新疆北山二叠纪大型镁铁-超镁铁质岩体的动力学背景及成矿潜力

新疆北山地区聚集着坡北、罗东、红石山、漩涡岭和笔架山等众多的二叠纪大型镁铁-超镁铁质杂岩体,主要由橄榄岩、辉石岩和辉长岩组成,具有堆晶韵律层,其形成年龄(260.7~289 Ma)与塔里木大火成岩省年龄接近。岩体橄榄石Fo值与Ni含量正相关;与原始地幔相比,微量元素富集Rb、Sr和Pb,亏损Nb、Ta、Ti、Zr和Hf;稀土元素具LREE亏损-平坦型球粒陨石标准化配分曲线。岩石PGE含量低、具IPGE亏损型原始地幔标准化配分型式。SrNd同位素位于亏损地幔(DM)与OIB范围之间,Re-Os同位素组成与地幔柱岩浆作用形成的Noril'sk铜镍硫化物矿床和峨眉山溢流玄武岩重叠。模拟计算表明,母岩浆Mg O含量高,岩浆初始液相线温度及结晶温度高,岩浆演化过程中经历了分离结晶作用、地壳混染以及早期的硫化物熔离。由此推断北山大型镁铁-超镁铁杂岩体可能是在后碰撞伸展环境叠加地幔柱作用,诱发软流圈上涌、岩石圈底侵,导致俯冲流体交代的岩石圈地幔在高温条件下高程度部分熔融形成的,具有较大的岩浆矿床成矿潜力。     

新疆磁海铁矿床Fe-O-S同位素和元素地球化学示踪

新疆磁海铁矿位于北山构造-成矿带西端,以磁海矿段为主要组成部分,铁矿体主要为透镜状、似层状,围岩以辉绿岩为主,二者接触线截然且平直;另外一种矿体产在基性岩体与地层接触带的石榴子石透辉石矽卡岩岩体内,整个矽卡岩岩体即为铁矿体。通过野外矿床特征与矿相学研究,成矿过程可分为:(1)矿浆期,以磁铁矿+单斜辉石+普通角闪石的近同时产出为特征;(2)矽卡岩期,先期以石榴子石+透辉石+磁铁矿为特征,后期以透闪石/阳起石+石英+磁黄铁矿+黄铜矿+黄铁矿的组合为特征。通过对矿浆期及矽卡岩期典型矿物的地球化学及Fe、S、O同位素结果分析,认为矿浆期铁质具有幔源特征,矽卡岩期成矿流体对矿浆期具有继承性。通过与前人研究结果对比分析,认为磁海成矿可能形成于塔里木地区二叠纪地幔柱背景,含矿母岩浆可能为地幔柱的分支。     

新疆天山石炭—二叠纪大规模岩浆成矿事件与形成机制探讨

天山地质构造演化复杂,多阶段演化中岩浆活动与成矿作用规模并不均衡。而石炭-二叠纪却是天山成矿带大规模岩浆活动和金属成矿作用的"爆发"期。本研究紧紧围绕岩浆铜镍矿床、斑岩型铜(钼)矿床及火山岩型磁铁矿矿床,从含矿岩体的岩浆起源、岩浆演化及成矿特点,系统研究地球深部相应岩浆活动的地质过程。通过典型矿床的深入剖析,建立相应矿床类型的成矿模式,破解制约找矿突破的控制因素,系统阐述了板块构造与地幔柱体制叠加并存的地质特征与成矿表现。联系塔里木地幔柱的活动特点和成矿表现,将其与天山造山带三类主要矿床类型建立关联,对比岩石学、年代学及地球化学研究,发现天山成矿带成矿类型与塔里木地幔柱及板块构造存有密切关系,可能是两种构造体制叠加并存的结果。塔里木克拉通深部熔融的地幔物质,围绕刚性塔里木克拉通边缘不断上涌,并与表壳物质发生交换,随着板块俯冲的持续和减弱,深部上涌的地幔物质不断加强,先后形成因深部地幔物质多寡而金属聚集的不同矿床类型。该地幔柱形成时深部过程与成矿作用认识模型的建立,极大地推进了板块构造、地幔柱与岩浆成矿作用的研究,同时可为天山及邻区找矿突破提供借鉴和指导。     

