峨眉山二叠纪地幔柱岩浆铜镍铂族硫化物矿床成矿体系—西伯利亚地幔柱和金川矿床对比

论文摘要

镍、铜和铂族元素（PGE）是十分重要的战略资源,地幔柱岩浆成矿作用是Cu-Ni-PGE硫化物矿床的重要成矿机制。峨眉山二叠纪地幔柱与西伯利亚地幔柱形成时间相近,形成了Fe-Ti-V氧化物矿床和Ni-Cu-PGE硫化物矿床两种类型完全不同的矿床,但发现的Ni-Cu-PGE硫化物矿床资源量远比不上西伯利亚大火成岩省。本论文选择峨眉山大理地区的苦橄岩、玄武岩和凝灰岩及镍铜铂族硫化物矿床（朱布、力马河和青矿山矿床等）,通过系统的矿物学、岩石学、锆石U-Pb年代学、主-微量元素、铂族元素、Sr-Nd-Hf同位素和流体化学组成及C-He-Ar同位素组成系统研究,对比西伯利亚地幔柱成因Noril’sk-Talnakh铜镍铂族硫化物矿床和我国金川超大型Cu-Ni-PGE硫化物矿床的成矿因素和构造环境,揭示了峨眉山地幔柱铜镍铂族硫化物矿床成矿的控制因素和深部动力学,探讨了流体化学组成、稀有气体同位素及碳同位素示踪体系与岩石地球化学相结合来研究大陆苦橄质及高镁玄武岩浆的来源及演化的方法的适用性。取得了如下主要研究成果：1.通过锆石U-Pb年龄及Hf同位素确定宾川北部新鲜的苦橄岩为峨眉山地幔柱的产物,确证这些归属存在争议的苦橄岩是研究峨眉山地幔柱起源及演化理想的样品。峨眉山大火成岩省宾川北部新鲜的苦橄岩形成时代被质疑为三叠纪或新生代,选择与苦橄岩-玄武岩密切共生的安山质凝灰岩进行锆石U-PbSHRIMP定年和Hf同位素研究,确认最年轻的锆石206Pb/238U平均谐和年龄为256.2±.4Ma, εHf （-0.5～6.6）与峨眉山大火成岩省锆石的εHf值一致,与峨眉山苦橄岩具有相似的橄榄石Fo-Ni-Mn组成和全岩Th/Nb和Ti/Dy比值,与新生代富橄榄石钾质岩墙相比具有明显不同的Fo-Ni-Mn相关性及较低的Th/Nb和较高的Ti/Dy比值,表明这些归属存存争议的苦橄岩是峨眉山大火成岩省组成的一部分。2.确认峨眉山大火成岩省铜镍硫化物矿床成矿母岩浆是苦橄质岩浆分异演化的产物,并在深部发生过硫化物熔离。岩浆矿床橄榄石Ni亏损,成矿母岩浆与峨眉山苦橄岩搬运岩浆（基质）具有相似的MgO/FeO比值。橄榄石Fo值与Ni含量正相关表明其成分变化受分离结晶作用控制,负相关表明橄榄石与硫化物熔浆发生了Fe-Ni交换。朱布和力马河岩体的橄榄石Fo值与Ni含量均存在正、负两种相关性,青矿山岩体橄榄石现有数据Fo值与Ni含量具正相关性。在Fo值相同时,成矿岩体橄榄石Ni含量都低于苦橄岩中橄榄石的Ni含量,表明成矿岩体在橄榄石结晶之前岩浆发生过硫化物熔离。3.峨眉山铜镍硫化物矿床镁铁-超镁铁质岩的主量元素组成受控于岩浆矿物组成,微量元素和Sr-Nd同位素组成揭示成矿岩浆起源于地幔柱系统,上升和就位过程中受到不同程度的地壳物质混染。超镁铁质岩主量元素成分主要受控于橄榄石和辉石,辉长岩受控于辉石和斜长石,辉长闪长岩受控于斜长石、单斜辉石、角闪石、黑云母及铁钛氧化物。成矿岩体富集大离子亲石元素和轻稀土元素,明显亏损Nb；随岩石基性程度降低,微量元素富集程度增大。单斜辉石（87Sr/86Sr）i和CNd（t）具有亏损地幔的特征。Sr-Nd端元混合模拟计算表明朱布和力马河铜镍硫化物矿床地幔柱起源的岩浆中有15-20%的上地壳物质的加入,Nb/Th-Th/Yb比值计算表明青矿山矿床母岩浆经历了10%的地壳混染。4.峨眉山铜镍硫化物矿床镁铁-超镁铁质岩母岩浆PGE含量不同程度地低于苦橄岩,表明不同矿床的母岩浆在深部经历过不同程度硫化物熔离作用。