云南金宝山铂钯矿Sr-Nd-Os同位素组成:岩浆成因及演化分析

金宝山铂钯矿是峨眉山大火成岩省具有典型意义的岩浆Ni-Cu-PGE矿床,成矿岩体岩矿石Rb-Sr,Sm-Nd,Re-Os同位素特征表明:成矿岩浆为地幔柱成因并受到岩石圈地幔和地壳混染作用的影响。εNd(260 Ma)=-1.78~+0.81,介于地幔柱与岩石圈地幔之间但明显靠近地幔柱的同位素组成。γOs(260 Ma)=20~60,高于任何端元类型的地幔储集库,体现地壳混染作用的效果。模式分析认为,成矿岩浆形成演化过程中大约有10%的岩石圈地幔熔体混合并受到5%左右的下地壳混染。     

Re-Os同位素对峨眉山大火成岩省成因制约的探讨

峨眉山大火成岩省（ELIP）主要由玄武岩、玄武质火山碎屑岩及少量的苦橄岩（包括越南的科马提岩）、长英质岩石以及层状岩体和岩墙组成,其物质来源直接关系到其成因是否与地幔柱活动有关。Re-Os同位素体系是地核、地幔和地壳物质的最佳示踪剂。前人对ELIP内的Re-Os同位素研究表明,低Ti玄武岩的Os含量为0．006×10^-9-0．40010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1371～1．403,并提出其与地幔柱活动有关;而高Ti玄武岩的Os含量为0．00410^-9～0．56010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1271～5．19,认为起源于大陆岩石圈地幔或地幔柱上升过程中受到大量岩石圈地幔“混染”（xu JF et al．,2007）;科马提岩的0s含量为1．2410^-9～7．0010^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1251～0．1261,苦橄岩的Os含量为0．3210^-9～2．32910^-9,^187Os／^188Os初始值为0．1233～0．1266,指示苦橄岩和科马提岩均来自亏损地幔源区（Hanski et al．,2004;陈雷等,2007）。本文利用Os含量最低、^187Os／^188Os最高的高Ti玄武岩作为地壳端员,用铁质陨石、原始上地幔（PUM）和亏损地幔（DMM）作为地核和各种地幔端员,分别做二元混合计算,结果显示绝大多数玄武岩和所有苦橄岩及科马提岩均落在地壳和DMM混合曲线附近,并且邻区特提斯洋地幔岩与DMM具有相近的Os含量和^187Os／^188Os组成,据此推测峨眉山火成岩的形成与特提斯洋的活动有关,主要受控于地壳和亏损地幔的相互作用。     

四川省会理县青矿山Ni-Cu-PGE矿床成因机制的Re-Os同位素证据

青矿山Ni-Cu-PGE矿床位于四川会理县小关河地区,是峨眉山大火成岩省中典型含铂岩浆硫化物矿床之一。本文对该矿床开展了Re-Os同位素组成的分析研究。分析结果表明,不同类型岩矿石的初始Os同位素组成具有明显的不均一性,主要区分出三种不同Os同位素组成的岩矿石类型:不含硫化物的橄辉岩具低γOs,变化范围从15.3到40.3;致密块状和浸染状硫化物矿石相近,γOs值在260左右;海绵陨铁状矿石具有最高的放射性Os同位素组成,γOs值在1000左右。分析认为,青矿山Ni-Cu-PGE矿床是多级岩浆房演化的结果,原始岩浆具有苦橄质岩浆的性质,成矿岩体中不含硫化物的橄辉岩具有低的放射性Os同位素组成,其母岩浆不是矿石硫化物的直接母体;致密块状和浸染状硫化物矿石与海绵陨铁状矿石也具有不同的放射性Os同位素组成,是成矿岩浆演化过程中不同期次岩浆硫化物熔离形成的。模式分析认为:(1)原始岩浆在深部岩浆房受到下地壳混染(约1.8%),造成少量Cu、Ni及PGE元素进入熔离硫化物形成PGE适度亏损的成矿母岩浆;(2)海绵陨铁状矿石硫化物是PGE适度亏损的成矿母岩浆受下地壳二次混染形成的具有很高放射性Os同位素组成的岩浆(γOs_(t=260Ma)高达1000)经二次硫化物熔离(R≈1000)所形成;(3)PGE适度亏损的成矿母岩浆受上地壳二次混染(约6.7%),形成具有较高放射性Os同位素组成的岩浆(γOs_(t=260Ma)在260左右)并发生二次硫化物熔离(R≈5000),部分熔离硫化物积聚成矿浆形成块状硫化物矿石,未得到充分积聚的熔离硫化物形成浸染状硫化物矿石。Os同位素组成的不均一性表明青矿山Ni-Cu-PGE矿床为岩浆通道系统成矿,是多级岩浆房演化过程中不同期次含矿岩浆在岩浆通道系统中复合的结果。     

