新疆东天山-北山晚古生代热液铁矿床的年代学及地球化学

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	新疆东天山-北山晚古生代热液铁矿床的年代学及地球化学
	黄小文
导师	漆亮
	2013
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位名称	博士
学位专业	地球化学
关键词	Re-os同位素 La-icp-ms微量元素铁矿床新疆
摘要	新疆东天山和北山构造带是我国重要的铜、镍、金、铁、铅锌等大型矿床集中区。东天山从北到南可以分为4个构造单元，大南湖-头苏泉岛弧带、康古尔构造带、阿齐山-雅满苏构造带和中天山地块。东天山的铁矿床主要分布在阿齐山-雅满苏构造带和中天山地块。北山构造带的铁矿床主要分布于磁海地区。尽管前人对这些铁矿床做了很多工作，但是这些铁矿床的矿床成因和成矿构造背景仍然存在着争议，主要是由于缺乏精确的同位素年代学数据，其次是成矿流体研究非常薄弱，这严重制约了成矿机制和成矿动力学背景的研究。本文选取东天山阿齐山-雅满苏构造带的黑峰山、双峰山铁矿床及沙泉子铁（铜）矿床和北山构造带的磁海铁矿床作为研究对象，首先对东天山铁矿床的赋矿地层底坎儿组火山岩进行了详细的地球化学研究，其次利用黄铁矿、磁黄铁矿及磁铁矿的Re-Os同位素定年技术，磁铁矿LA-ICP-MS原位微量元素技术，并结合黄铁矿、方解石微量（元素）和稀土元素和黄铁矿的硫同位素及方解石的碳氧同位素等地球化学手段，对上述矿床进行了详细的年代学和成矿流体方面的研究。主要取得了以下几点认识：（1）底坎儿组火山岩的主量、微量、Sr-Nd同位素及铂族元素（PGE）地球化学研究表明，底坎儿组火山岩为石榴子石-尖晶石橄榄岩地幔的低程度部分熔融（<10%）产物。原始岩浆为S相对亏损的岩浆，部分熔融过程中可能有少量硫化物（~0.001%）残留于地幔。岩浆在上升或侵位过程中经历过矿物的结晶分异和硫化物的熔离作用。玄武岩主要经历了橄榄石和辉石的结晶分异，安山岩和流纹英安岩则主要经历了斜长石和磁铁矿的结晶分异。底坎儿组火山岩可能形成于弧后盆地环境。（2）对黑峰山、双峰山铁矿床及沙泉子铁（铜）矿床的黄铁矿进行Re-Os同位素定年，得到加权平均模式年龄分别为302 ± 5 Ma（2σ，MSWD = 0.17）、292 ± 5 Ma（2σ，MSWD = 0.33）和295 ± 6 Ma（2σ，MSWD = 0.23）。除此之外，尝试性地对沙泉子铁（铜）矿床的磁铁矿进行了Re-Os同位素定年，得到与黄铁矿非常一致的Re-Os等时线年龄为303 ± 12 Ma（2σ，MSWD = 2.3）。因此，Re-Os同位素定年研究表明东天山的这些铁矿床形成于晚石炭世。（3）对磁海铁矿床的硫化物进行Re-Os同位素研究表明，磁黄铁矿的Re-Os同位素体系容易受后期热液活动影响而导致体系不封闭，而黄铁矿Re-Os体系相对比较稳定，是岩浆热液矿床定年较好的方法。黄铁矿的加权平均Re-Os模式年龄为262.3 ± 5.6 Ma（2σ，MSWD = 0.42），指示磁海铁矿床形成于晚二叠世。（4）磁铁矿的LA-ICP-MS原位微量元素表明，黑峰山、双峰山铁矿床及沙泉子铁（铜）矿床的磁铁矿具有较低的V、Ti和Cr含量（平均分别为40 μg/g、170 μg/g和10 μg/g），明显低于岩浆磁铁矿，而与热液磁铁矿相似，指示磁铁矿形成于热液体系，且可能与中酸性岩浆活动有关。磁海铁矿床的磁铁矿具有较高的Al、Ga、V、Cr和Ti含量，但仍低于岩浆磁铁矿，比东天山铁矿的热液磁铁矿要高些，也说这些磁铁矿形成于热液过程，且可能与基性岩浆活动有关。（5）黑峰山、双峰山铁矿床及沙泉子铁（铜）矿床黄铁矿具有相似的微量元素含量，Co、Ni、Cu、As在黄铁矿中强烈富集，Bi中等富集，Pb、Zn、Mo、Cd、Sn、Sb含量与上地壳中的含量相当，表现为弱的富集或者亏损。黄铁矿较高的Cu含量可能反应了成矿流体中富集Cu，而较低的Pb、Zn含量可能反应了成矿流体中较低的Pb2+和Zn2+浓度。这些矿床黄铁矿Co含量为291~3693 μg/g、Ni含量为8.28~535 μg/g、Co/Ni比值为1.43~46.58，与火山和热液成因的矿床类似，表明这三个矿床的成矿流体可能来自于火山热液。（6）黑峰山、双峰山铁矿床及沙泉子铁（铜）矿床黄铁矿的硫同位素组成δ34S值为-3‰~5‰，指示成矿流体来自于岩浆或者地幔。（7）黑峰山铁矿床矿石方解石的δ13CPDB和δ18OSMOW分别为-2.8‰~-1.0‰和11‰~12.6‰。沙泉子铁（铜）矿床矿石方解石的δ13CPDB和δ18OSMOW的变化范围分别为-5.5‰~-2.3‰和10‰~12.7‰。这两个矿床的方解石的碳、氧同位素组成与原生碳酸岩相似，而与沉积有机物和海相碳酸盐岩的同位素组成相差甚远，说明了这两个矿床的成矿流体来源于地幔或者岩浆岩。（8）从以上研究可知，东天山和北山构造带的火山岩型铁矿床形成于不同的时代，且具有不同的成矿流体来源。前者与晚石炭世的基性-中性岩浆活动有关，而后者与晚二叠世的基性-超基性岩浆活动有关.