成矿岩体全岩Pd/Ir比值较苦橄岩略高,揭示存在橄榄石和铬尖晶石的分离结晶。朱布铜镍铂族硫化物矿床的母岩浆PGE含量相对其它矿床更高。模拟计算表明朱布母岩浆含有7ppb Pd.9.3ppb Pt和0.8ppb Ir,略低于峨眉山苦橄岩。硫化物熔离时R因子（岩浆与硫化物质量比）变化于100-6000之间。5.地幔柱岩浆铜镍硫化物矿床流体挥发份组成指示成矿岩浆具有相对还原的流体介质环境,S饱和的途径可能不同。峨眉山大火成岩省朱布和西伯利亚Noril’sk铜镍铂族硫化物矿床成矿岩体中橄榄石和单斜辉石的流体挥发份对比研究表明,流体组分均以H20为主；母岩浆中H20含量估算表明,朱布矿床约0.39wt.%（96%）, Noril’sk矿床约0.6wt.%。朱布母岩浆中流体组分H2和CO2含量较高;Noril’sk矿床CO2含量较高（65%）,H2含量高,可检测到He。成矿岩浆早期流体挥发份平均含量为2589mm3.STP/g,朱布以N2（27%）和CO2（26%）为主,Noril’sk矿床以H20为主,硫的含量明显增加。成矿岩浆晚期流体总量明显增加,平均含量为10171.34mm3.STP/g,朱布以H2（53%）和CO2（23%）为主,Noril’sk矿床H2和H2S含量明显增加。CO/CO2比值表明岩浆起源于相对还原的环境,成矿阶段的流体更加还原,晚期流体相对较为氧化。岩浆上升过程中捕获了大量的含硫还原性流体组分。朱布矿床C02和CH4的碳同位素组成（分别为-44.85--22.83‰和-22.9‰～-7.01‰）具地壳和地幔混合特征,而Noril’sk矿床C02和CH4碳同位素较低,为地壳特征。表明Noril’sk与朱布矿床相比地壳混染程度更高。6.确定地幔柱岩浆铜镍硫化物矿床成矿岩浆演化过程中硫饱和的主要控制因素明显不同。含矿岩体的微量元素和同位素特征表明,与Noril’sk矿床以围岩硫加入不同,峨眉山大火成岩省铜镍硫化物矿床地壳物质混染是硫化物熔离成矿的关键因素。朱布含矿侵入体的形成经历了早期的岩浆通道阶段（边部带）和晚期的就位分离结晶阶段（中心层状杂岩体）。硫化物的熔离与成矿主要发生在通道阶段,在分离结晶阶段形成次要的硫化物矿化,不混熔的硫化物珠滴与流过通道的新岩浆不同程度发生反应。金川超大型铜镍硫化物矿床He和Ar同位素组成及模式计算表明成矿岩浆是地幔柱与大陆岩石圈地幔共同作用的结果,其中加入了20%的地壳流体和63%的大气饱和水,深循环地壳流体是硫饱和的重要因素。7.地幔柱大规模岩浆作用为超大型铜镍硫化物矿床成矿准备了充分的成矿金属,峨眉山地幔柱铜镍硫化物矿床成矿深部动力学特征与NOril’sk和金川超大型矿床相似,具有较好的找矿潜力。朱布铜镍硫化物矿床辉长岩中锆石U-Pb年龄263.2±5.6Ma,εHf《t)值（-3.05-+3.61）表明其岩浆源区与Noril’sk相似,主要以地幔柱为主,存在少量地壳物质的混染。锆石U-Pb定年和Hf同位素研究表明金川铜镍硫化物矿床是华北克拉通边缘的裂谷环境高镁岩浆作用的产物,二辉橄榄岩中锆石U-Pb年龄为821±11Ma,εHf（t）值（-11～-5）表明岩浆起源于地幔柱,存在大陆岩石圈地幔的混染。在峨眉山大火成岩省寻找铜镍硫化物矿床首先应该寻找类似朱布的基性超基性岩体,然后查明这些岩体的岩浆通道。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究意义及选题依据
• 1.2 地幔柱岩浆矿床研究现状
• 1.2.1 峨眉山地幔柱玄武岩浆作用