峨眉山大火成岩省Cu-Ni-PGE成矿作用——几个典型矿床岩石地球化学特征的分析

峨眉山大火成岩省岩浆型Cu-Ni-PGE矿化岩体广泛分布,构成峨眉山地幔柱成矿系统中一个非常重要的成矿系列。本文剖析了峨眉山大火成岩省该类矿床的分布及部分典型矿床的地质地球化学特征和矿化特征,揭示了成矿岩体统一的地幔柱成因,阐述了Cu-Ni-PGE成矿作用与峨眉山地幔柱岩浆活动体系的关系,探讨了由于岩浆演化过程及硫化物熔离富集过程的差异所导致的矿化类型变异。指出Cu-Ni-PGE矿床成矿岩体原始岩浆为地幔柱高程度熔融的高镁玄武岩浆,成矿岩体与峨眉山低钛玄武岩同源,矿化岩体主要产于峨眉山地幔柱活动模型的内带低钛玄武岩分布区;金宝山、朱布、力马河、杨柳坪矿床分别代表峨眉山地幔柱Cu-Ni-PGE成矿作用不同成矿机制的端员类型。     

地幔柱稀有气体同位素示踪研究的进展及其意义

利用地幔柱、上地幔和地壳在稀有气体同位素组成方面的明显差异,国际上在对地幔柱进行示踪和判识方面已取得了良好的效果。地幔柱的3He/4He值大于8～8.5Ra(Ra=1.4×10-6),且高于上地幔和地壳值;地幔柱的20Ne/22Ne值大于等于10.8,与上地幔值接近,但地幔柱的21Ne/22Ne值低于上地幔值;地幔柱的40Ar/36Ar值一般明显低于上地幔值;地幔柱的129Xe/130Xe和136Xe/130Xe值普遍高于上地幔和地壳值,且高于上地幔值约10%以上。中国东部新生代地幔岩的3He/4He值总体在上地幔3He/4He端员值(8±1Ra)的上下变化,与地幔柱的3He/4He值差异较大。大火成岩省(LIP)的形成与深部地幔柱的活动有关,峨眉山玄武岩是中国目前唯一被学术界普遍认可的LIP。开展包括峨眉山玄武岩在内的有关地幔柱稀有气体同位素示踪方面的研究,对于深化中国地幔柱领域的研究和推动大陆动力学研究的进程具有重要意义。     

金宝山铂-钯矿和力马河镍矿的硫同位素组成特征及地质意义

金宝山铂钯矿和四川力马河镍矿是峨眉山大火成岩省内两个重要的Ni-Cu-PGE硫化物矿床,但二者矿化特征明显不同,前者贫铜、镍,富铂、钯,硫化物含量低,呈浸染状;后者贫铂族元素,富含硫化物,矿石以陨铁状或块状为主.本文以两矿床成矿元素组成的变化和矿石结构类型的显著差异为出发点,系统分析了硫化物的硫同位素,发现金宝山铂-钯矿的硫化物δ34S值(0.6‰～2.8‰)略高于地幔硫(0±2‰),显示有微弱的地壳物质混染,而力马河镍矿的硫化物δ34S值(2.4‰～5.4‰)显著高于金宝山铂-钯矿,反映受地壳混染程度较高;指出成矿岩浆演化过程中地壳混染程度上的差异,可能是造成峨眉山大火成岩省岩浆Ni-Cu-PGE矿床矿化类型不同的重要原因.通讯作者     

