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扬子西缘新生代陆内Cu-Au成矿斑岩起源:下地壳包体成分及实验地球化学制约

文献类型:学位论文

作者刘 龚
答辩日期2023
文献子类博士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院地球化学研究所
导师毕献武、胥磊落
关键词陆内成矿斑岩,岩浆起源,下地壳包体,高温高压熔融实验,扬子西缘 
其他题名Origin of the Cenozoic Cu-Au fertile porphyries in the western margin of the Yangtze Craton: constraints from the compositions of the lower crustal enclaves and experimental geochemistry
英文摘要

斑岩型矿床是全球最重要的Cu和Au矿床类型之一,该类矿床主要产于汇聚板块边缘的岩浆弧环境和陆内(或后碰撞)环境。相较于弧环境斑岩矿床而言,陆内环境斑岩型矿床研究起步较晚,相关成矿理论的研究相对薄弱。近20年以来随着一批大型−超大型矿床的发现,陆内环境斑岩型矿床研究取得了重要的研究进展。研究表明,相似于弧环境成矿斑岩岩浆,陆内成矿斑岩岩浆亦具有高氧逸度和富水特征。对于弧斑岩矿床而言,高氧逸度−富水成矿母岩浆普遍被认为由俯冲大洋板片脱水交代地幔楔形成的氧化性源区部分熔融形成。对于陆内环境形成的斑岩矿床,由于成矿时大洋已经闭合,大洋板片通过持续性俯冲脱水提供氧化性流体已变得比较困难。因此,高氧逸度−富水陆内成矿斑岩的岩浆起源成为学界广泛关注和研究的热点。 对于陆内斑岩Cu-Au矿床高氧逸度−富水岩浆的起源,学界存在两种主流观点:(1)母岩浆起源于古大洋板片俯冲改造的、富金属硫化物的、新生基性弧下地壳的部分熔融,其高氧逸度和富水特征主要由下地壳角闪石脱水所引起;(2)母岩浆起源于交代岩石圈地幔的部分熔融,其高氧逸度和富水特征主要继承自地幔源区。针对这两种不同的观点,近年来,包括作者课题组在内的诸多学者,主要基于特提斯成矿域冈底斯、玉龙和哀牢山−红河(扬子西缘)三个陆内斑岩成矿带等的大量研究,在第一种观点认识的研究基础上,提出交代岩石圈地幔来源的钾质−超钾质岩浆与新生弧下地壳来源的岩浆不同比例的混合形成成矿斑岩的母岩浆,幔源钾质−超钾质岩浆不同程度参与是导致成矿斑岩高氧逸度、富水等特征的主要诱因。尽管提出该成因模型,但模型的有效性仍不清楚。即,在岩浆形成的特定温度−压力条件下,两个源区端员物质经部分熔融混合形成的母岩浆,是否与我们观察到的成矿斑岩的岩浆成分具有可比性,仍有待开展更深入的研究工作。为此,本研究以扬子克拉通西缘典型的陆内Cu-Au成矿斑岩(如北衙超大型斑岩−矽卡岩型Au多金属矿床和马厂箐中型斑岩Cu-Mo矿床)、代表下地壳源区端员的包体(六合地区石榴角闪岩包体)、以及代表地幔源区端员的钾质−超钾质岩石(姚安地区煌斑岩)为重点研究对象,在厘定下地壳包体成因研究的基础上,通过对幔源煌斑岩和下地壳石榴角闪岩混合物开展高温高压脱水部分熔融实验,试图回答陆内Cu-Au成矿斑岩的岩浆起源、富水特征的成因。研究取得了以下认识: (1)揭示了下地壳包体的地质地球化学特征:包体主要为石榴角闪岩和石榴透辉角闪岩,为基性火成岩变质而形成,富集LILEs和LREEs,亏损Nb、Ta、Ti、Zr和Hf。基于主要矿物组合估算的温度和压力值结果显示石榴角闪岩形成的温度和压力分别为663–684 ℃和12 kbar,对应地壳深度约为39–40 km,而石榴透辉角闪岩形成温度和压力明显高于石榴角闪岩,其值分别为716–741 ℃和14–15 kbar,对应地壳深度约为46–49 km,表明二者皆来源于扬子西缘下地壳。基于全岩地球化学特征和以往研究,本次研究认为石榴角闪岩和石榴透辉角闪岩原岩很可能为新元古代弧岩浆在下地壳的拉斑玄武质堆晶岩。 (2)佐证了陆内Cu-Au成矿斑岩岩浆起源的壳−幔混合模型:在P = 2.0−2.5 GPa和T = 800−1050 ℃条件下,20 wt.%幔源煌斑岩和80 wt.%下地壳石榴角闪岩混合初始物质脱水部分熔融实验发现实验熔体成分为铝质−偏铝质和花岗质−奥长花岗质的,熔体SiO2 = 57.50−72.42 wt.%、Al2O3 = 15.94−21.68 wt.%、FeO* = 1.03−7.03 wt.%、MgO = 0.11−1.45 wt.%、CaO = 0.62−4.30 wt.%、Na2O = 2.53−9.95 wt.%、K2O = 1.42−7.54 wt.%、TiO2 = 0.15−2.29 wt.%。其中,在P = 2.0 GPa和T = 950–1000 ℃、P = 2.2 GPa和T = 950 ℃以及在P = 2.5 GPa和T = 900–1000 ℃条件下,熔体主量元素组成与陆内Cu-Au成矿斑岩相似。在P = 2.0 GPa和T = 1000 ℃、P = 2.2 GPa和T = 950 ℃以及P = 2.5 GPa和T = 900−1000 ℃条件下,分析的熔体微量元素组成具有富集LILEs、亏损HFSEs、低Y(<5.30 ppm)和Yb(<0.983>606)和La/Yb(>105)比值等特征,与陆内Cu-Au成矿斑岩组成相似。这些地球化学特征的相似性表明,以往建立的成矿斑岩岩浆的壳−幔混合模型至少在这些实验条件下可以得到佐证。 (3)解释了陆内Cu-Au成矿斑岩岩浆的富水成因:在熔融过程中,受实验温度和压力条件控制的含水矿物(如角闪石和云母)的分解以及部分熔融程度对熔体的含水量起主要控制作用。所有实验熔体的水含量为4.33−13.48 wt.%。其中,P = 2.2 GPa,T = 950 ℃和P = 2.5 GPa,T = 900−1000 ℃的实验熔体的含水量可达10.04−13.48 wt.%,与陆内Cu-Au成矿斑岩岩浆的含水量相似,表明壳−幔混合部分熔融过程可产生大量的水,可以解释成矿斑岩岩浆的高水含量特征。

语种中文
页码208
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专题地球化学研究所_研究生
推荐引用方式
GB/T 7714
刘 龚. 扬子西缘新生代陆内Cu-Au成矿斑岩起源:下地壳包体成分及实验地球化学制约[D]. 中国科学院地球化学研究所. 中国科学院大学. 2023.

入库方式: OAI收割

来源:地球化学研究所

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