东秦岭沙沟和西秦岭大水地区成岩成矿作用及其对秦岭造山带演化的指示意义摘要
秦岭造山带横亘中国大陆腹地,东接大别造山带,西接昆仑和祁连造山带,南北联系华北克拉通和扬子克拉通,构成东亚一个非常重要的构造域。其经历了30多亿年的演化历史,经历了多次不同的造山作用,造就了类型丰富而富有特色的矿产资源,因此,对于秦岭造山带的研究既具有重要的大地构造学意义,也能极大的推动我国找矿事业的发展。虽然前人对于秦岭造山带进行了数十年的科学研究,但是关于一些重要的科学问题仍然存在不同的认识和激烈的争论。特定的岩石学研究可以反演特定地区的大地构造环境已为众多科学家公认并应用,特定的成矿类型其实也可以指示特定的大地构造环境并且反演或重建大地构造格局以及演化历史,却长期没有得到足够的重视。本学位论文选取西秦岭大水花岗闪长斑岩和大水金矿及东秦岭造山带寨凹地区的沙沟银铅锌矿和辉绿岩为研究对象,在野外地质考察的基础上,通过系统的岩相学、矿相学、矿物学、流体包裹体研究及元素和多元同位素体系(C-H-O-S-Sr-Nd-Hf)同位素及锆石U-Pb年代学研究,确定了成岩成矿类型,建立了成岩成矿模式,探讨了秦岭造山带相关时代的构造演化。本学位论文主要取得如下进展:(1)前人研究认为认为华北地块南缘在2.72~2.57 Ga、2.48~2.32 Ga、2.30~2.20 Ga之间存在一个岩浆活动的静寂期。而本文研究发现,寨凹地区存在2.24Ga的辉绿岩,即华北克拉通南缘存在此时期的构造热事件。寨凹辉绿岩锆石εHf(t)值介于-11.4~-2.7,单阶段模式年龄范围为2805~3051Ma。由元素及同位素地球化学特征可得出其成岩作用的母岩浆为源自再循环陆源沉积物混入交代的富集岩石圈地幔。模拟计算结果表明源区基本不含石榴石,显示一个较浅的深度,其形成的动力学背景为板内环境,可能为造山后伸展垮塌形成的产物,表明2.24Ga左右华北克拉通南缘已经进入了造山后伸展环境。(2)大水金矿区大水岩体成岩年龄为215Ma,具有与埃达克岩相似的特征,如SiO2(wt%)>56, Al2O3(wt%)>15, Sr(ppm)>400,Y(ppm)<18, Yb(ppm)<1.9及高Sr/Y、La/Yb等特征,表明其源区可能存在石榴石,其富Sr及弱的正Eu异常表明其源区可能缺乏斜长石。利用锆石Ti含量温度计计算大水岩体形成时的温度<800℃C,表明它们属于“冷”岩浆,需要外来的流体加入才能使其发生熔融,大水岩体的Mg#(57~62)高于单纯地壳部分熔融形成的花岗岩,表明在其形成过程中应该有地幔物质的贡献,结合Nd-Hf同位素,认为俯冲洋壳上覆沉积物的部分熔融在大水岩体成岩作用过程中起到了重要的作用。大水岩体实际上产出背景为一个弧背景。秦岭的三叠纪既存在陆陆俯冲,也存在洋陆俯冲。也就是说,秦岭造山带的最终缝合至少应该晚于大水岩体的形成年龄(215 Ma)。(3)大水金矿的形成时代可能为215~200 Ma之间,大水金矿流体包裹体从早阶段到晚阶段流体包裹体大部分为W类,其成矿流体主要为简单的H2O-NaCl体系,中低温低盐度流体。C-O同位素测试工作显示大水金矿成矿流体既不是岩浆水,也不是大气降水,而是碳酸盐岩发生变质脱水形成的流体。其围岩三叠纪马热松多组灰岩极有可能是大水金矿成矿流体的主要来源。综合来看,大水金矿是西秦岭一个具有自己独特特征的卡林型金矿,结合大水矿区岩体的相关工作,认为大水金矿和大水岩体可能为同一构造背景下的产物。(4)东秦岭熊耳地体形成于145 Ma的沙沟银铅锌矿,成矿阶段可以分为早期石英-黄铁矿阶段,中期石英-多金属硫化物阶段,及晚期石英-方解石阶段,其中,中阶段为主成矿期。其早、中阶段成矿流体为中低温、低盐度、富CO2流体,晚阶段只有水溶液包裹体,表明了成矿流体从富CO2向贫CO2演化。根据流体包裹体H-O同位素认为成矿流体主要为变质水,根据流体包裹体Sr同位素认为成矿流体主要来自马超营断裂以南的官道口群+栾川群,根据主成矿期硫化物的S-Pb同位素,认为主要成矿物质来源为官道口群+栾川群和太华群的混合。沙沟银铅锌矿是一个典型的变质热液矿床,可能是一个造山型的银铅锌矿,其主要受马超营断裂的次级断裂所控制,本区可能在145 Ma的时候仍处于挤压变质阶段。本学位论文的研究工作表明通过对相关矿床与岩体的结合来研究大地构造演化过程是行之有效的。
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