新疆磁海铁矿区镁铁-超镁铁岩地球化学特征及其地质意义

磁海铁矿床地处塔里木盆地北缘北山成矿带内, 为一与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆分异-矿浆贯入-热液交代型复成因铁矿床。对磁海矿区镁铁-超镁铁岩的岩石学特征和岩石地球化学特征等进行了较为系统的研究, 认为这套镁铁-超镁铁岩石属于铁质钙碱性玄武岩系列。稀土及微量元素特征与原始地幔成分接近,表明岩浆上升侵位过程中局部遭受陆壳混染。结合前人的研究成果, 认为该矿床形成于后碰撞拉张构造环境。原始岩浆的结晶分异和后期热液蚀变对磁海铁矿形成和富集起重要作用。     

塔里木和中亚造山带西段二叠纪大火成岩省的两类地幔源区

对塔里木和中亚造山带西段二叠纪玄武质岩石地质、年龄、元素地球化学、同位素组成的系统总结表明,二叠纪火成岩在分布面积、岩石类型(以玄武岩占绝对优势)、活动时间(以275Ma左右为峰期)等方面均与世界典型的大火成岩省一致,将其命名为巴楚大火成岩省(Bachu LIP)。元素和同位素地球化学特征表明,塔里木玄武岩来自长期富集的岩石圈地幔,来源深度为60~80km。塔里木基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩的原始岩浆可能来自软流圈地幔(OIB)部分熔融。中亚造山带西段的玄武岩、基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩主要来自被俯冲带熔体交代的强烈亏损的岩石圈地幔,其中部分地区可能有软流圈物质的加入,如东天山和阿勒泰南缘高Ti系列的玄武质岩石。根据元素和同位素地球化学资料,将巴楚大火成岩省分为2个地幔省(mantle domain),即塔里木省和中亚省。这2个不同地幔省的成矿系列也有显著的差异,塔里木省为钒-钛磁铁矿矿床,而中亚则以铜-镍-(铂族金属)硫化物矿床为主,成矿作用的差异和岩浆地幔源区的差异是完全对应的。综合地质、地球化学和成矿作用,认为巴楚大火成岩省的形成和二叠纪地幔柱密切相关。     

新疆东天山磁海铁矿区侵入岩年龄及其对矿床形成时代的制约

新疆东天山是中国重要铁铜多金属成矿带之一,磁海大型铁矿床位于该成矿带南缘的北山裂谷带内。铁矿体赋存于早期辉绿岩和矽卡岩中,呈透镜状、脉状近平行排列,后期辉绿岩脉穿切早期辉绿岩和矿体。在野外地质调查的基础上,文章对早期辉绿岩和成矿期后辉绿岩脉进行了年代学研究。锆石LA-MC-ICP MS U-Pb测年结果表明,赋矿辉绿岩的形成时代为（286.5±1.8）Ma和（284.8±1.3）Ma,辉绿岩脉形成于（275.8±2.2）Ma,由此限定磁海铁矿床的形成年龄在286~275 Ma,属于早二叠世成矿。结合区域岩浆和构造活动研究成果认为,磁海铁矿床成矿作用与东天山地区早二叠世大规模镁铁质-超镁铁质岩浆作用密切相关,形成于碰撞后伸展构造环境中。     