云南金宝山铂钯矿床铂族元素地球化学及找矿意义

金宝山是中国目前发现的最大的独立铂钯矿床,该岩体基性程度高,主要由橄榄石、单斜辉石组成,含大量铬铁矿〔w(Cr)约为0.5%〕。铂钯矿石呈稀疏浸染状,硫化物含量少,高铂族元素、低铜镍含量。矿体与超基性围岩界线不明显,且二者具有相似的微量、稀土元素参数和微量、稀土、铂族元素标准化配分模式,表明两者的原始岩浆具有相似的性质。超基性围岩具有高的Pd/Ir、Ni/Cu比值和Pb负异常,相反,铂钯矿石显示为低的Pd/Ir、Ni/Cu比值和Pb正异常,两者具有相似的Cu/Pd、Cu/Pt比值(≤原始地幔值),表明铂钯矿石形成于地幔柱S低度饱和环境,超基性围岩可能形成于S饱和/不饱和的地球化学界面。铂族元素地球化学的差异表明含少量富铂族元素的硫化物的含矿岩浆可能注入于稍前侵入的、且未完全固结的超基性围岩中,形成似层状矿体。峨眉地幔柱早期硫低度饱和、融离出少量硫化物以及铂族元素在硫化物/硅酸盐相中极高的分配系数是导致金宝山矿石富铂钯、贫铜镍的根本原因。金宝山是极少有的全岩体Cu/Pd、Cu/Pt值均小于原始地幔值的矿床,表明该岩体的岩浆经历了硫化物富集铂族元素的过程,推测靠近峨眉地幔柱喷发中心的基性-超基性岩体是寻找铂族元素矿床最佳远景区之一。     

峨眉山大火成岩省和西伯利亚大火成岩省地球化学特征的比较及其成因启示

峨眉山大火成岩省和西伯利亚大火成岩省是发生于二叠 -三叠纪之交的重要岩浆事件。它们在主要元素、微量元素和Sr、Nd、Pb同位素特征上具有相似姓 ,但是峨眉山大火成岩省的不相容元素比值和同位素比值的变化范围相对要小一些。相对而言 ,峨眉山玄武岩具有高的Fe8和Sm/Yb值 ,暗示了其熔融深度较西伯利亚大火成岩省深 ,而熔融程度较低 ,两者的源区均为石榴石二辉橄榄岩。根据Nd同位素特征估算峨眉山和西伯利亚地幔柱的 Nd≈ 2 ,接近于原始地幔特征。综合其他地球化学特征 ,认为两个大火成岩省可能起源于同一个来自于核 -幔边界的超级地幔柱     

力马河镍矿Re-Os同位素研究

四川力马河镍矿是峨眉山大火成岩省一个重要的岩浆硫化物矿床。本文通过对其主要岩、矿石类型Re、Os及其同位素组成的分析,综合探讨了成矿岩体原始岩浆性质、矿石硫化物成因、成矿机制及Re-Os同位素等时线年龄。结果表明,力马河镍矿不同类型岩矿石样品初始Os同位素组成是不均一的,富硫化物的网脉状矿石及其选纯硫化物Os同位素组成初值差异较小,其等时线年龄为265±35 Ma、与岩体锆石SHRIMP年龄263±3 Ma基本相当;硫化物含量较低的岩、矿石样品间初始Os同位素组成差异较大,其表观等时线年龄大于成矿年龄。分析认为,岩矿样品初始Os同位素组成的不均一是由含较高放射成因187Os丰度的硫化物熔体和含较低放射成因187Os丰度的硅酸盐熔体不同比例混合造成的。混合模型分析表明,硫化物含量超过30％的矿石样品初始187Os/188Os基本接近,硫化物含量低于30％的岩矿石样品初始187Os/188Os随硫化物含量上的不同差异很大,为岩浆硫化物矿床Re-Os等时线年龄可能出现多组年龄解的现象提供了一种可能的解释。成矿岩体中含放射成因187Os丰度最低的岩石样品γOs（t=260Ma）在5左右、Cu/Pd比值在7000左右,表明是基本没有受到地壳混染及硫化物熔离影响的原始岩浆结晶分异产物,估计原始岩浆Os含量在1×10－9左右,为苦橄质岩浆。矿石硫化物Re/Os比值显著高于任何赋矿橄榄岩,γOs（t=260Ma）高达110左右,综合分析揭示了力马河镍矿硫化物为二次熔离成因,模式分析认为,矿石硫化物是由原始岩浆经历R=2000左右的硫化物熔离后、其亏损岩浆再经R=200左右的硫化物熔离形成,与二次熔离相对应,成矿岩浆也经历了两次混染作用,分别为上、下地壳7％左右的混染。     

