有武山、东雷湾和邓家山三个。武山铜矿的矽卡岩蚀变带以石榴石占绝对多数为主要特征,这与东雷湾和邓家山都不相同,在长江中下游成矿带上也很少见。为讨论九瑞地区三个矽卡岩型矿床地质特征与成矿过程的关系,我们进行了矽卡岩矿物成份,H,O,S,Pb同位素的分析。武山、东雷湾和邓家山石榴石中的钙铁榴石含量平均值分别为83、59和43,单斜辉石中的钙铁辉石含量平均值分别为10、15和22。绿帘石的Ps值和Fe3+/Fe2+比值分别为:武山0.12和1.63,东雷湾0.30和32.73,邓家山0.17和42.85。由石榴石-单斜辉石温度计计算的进化蚀变阶段和由绿泥石温度计计算的退化蚀变阶段的热液平均温度分别为:武山574℃和281℃,东雷湾573℃和246℃,邓家山560℃(未见绿泥石)。硫化物δ34S同位素平均值和变化范围为:武山0.0‰和-2.8~1.4‰,东雷湾-0.3‰和-2.6~1.1‰,邓家山-1.9‰和-2.9~-0.5‰。三个矿床硫化物Pb同位素共同的变化范围是206Pb/204Pb=17.900~18.205,207Pb/204Pb=15.538~15.649,208Pb/204Pb=38.170~39.025。进化蚀变和退化蚀变阶段的平均δ18OEuid值为:武山8.13‰和7.81‰,东雷湾6.47‰和2.33‰,邓家山8.27‰和4.43‰。九瑞地区总的进化蚀变和退化蚀变阶段矽卡岩矿物δDFluid值为-65.2~-30.9‰和-64.0~-32.8‰。基于对以上数据的分析,我们得出如下结论,九瑞地区的三个矽卡岩型矿床均形成于氧化性的热液环境中,进化蚀变阶段氧化性由强到弱的顺序是武山>东雷湾>邓家山,但退化蚀变阶段武山的氧化性最弱。成矿物质应为岩浆来源,进化蚀变阶段的热液也均为岩浆来源,但退化蚀变阶段东雷湾和邓家山有较多的大气降水加入。矽卡岩蚀变以石榴石为主的武山矿床中矿质沉淀主要是由岩浆结晶,系统冷却造成的降温作用触发的,而退化蚀变矽卡岩矿物发育的东雷湾和邓家山矿床的矿质沉淀主要是由于冷的、稀释的、氧化性更强的大气降水与岩浆热液混合所造成。为了尝试改变九瑞地区现阶段依托老矿山就矿找矿的局面,我们从基础地质工作出发,首先瞄准控岩控矿构造研究,加深了对北东东向构造岩浆成矿带重要性的认识,新提出了区内南北向断裂带的发育,及其对成矿的重要意义,并选定九瑞西南部大浪水库附近的山上湾地区深入开展详细工作。山上湾地表出露有数条近东西向的岩浆岩脉,岩脉和围岩中发现有较显著的蚀变作用及铜矿化,有可能成为九瑞矿集区的一个新的成矿远景区。结合岩石学、地球化学、大地电磁勘查、遥感蚀变光谱填图等手段,对岩浆岩成因、隐伏岩体位置、地表蚀变特征进行了讨论和分析,认为山上湾岩脉与九瑞其它成矿岩浆岩具有相同的成岩过程,岩脉向东在地层中延伸并隐伏,蚀变光谱印证了上述对成矿有利的现象。据以上研究,我们在可能对成矿最为有利的地段布置了四个预测钻孔。试图揭露该区北边两条岩浆岩脉内部、岩脉与志留系砂岩围岩接触带上、以及岩脉靠近志留系奥陶系接触界面处的列石山式矿床,并考虑向下过渡为斑岩型矿床的可能,同时兼顾五通组黄龙组硅钙面赋存块状硫化物型层状矿床的成矿空间。
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