塔里木和中亚造山带西段二叠纪大火成岩省的两类地幔源区

对塔里木和中亚造山带西段二叠纪玄武质岩石地质、年龄、元素地球化学、同位素组成的系统总结表明,二叠纪火成岩在分布面积、岩石类型(以玄武岩占绝对优势)、活动时间(以275Ma左右为峰期)等方面均与世界典型的大火成岩省一致,将其命名为巴楚大火成岩省(Bachu LIP)。元素和同位素地球化学特征表明,塔里木玄武岩来自长期富集的岩石圈地幔,来源深度为60～80km。塔里木基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩的原始岩浆可能来自软流圈地幔(OIB)部分熔融。中亚造山带西段的玄武岩、基性岩墙和超镁铁-镁铁杂岩主要来自被俯冲带熔体交代的强烈亏损的岩石圈地幔,其中部分地区可能有软流圈物质的加入,如东天山和阿勒泰南缘高Ti系列的玄武质岩石。根据元素和同位素地球化学资料,将巴楚大火成岩省分为2个地幔省(mantledomain),即塔里木省和中亚省。这2个不同地幔省的成矿系列也有显著的差异,塔里木省为钒-钛磁铁矿矿床,而中亚则以铜-镍-(铂族金属)硫化物矿床为主,成矿作用的差异和岩浆地幔源区的差异是完全对应的。综合地质、地球化学和成矿作用,认为巴楚大火成岩省的形成和二叠纪地幔柱密切相关。     

塔里木板块东北部笔架山东基性-超基性岩体地球化学特征与岩石成因

笔架山东基性—超基性岩体位于塔里木板块东北部的新疆北山地区,是笔架山岩带中最东边的一个岩体,岩体形态为椭圆状,出露面积约5 km2.由含长单辉橄榄岩、橄榄辉长岩、含橄辉长岩、辉长岩以及辉绿岩组成.含橄榄石较多的岩石属拉斑玄武岩系列,而辉长岩属钙碱性系列.岩相学、岩石化学和微量元素地球化学特征表明岩浆演化过程中经历了橄榄石、辉石、斜长石的分离结晶作用.Nd、Sr、Pb同位素组成和岩石地球化学特征反映出岩浆与围岩之间存在物质交换.笔架山东岩体的岩浆源区为OIB型地幔源区,原生岩浆为高镁拉斑玄武岩浆[w(MgO)=11.2％],这些性质与塔里木板块东北部其他基性-超基性岩体的特征相似,表明塔里木板块东北部二叠纪基性—超基性岩体的源区主要为OIB型地幔,可能与地幔柱有关.     

北山石炭纪-二叠纪火山岩成因及构造背景

北山古生代火山岩尤其是石炭纪-二叠纪火山岩的形成环境及成因备受学者关注且长期以来存在争议。本文收集了近年来发表的关于北山石炭纪-二叠纪火山岩研究的地球化学数据,岩石地球化学特征显示北山石炭纪玄武岩主要为安山玄武岩,属拉斑系列,二叠纪火山岩主要为安山玄武岩和亚碱性玄武岩,落入拉斑系列及过渡区;石炭纪玄武岩和二叠纪玄武岩均具有LREE富集的球粒陨石标准化稀土元素配分模式,轻重稀土元素分馏程度均较低。在微量元素蛛网图上,石炭纪-二叠纪遭受地壳混染的玄武岩呈现出明显的Nb-Ta亏损和微弱的Ti亏损特征,而未遭受地壳混染作用的绝大多数石炭纪-二叠纪玄武岩主要呈现出与OIB相似的"隆起"状不相容元素标准化配分模式。岩石成因分析认为,石炭纪-二叠纪玄武质岩浆可能主要来源于地幔柱,部分石炭纪-二叠纪玄武岩在形成演化过程中遭受了明显的大陆地壳混染作用,导致其出现十分相似于岛弧或活动大陆边缘的地球化学特征。结合区域构造演化分析及构造环境判别,认为石炭纪-二叠纪玄武岩均形成于大陆板内环境。     

北山磁海辉绿岩型铁矿区基性杂岩锆石U-Pb年代学及岩石成因

磁海辉绿岩型铁矿位于塔里木北缘北山裂谷带,主要岩石类型为辉绿岩,岩石具有较高的Mg#(55.7～70.1)、中铝Al2O3(13.75～14.65)特征,Na2O/K2O(1.79～14.04)变化较大,整体属于钙碱性系列(K2O/Na2O=0.07～0.56,FeO/MgO=0.77～1.46)。稀土元素方面,磁海辉绿岩具有较高的稀土元素质量分数和δEu异常特征[w(∑REE)=88.01×10-6～213.07×10-6,δEu=0.63～1.44],球粒陨石标准化稀土元素配分模式为缓右倾型[(La/Yb)N=1.32～3.87,(La/Sm)N=1.05～2.17,(Gd/Yb)N=1.12～1.58],微量元素上选择性富集大离子亲石元素(Rb、K),亏损高场强元素(Nb、Ta)。岩浆演化过程中斜长石和单斜辉石的分离结晶作用是岩浆演化的主要机制,同时伴有较为明显的地壳混染作用。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学指示该辉绿岩形成于约291.9Ma,构造环境分析表明磁海辉绿岩为板内拉张环境的产物。     