• 1.2.2 峨眉山地幔柱岩浆矿床
• 1.2.3 岩浆矿床成矿体系研究
• 1.3 科学问题、研究思路与研究方法
• 1.3.1 科学问题
• 1.3.2 研究思路与研究方法
• 1.4 研究内容与完成的主要工作量
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 完成的主要工作量
• 第二章 地质背景
• 2.1 区域地质
• 2.1.1 峨眉山大火成岩省
• 2.1.2 西伯利亚大火成岩省
• 2.2 矿床地质
• 2.2.1 峨眉山大火成岩省铜镍硫化物矿床
• 2.2.2 西伯利亚Nori'sk铜镍硫化物矿床
• 2.2.3 金川铜镍硫化物矿床
• 第三章 样品及实验方法
• 3.1 样品及处理
• 3.1.1 样品
• 3.1.2 岩石学特征
• 3.1.3 样品处理
• 3.2 矿物化学及同位素组成分析
• 3.2.1 矿物化学组成及流体组成分析
• 3.2.2 全岩地球化学分析
• 3.2.3 同位素地球化学分析
• 第四章 矿物化学组成及流体组成
• 4.1 矿物化学组成特征
• 4.1.1 苦橄岩橄榄石
• 4.1.2 超镁铁质侵入体尖晶石
• 4.1.3 超镁铁质侵入体橄榄石
• 4.1.4 超镁铁质侵入体单斜辉石
• 4.2 矿物流体挥发份特征
• 4.2.1 流体挥发份释气特征
• 4.2.2 流体挥发份化学组成
• 第五章 岩石地球化学特征
• 5.1 主量元素
• 5.1.1 峨眉山苦橄岩
• 5.1.2 峨眉山Cu-Ni-PGE硫化物矿床
• 5.2 微量元素
• 5.2.1 宾川苦橄岩
• 5.2.2 峨眉山Cu-Ni-PGE硫化物矿床
• 5.3 铜、镍和铂族元素
• 第六章 同位素地球化学
• 6.1 锆石U-Pb同位素
• 6.1.1 宾川苦橄岩及安山质凝灰岩
• 6.1.2 朱布铜镍硫化物矿床
• 6.1.3 金川铜镍硫化物矿床
• 6.2 锆石Hf同位素
• 6.2.1 宾川安山质凝灰岩
• 6.2.2 朱布铜镍硫化物矿床
• 6.2.3 金川铜镍硫化物矿床
• 6.3 硅酸盐矿物Sr-Nd同位素组成
• 6.4 流体挥发份碳同位素组成
• 6.4.1 峨眉山朱布岩体碳同位素组成
• 6.4.2 西伯利亚大火成岩省碳同位素组成
• 6.5 稀有气体同位素组成
• 6.5.1 金川铜镍硫化物矿床
• 6.5.2 西伯利亚和峨眉山大火成岩省
• 第七章 地幔柱成矿岩浆体系
• 7.1 母岩浆组成与性质
• 7.1.1 宾川苦橄岩形成时代限定
• 7.1.2 母岩浆源区
• 7.1.3 母岩浆的组成
• 7.1.4 母岩浆的性质
• 7.2 母岩浆中的流体介质
• 7.2.1 峨眉山地幔柱岩浆流体介质
• 7.2.2 西伯利亚地幔柱岩浆流体介质
• 7.3 成矿岩浆演化
• 第八章 成矿作用控制因素
• 8.1 橄榄石的指示
• 8.1.1 橄榄石成分变化的意义
• 8.1.2 朱布铜镍硫化物矿床
• 8.1.3 力马河与青矿山铜镍硫化物矿床
• 8.2 硫饱和及硫化物熔体熔离控制因素
• 8.2.1 硫的溶解度
• 8.2.2 硫饱和及硫化物熔离控制因素
• 8.3 矿床成因
• 第九章 岩浆成矿作用深部动力学
• 9.1 成矿深部地质过程
• 9.1.1 峨眉山地幔柱岩浆矿床
• 9.1.2 西伯利亚大火成岩省
• 9.2 金川矿床与大陆裂解岩浆成矿作用
• 第十章 结论与不足
• 10.1 主要结论
• 10.2 存在不足
• 参考文献
• 在读期间科学研究及成果
• 致谢