江南造山带西段铅锌矿床成矿机制研究

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江南造山带西段位于华南板块中部,北部以雪峰-苗岭一线为界与扬子板块毗邻,东南以萍乡-桂林断裂带与华夏板块相邻,往西南止于紫云-罗成断裂带以北,东与江汉-洞庭坳陷相接。江南造山带属于扬子和华夏板块之间的结合部位,记录了华南板块中新元古代以来的构造演化历史。经历了晋宁运动扬子板块与华夏板块的拼合,新元古代-早古生代裂解拉张,以及显生宙加里东期及印支期陆内造山运动。多阶段的构造运动造就了江南造山带西段铅锌(多金属)矿床种类繁多、分布面广的特征,是中国重要的铅锌多金属成矿带之一。本博士论文在在深入细致的野外地质工作的基础上,分析成矿地质背景,对典型矿床进行详细解剖,对各矿床的控矿特征、矿物组合进行了详细研究,应用流体包裹体及S-C-H-O、Rb-Sr、Pb-Zn-Cd多元同位素体系对成矿流体演化历程、成矿物质来源及成矿过程进行了详细研究,总结了区域成矿作用特点,探讨盆地演化-造山作用与成矿作用的耦合关系,建立了各类铅锌矿床的成矿模式。论文取得的主要成果如下:  ①板溪群内赋存的多金属脉型铅锌矿床是岩浆热液型铅锌矿床:矿石与其围岩的稀土元素配分模式、Zn/Cd比值及铅同位素组成差异较大,皆表明成矿物质与其赋矿围岩无关;矿石中硫化物的铅同位素十分均一,并位于造山带及地幔的铅构造演化线之间,成矿物质来自深部岩浆作用;主矿化阶段的碳酸盐矿物的δ13CPDB及δ18OSMOW位于岩浆岩的低温蚀变方向;闪锌矿的Zn同位素及Cd同位素与岩浆热液型铅锌矿床的Zn-Cd同位素特征对应,反映其岩浆热液成因来源;石英流体包裹体的δ18OH2(O)SMOW、δDH2O SMOW表明其成矿热液发生过岩浆热液与天水的混合作用,对应流体包裹体均一温度及盐度表现出成矿热液与低盐度流体混合的成矿过程。本区多金属脉型铅锌矿床的矿化是岩浆热液演化到晚期的富金属热液与低盐度的天水混合所致。  ②板溪群内赋存的多金属脉型铅锌矿床富In、Ga及Ge等分散元素,江南造山带西段具有较大勘查富In矿床的潜力:In主要赋存于闪锌矿及黄铜矿中,晚阶段沉淀的闪锌矿,尤其是与黄铜矿共生的闪锌矿比早阶段棕黑色闪锌矿中In含量要高,这与In主要与Cu一起替代Zn进入闪锌矿晶格有关,其替代方式为:Cu++In3+(→)Zn2+。Ga主要富集在闪锌矿中,与In不同的是随着矿化进行,成矿流体中Ga含量逐渐降低,表明成矿物理化学环境的变化对Ga及In替代进入闪锌矿中的难易程度有明显控制作用。  ③板溪群内的多金属脉型铅锌矿床矿化可能与加里东期区内扬子和华夏板块之间的陆内造山作用有关的岩浆侵入事件有关:区内389-469Ma的强烈构造热事件年龄与雪峰山东部大量419-456Ma岩浆活动峰值年龄相一致;并且区内存在大量赋存于板溪群内的石英脉型金矿床,这些矿床的年龄集中在加里东期,成因与同期的岩浆热液及变质作用相关;在多金属脉状铅锌矿床矿区深部,地球物理资料表明具有与铅锌矿床展布及深大断裂的走向相吻合的环形构造,证明深部可能存在与矿化相关的岩浆岩体。  ④陡山沱组内赋存的铅锌矿床属于Selwyn型SEDEX铅锌矿床,其矿化与上覆牛蹄塘组底部层状重晶石矿床同属早寒武世热液喷流事件成矿作用:铅锌矿石主要受陡山沱组岩性控制,具有层控性,以交代结构为主;矿石矿物以闪锌矿、黄铁矿及方铅矿为主,脉石矿物以石英、重晶石最为常见,见少量方解石等碳酸盐矿物以及微量磷灰石和钡冰长石。铅锌矿段及重晶石矿段皆表现出正Eu异常及中稀土富集特征,表明两种矿化皆受热液活动的控制。重晶石矿层中的钡冰长石比出现于铅锌矿化段的钡冰长石富Ba贫K,与重晶石矿层沉淀时流体中Ba含量升高相吻合。成矿流体属于中低温、中低盐度的H2O-NaCl体系,与海水和上涌流体的密度变化线对比,成矿热液对应上涌热液冷凝及与海水混合的成矿过程。铅锌矿段以及层状重晶石中硫化物的μ值相似,表明二者具有相似的物质来源;铅锌矿床中硫化物的铅同位素与陡山沱组及板溪群的铅同位素组成相似,反映成矿物质可能来自板溪群及陡山沱组地层。铅锌矿床中的硫化物及重晶石层中重晶石的硫主要源于局限海盆海水的细菌硫酸盐还原作用。陡山沱组内赋存铅锌矿床为Selwyn型沉积喷流型矿床,属南华裂谷盆地内早寒武世强烈热液事件的产物;铅锌矿段对应于此次热液活动的流体补给带,而重晶石矿层则为热液喷流沉积层。  ⑤陡山沱组内赋存的SEDEX型铅锌矿床的早阶段闪锌矿记录了南华裂谷深海海水中积累的金属在矿化中被固定下来:早阶段的闪锌矿与层状重晶石矿石中硫化物的Zn同位素与深海海水的Zn同位素相同,矿化过程中沉淀的矿物记录了深海富金属海水与喷流热液混合发生的成矿作用,可为热液喷流成矿作用提供理论支撑。  ⑥陡山沱组赋存的铅锌矿化事件与南华裂谷盆地的演化关系密切,构造背景为扬子与华夏板块之间的裂离:盆地在埃迪卡拉纪-早寒武世内,盆地处于氧化还原分层海水状态下,盆地底部的热液活动促使深部水体初步富集了Zn2+、Cd2+、Ba2+及大量有机质;在盆地断陷成盆期,成矿流体下渗再次富集成矿元素,并被以还原性为主的沉积盆地层序缓冲为还原性的流体,最终沿同生断裂上升发生成矿作用。  ⑦清虚洞组-南津关组赋存的铅锌矿床为密西西比河谷型矿床,形成于扬子板块与华夏板块之间造山作用所形成的前陆盆地之中:清虚洞组赋存的铅锌矿床成矿年龄集中在401-491Ma之间,与广西运动的主幕年龄一致;盆地卤水的驱动力源自扬子与华夏板块之间的碰撞造山作用;该前陆盆地的演化基础是南华纪-寒武纪沉积的被动大陆边缘特征的沉积体,其成矿物质与其赋矿围岩藻礁灰岩有密切联系。  ⑧江南造山带西段三个层位内赋存的铅锌矿床成因机制各不相同,赋存于板溪群内的为岩浆热液型铅锌矿床,赋存于陡山沱组内的为沉积喷流型铅锌矿床,赋存于清虚洞组-南津关组内的属于密西西比河谷型铅锌矿床。按照赋存层位从老到新为序,此三层位赋存的铅锌矿床分别记录了广西运动在江南造山带西段产生的岩浆作用、扬子板块与华夏板块在早寒武世的裂解以及广西运动造山作用在造山带旁侧产生的前陆盆地有紧密联系。在同一大地构造背景中,及具相似的物质基础的背景下,三个层位内的铅锌矿床因不同的构造动力学背景促使了它们迥异的物质来源与成矿机制。
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