新疆磁海铁矿区镁铁质岩及正长岩锆石U-Pb年代学、岩石地球化学特征:对成岩、成矿作用的制约

对新疆磁海铁矿区镁铁-超镁铁质岩与铁成矿关系、正长岩与镁铁质岩关系的解剖,是认识磁海矿区成岩、成矿过程及构造背景的关键。本文利用SIMS锆石U-Pb测年法,获得磁海辉绿岩、辉长辉绿岩、磁南辉长岩、磁海北角闪石英正长岩的206Pb/238U-207Pb/235U谐和年龄分别为275.1±2.2Ma、281.9±3.2Ma、273.0±1.9Ma和273.0±1.8Ma,这与北山乃至北疆地区主要含铜镍-钒钛磁铁矿的镁铁-超镁铁质岩年龄一致。岩石地球化学特征研究显示,从辉石岩到辉长岩,再到辉绿岩,经历了Ti逐渐富集、Mg#和m/f值先增加后降低的过程,角闪石英正长岩具有A型花岗岩特征,与辉长岩、辉绿岩在成因上存在互补关系。综合年代学和地球化学特征,磁南辉石岩、辉长岩、磁海辉绿岩、辉长辉绿岩以及磁海北边的角闪石英正长岩为同源岩浆演化的产物,岩浆演化过程中受地壳混染作用微弱,在岩浆演化的早期,磁铁矿的结晶分离主导着岩浆成分的改变,当岩浆演化到辉长岩阶段,岩浆开始以结晶分异作用为主;磁铁矿的分离结晶时间早于钛铁矿,岩浆型的金属硫化物为磁铁矿和钛铁矿结晶过渡阶段的产物。磁海镁铁-超镁铁质岩石在成岩及成矿作用上可能与在时间和空间上相邻近的塔里木早二叠世大火成岩省有密切关系。     

塔里木盆地早-中二叠世岩浆作用过程及地球动力学意义

通过对塔里木盆地早-中二叠世基性岩类的做量元素、稀土元素和沉积特征的分析．提出了盆地早-中二叠世基性岩类的物质来源和岩浆作用的深部地质过程认勾基性岩浆来自于均一的富集地幔．并经历了较强的分异作用。深部岩浆向地表上升迁移过程中,导致了上部岩石圈的快速隆升．并造成塔里木盆地的区域性抬升和海水向西退出．并进入陆相碎屑岩沉积阶段。当隆升的作用力超过了岩石圈的扰曲强度时,岩石圈发生破裂,导致了塔里木盆地大规模的岩浆作用塔里木盆地早-中二叠世的岩浆作用与古特提斯洋的演化密切相关,并与吐哈盆地、红柳河地区、北山地区、扬子板块西缘地区的二叠纪岩浆作用共同构成了古特提斯北缘一次强烈岩浆作用事件。     

塔里木北部周缘前陆盆地早二叠世快速迁移与沉积相突变:俯冲板片拆沉的响应

塔里木北部周缘前陆盆地发育于泥盆纪末至早三叠世期间,完整地记录了南天山造山带的发育过程。该盆地在早二叠世由复理石盆地转化为磨拉石盆地,同时发生快速南移。同期幔源物质加入,有山根地壳熔融的岩浆活动、南天山造山带的整体隆升、热液成矿作用集中发育和变形、变质作用的激化使俯冲岩片的拆沉成为盆地转化与迁移的最佳机制。相同的转化过程及深部机制在其他造山带中也明显存在,表明俯冲岩片拆沉是造山作用一个不可或缺的环节。     