其他摘要	The Eastern Tianshan Orogenic Belt (ETOB) and the Beishan terrane in Xinjiang Uygur Autonomous Region have been important targets for Cu, Ni, Au, Fe, Pb and Zn mineral exploration in NW China. The ETOB is composed of the Dananhu-Tousuquan arc belt, the Kanggurtag belt, the Aqishan-Yamansu belt, and the Central Tianshan belt from north to south. Iron deposits in the ETOB are mainly distributed in the Aqishan-Yamansu belt and the Central Tianshan belt, whereas those in the Beishan terrane are predominantly distributed in the Cihai area. Although there are numerous studies on these iron deposits, the ore genesis and tectonic setting remain a matter of debate. Due to lack of precise mineralization ages and detailed study of ore-forming fluids, thus the metallogenic mechanism and geodynamic setting cannot be constrained. In this paper, the Heifengshan, Shuangfengshan, and Shaquanzi Fe(-Cu) deposits in the ETOB and Cihai Fe deposit in the Beishan terrane were selected to study detailed ore geochemistry. First, we carry out geochemical study for the volcanic rocks from the Dikan’er Formation (ore-hosting strata of Heifengshan and Shaquanzi deposits). Second, Re-Os isotopic dating of pyrite, pyrrhotite and magnetite, in situ trace elements of magnetite by LA-ICP-MS, trace and rare earth elements of pyrite and calcite, sulfur isotopes of pyrite, and carbon-oxygen isotopes of calcite were used to constrain the mineralization ages and the sources of ore-forming fluids. Based on these, the main conclusions are listed as follows.(1) Major elements, trace elements, Sr-Nd isotopes, and platinum-group elements of volcanic rocks from the Dikan’er Formation indicate that these rocks were derived from low degree (<10%) of partial melting of garnet-spinel lherzolite mantle. The primary magma was sulfur depleted, and some sulfides (~0.001%) were remained in the mantle source.
学科领域	矿床地球化学
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.gyig.ac.cn/handle/352002/5816
专题	研究生_研究生_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	黄小文. 新疆东天山-北山晚古生代热液铁矿床的年代学及地球化学[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2013.

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