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云南程海—宾川断裂带斑岩地球化学特征及成因

【摘要】:程海—宾川断裂带位于扬子陆块西缘,属金沙江—红河构造带的重要组成部分之一,受印度—欧亚板块远程碰撞效应影响,沿该断裂带及其次级断裂分布着大量的新生代碱性斑岩。近年来,随着与富碱斑岩有关的找矿工作投入加大,程海—宾川构造岩浆带内,新发现了与永胜分水岭碱性侵入岩有关具中型规模找矿前景的铜矿床,在宾川小龙潭和大理笔架山富碱斑岩型铜金矿区也获得了重大找矿突破,两矿区有望达到中大型规模,引起了国内外地质学者的高度关注。与区内马厂箐铜钼金矿相比,该带内富碱岩浆演化机制和成岩动力学背景研究显得十分薄弱。本博士论文从区域地质背景分析入手,以分水岭、小龙潭和笔架山碱性侵入岩体为重点研究对象,在详细的岩石学、岩相学研究基础上,开展了较为系统的岩石地球化学(主量、微量和稀土元素)、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素等方面的研究,详细划分该构造岩浆带内富碱侵入岩的岩石类型,精确厘定了成岩年龄,深入探讨了岩石成因,构建了切合本区实际的成岩动力学模型。最后,简要分析了与典型矿区斑岩(马厂箐岩体)的成矿差异性原因。取得主要研究成果如下:(1)系统详细划分了研究区内碱性斑岩的岩石类型。岩石学和岩相学上,分水岭斑岩主要由(黑云母)花岗闪长斑岩、钾长花岗斑岩、闪长正长斑岩、二长斑岩和少量煌斑岩组成:小龙潭斑岩主要由二长花岗斑岩、(钾长)花岗斑岩、黑云母花岗闪长斑岩和黑云二长斑岩等组成;笔架山斑岩主要由石英二长斑岩、煌斑岩以及少量(钾长)花岗闪长斑岩组成。结合岩石地球化学特征,三个岩体则均是由长英质斑岩和煌斑岩组成。长英质斑岩虽在造岩矿物上有所不同,但结构特征相似,应为同源岩浆演化作用的结果;而煌斑岩在空间分布上显由南向北(距金沙江断裂距离由近及远),其规模和数量均呈递减趋势,可能与深部断裂通道和幔源镁铁质岩浆上升侵位距离有关。(2)详细分析了三个富碱侵入岩体的岩石地球化学特征。岩石地球化学特征显示,三个岩体长英质斑岩具富碱、富钾和准铝质—弱过铝质特征,属高钾钙碱性—钾玄岩系列岩石;具高Sr、高Sr/Y和(La/Yb)N匕值,低镁、Y和HREE特征,显较强的埃达克质岩石地球化学特征;LILE(Rb、Ba、U、Th和Sr)和LREE富集,Nb和Ti)亏损和显著的“TNT”负异常以及Eu弱或无负异常特征,反映源区岩浆具壳幔混合特征,其形成与俯冲环境有关。相似的微量和稀土元素组成及其配分模式,表明长英质斑岩属同源岩浆演化产物,有相同的源区特征和成岩环境。煌斑岩具富碱、高钾、低钛特征,属钾质—超钾质钙碱系列岩石,其稀土、微量元素特征与长英质斑岩相似,亦具“TNT”负异常,表明两者源区特征和成岩环境类似,但相近的∑REE含量,指明了两者源区和岩浆演化机制不同。(3)运用LA-ICP-MS锆石U-Pb法精确厘定了研究区斑岩的成岩年龄。应用锆石U-Pb法,获得3个岩体长英质斑岩成岩年龄整体介于35.6~34.5 Ma,煌斑岩成岩年龄为33.6 Ma,均处于青藏高原晚碰撞期(40~26 Ma)内。高度一致的成岩年龄,表明长英质斑岩和煌斑岩同属喜马拉雅期古近纪始新世晚期岩浆活动产物,两者具有相同的成岩动力学背景。(4)运用Lu-Hf同位素对研究区长英质斑岩源区组成进行了限定,并重新厘定了长英质斑岩的岩石成因类型。三个岩体长英质斑岩锆石具εHf(t)值负值多、正值少及对应的古老地壳二阶段模式年龄(672~1608 Ma)特点,表明中元古代古老地壳物质对其源区组分贡献较大,而幔源物质次之。结合岩相学和地球化学等指标,认为长英质斑岩应为具有C型埃达克质岩石地球化学特征的类I、S复合型富碱斑岩,其中不同岩体I型程度反映不同。(5)准确界定了研究区长英质斑岩岩浆形成温度。全岩锆石饱和温度计算结果,显示分水岭、小龙潭和笔架山长英质斑岩岩浆形成温度分别为730.02~785.30℃、757.86~789.01和748.75~778.68℃。相对一致的岩浆温度,表明它们起源位置大致相同;普遍较高的岩浆温度,反映幔源物质对岩浆源区不但贡献了物质组分还提供了热量。(6)深入分析了研究区长英质斑岩和煌斑岩的源区属性。研究成果表明,煌斑岩起源于受俯冲板片流体交代的含金云母尖晶石—石榴子石相二辉橄榄岩过渡相的岩石圈富集地幔低程度(2%~10%)部分熔融,源区深度约80 km。长英质斑岩起源于约53 km处的加厚下地壳底部,源区岩浆主要由石榴角闪岩相下地壳低程度(10%)部分熔融形成,同时源区还遭受了少量底侵而来的俯冲板片流体交代的岩石圈富集地幔熔融组分(煌斑岩岩浆)的混染,源区具显著的壳幔混合特征,与第4点锆石Hf同位素反映特征一致。(7)指出了研究区斑岩成岩动力学背景,构建了相应的成岩动力学模型。研究认为,长英质斑岩和煌斑岩均形成于印度—欧亚板块晚碰撞期力学性质由挤压向伸展转换背景下,与金沙江—红河富碱斑岩带形成背景一致。成岩动力学机制为:随着印度—欧亚板块进入晚碰撞期(40~26 Ma)构造应力由挤压转变为伸展,引起减压对流作用发生,诱发高温软流圈上涌加热岩石圈富集地幔发生部分熔融形成镁铁质(煌斑岩)岩浆,部分镁铁质熔体上升底侵加厚下地壳发生部分熔融并与之混染形成具壳幔混合特征的长英质岩浆。形成的镁铁质岩浆和长英质斑岩岩浆沿主碰撞期(65~41 Ma)产生的金沙江—红河走滑断裂、程海—宾川走滑断裂及其派生的次级断裂通道上升侵位形成煌斑岩和长英质斑岩。(8)分析了研究区三个斑岩体与马厂箐富碱斑岩矿化差异性原因。从产出构造位置、岩石特征、岩石地球化学特征和成岩年龄4个方面对比,认为研究区长英质斑岩矿化强度和规模弱小,可能受程海—宾川断裂带岩浆活动强度及其深部断裂通道连通性和岩浆分异程度等因素制约。

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