塔里木西北缘三叠纪伸展作用:来自柯坪辉绿岩地球化学、锆石U‐Pb年代学的证据

为了探讨塔里木北缘构造岩浆演化,采用锆石年代学、岩石地球化学方法对柯坪辉绿岩进行研究。LA‐ICP‐MS锆石U‐Pb结果表明其为中‐晚三叠世岩浆活动的产物。辉绿岩SiO2含量为45.68%~46.97%、TiO2为3.98%~4.03%、Al2O3为14.81%~14.90%、K2O/Na2O为0.39~0.42,属于高钾碱性系列。微量元素特征表明,有微弱的Ce负异常(δCe=0.95~0.99),Eu异常不明显(δEu=0.98~1.00),总体富集大离子亲石元素和LREE,高场强元素相对亏损。柯坪辉绿岩、阿图什辉绿岩与柯坪玄武岩、巴楚辉绿岩等具有相似的源区和一致的构造背景,均为拉张背景下形成,但却分属不同的构造事件。研究表明早石炭世南天山洋闭合,晚石炭世—早二叠世柯坪地区为塔里木北缘的具有前陆盆地性质的残留海盆,受地幔柱影响柯坪—巴楚地区出现大规模岩浆活动。二叠纪之后塔里木北缘为后碰撞伸展背景。三叠纪南天山—塔里木北缘为拉伸走滑的构造背景,本文的辉绿岩,正是在这种背景下形成的。     

内蒙古北山地区斑岩型钼矿的成岩成矿时代和形成环境探讨

内蒙古北山地区近年来发现了一条近东西向的斑岩型钼(铜)矿带,其中规模较大的矿床有流沙山、额勒根乌兰乌拉和小狐狸山钼矿,这3个矿床的辉钼矿Re-Os同位素等时线测年分别为(260±10) Ma(中二叠世)、(332.0±9.0) Ma(早石炭世晚期)和(220.0±2.2) Ma(晚三叠世),显然,不同的成矿时代,反映了矿床形成的环境不同。本文在补充与成矿有关斑岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄和岩石、矿石地球化学工作基础上,从区域地壳演化角度分别揭示了3个矿床形成的地质环境。在早古生代时期,3个矿床的原始位置均处于哈萨克斯坦板块中,到晚古生代,由于在红石山—百合山—蓬勃山一带裂谷发展成洋盆后,流沙山钼矿所处位置被割裂到塔里木板块中,额勒根乌兰乌拉和小狐狸山钼矿仍处于哈萨克斯坦板块中,其中,流沙山和额勒根乌兰乌拉钼矿床均处于南、北陆缘活动带的岛弧中,由于俯冲机制及下伏基底的差别,二岛弧中的构造岩浆活动有所不同,塔里木北缘活动陆缘带中的岩浆活动异常强烈,从石炭纪一直延续到二叠纪末,成矿作用早期以铁为主,晚期形成了钼(铜)矿产。哈萨克斯坦板块南侧陆缘带的岩浆活动稍逊于塔里木板块北缘,而且主要集中于石炭纪,并在这种环境形成了额勒根乌兰乌拉钼矿。二叠纪末,北山地区分裂的板块又拼贴成统一的大板块,从此,北山地区进入到一个陆内地壳活动环境,拉伸-挤压构造和由此引发的偏酸-偏碱性的岩浆侵入活动成为中生代地壳活动特色方式,小狐狸山钼矿及稀有金属矿床就是在这种环境中产生的。     

塔里木盆地构造格架和构造应力场分析

以区域构造背景为基础,分析塔里木盆地的基本构造格架是本文的主要宗旨。塔里木盆地中部存在一规模较大的近于E-W向的构造带,谓中塔里木构造带或中塔里木断裂带,平面上它大致和塔里木中央隆起带相对应,东延,和阿尔金造山复合体的一组规模较大的、近于直立的E-W向韧性剪切带和断裂带相连,西延,插入西昆仑造山带和南天山造山带的结合部位。在剖面上具有背冲式(断背状)断裂组合,其形成始于早古生代,强烈活动期在三叠纪后。断裂带具有逆冲、走滑和垂向挤出性质,是目前塔里木盆地的主要含油带。中塔里木断裂带和塔中隆起带属于同一动力学系统中不同构造阶段的产物,在空间上是互为一体的,在早古生代为一强烈坳陷带,晚古生代以后逐渐转化为隆起带。大致位于北纬39°30'~40°的E-W向高正磁异常带,为一以基性麻粒岩为代表的结晶基底、基性岩墙和花岗质类岩石,并叠加晚元古-早古生代活动陆缘岩浆弧的大型东西向构造杂岩带。中塔里木断裂带(塔中隆起带)以南至塔南前陆盆地的塔南地区,以E-W向构造岩浆岩带上叠NEE向断裂构造(断隆和断凹)为基本特征,其断裂组合完全可以与南阿尔金断裂以南的南阿尔金地体的断裂组合相类比。中塔里木断裂带以北至塔北前陆盆地的塔北地区以长期坳陷为特征。西昆仑-塔里木盆地盆山结合带表现为西昆仑山体的北向逆冲推覆和山前带的强烈挤压及塔南前陆盆地的急剧沉降,而西天山-塔里木盆地盆山结合带则表现为由于塔里木地块向天山复合造山体的强烈北向俯冲导致的南天山的南向逆冲推覆和塔北(前陆盆地后的)隆起。塔里木盆地处于南北两侧向盆地挤压、东侧左旋走滑和西侧右旋走滑的复杂构造应力状态,塔里木盆地现今构造格局的形成基本上是上述4类不同性质的构造应力场对先存的E-W向构造经多次强烈改造、叠加的结果。     

Lithospheric structure and dynamic processes of the Tianshan orogenic belt and the Junggar basin

Located at the center of the Eurasian continent and accommodating as much as 44% of the present crustal shortening between India and Siberia, the Tianshan orogenic belt (TOB) is one of the youngest (<20 Ma) and highest (elevation>7000 m) orogenic belts in the world. It provides a natural laboratory for examining the processes of intracontinental deformation. In recent years, wide angle seismic reflection/refraction profiling and magnetotelluric sounding surveys have been carried out along a geoscience transect which extends northeastward from Xayar at the northern margin of the Tarim basin (TB), through the Tianshan orogenic belt and the Junggar basin (JB), to Burjing at the southern piedmont of the Altay Mountain. We have also obtained the 2D density structure of the crust and upper mantle of this area by using the Bouguer anomaly data of Northwestern Xinjiang. With these surveys, we attempt to image the 2D velocity and the 2D electric structure of the crust and upper mantle beneath the Tianshan orogenic belt and the Junggar basin. In order to obtain the small-scale structure of the crust–mantle transitional zone of the study area, the wavelet transform method is applied to the seismic wide angle reflection/refraction data. Combining our survey results with heat flow and other geological data, we propose a model that interprets the deep processes beneath the Tianshan orogenic belt and the Junggar basin.Located between the Tarim basin and the Junggar basin, the Tianshan orogenic belt is a block with relatively low velocity, low density, and partially high resistivity. It is tectonically a shortening zone under lateral compression. A detachment exists in the upper crust at the northern margin of the Tarim basin. Its lower part of the upper crust intruded into the lower part of the upper and the middle crust of the Tianshan, near the Korla fault; its middle crust intruded into the lower crust of the Tianshan; and its lower crust and lithospheric mantle subducted into the upper mantle of the Tianshan. In these processes, the mass of the lower crust of the Tarim basin was carried down to the upper mantle beneath the Tianshan, forming a 20-km-thick complex crust–mantle transitional zone composed of seven thin layers with a lower than average velocity. The thrusting and folding of the sedimentary cover, the intrusive layer in the upper and middle crust, and the mass added by the subduction of the Tarim basin into the upper mantle of the Tianshan are probably responsible for the crustal thickening of the Tianshan. Due to the important mass deficiency in the crust and the upper mantle of the Tianshan, buoyancy must occur and lead to rapid ascent of the Tianshan.The episodic tectonic uplift of the Tianshan and tectonic subsidence of the Junggar basin are closely related to the evolution of the Paleozoic, Mesozoic, and Cenozoic Tethys.