云南朱布镁铁-超镁铁岩体地球化学特征及成因机理探讨

云南朱布镁铁-超镁铁岩体赋存中型铜镍铂族元素矿床,侵位于元谋群片岩和花岗片麻岩中,岩体垂直分异明显,自下而上为橄榄岩、橄辉岩、辉石岩、辉长岩等相带.矿体以底部“边缘矿”为主,上部有呈透镜状产出的少量“上悬矿”.本文报道了朱布岩体主元素、微量元素、铂族元素(PGE)和 Sr-Nd 同位素组成新的测试结果.分析表明朱布岩体具有拉斑玄武质岩浆分异演化趋势,富集 LREE 的分布模式,弱的Nb 异常和较明显的 Sr 负异常,并与峨眉山大火成岩省(ELIP)苦橄岩相类似,暗示两者可能存在成因上的联系.朱布岩体的铂族元素相对分布模式为“Pt-Pd”富集型,原始地幔标准化曲线向左陡倾.较高的(87Sr/86Sr)i (0.7096~0.7107)和较低的εNd(t)(-3.1~-2.3),表明朱布岩浆受到了地壳物质不同程度的混染.通过岩浆演化过程反演,得出其母岩浆性质为苦橄质,并估算地壳混染程度在3%~20%之间,发现在 R (岩浆与熔离硫化物的比例)值为1000~5000时比较吻合朱布样品中硫化物的实际测定值,证实了朱布岩体可能为开放系统的岩浆房,经过多级富集过程,先熔出的硫化物从后续多期次岩浆中吸收了大量 PGE,岩浆房中同时存在堆晶和岩浆演化,分别形成了底层橄榄岩和上部的辉长岩,中间过渡为橄辉岩和辉石岩     

四川盆地华蓥山峨眉玄武岩地球化学特征及其成因分析

四川盆地华蓥山玄武岩出露于茅口组顶部,夹于龙潭组底部的杂色泥岩、页岩之间,岩性为灰黑色粗玄岩,底部致密块状,顶部见气孔—杏仁状构造。TAS图解显示玄武岩属于碱性与偏碱性过渡带上的拉斑玄武岩系列,TiO₂含量介于2.92%～3.63%之间,Ti/Y值为465～567,属于高钛玄武岩（HT）。岩石LREE/HREE=3.25～3.96,轻稀土略富集,具有右倾平滑型稀土分配模式。华蓥山玄武岩与云南宾川,贵州赫章等地峨眉山玄武岩的地球化学特征相似,反映了相同的幔源性质。结合野外地质特征,认为华蓥山玄武岩应属峨眉地幔柱的一部分,是沿着华蓥山基底断裂发生裂隙式喷发的产物。研究区的高钛玄武岩Ce/Yb介于22.65～27.93,与前人报道的高钛玄武岩Ce/Yb比值范围基本一致,处于石榴石稳定区与尖晶石稳定区的过渡带,Th/Ta、Nb/U、La/Ta等比值反映出岩石受壳源物质的混染程度很低,可能是地幔柱轴部的产物。     

贵州水城二叠纪钠质粗面玄武岩的地球化学特征及其源区

贵州水城二叠纪玄武岩位于峨眉山大火成岩省东部。该玄武岩全岩SiO₂的含量为44.5%~50.04%,TiO₂的含量为2.38%~2.74%,MgO的含量为5.74%~7.96%, Mg^#值较低为0.40~0.49,Na₂O含量高,为4.81%~7.19%,并且Na₂O/K₂O>4,属于钠质粗面玄武岩即夏威夷岩。具有ΣREE富集的右倾型稀土元素分布模式,稀土和微量元素特征和Pb同位素特征显示洋岛玄武岩OIB的地球化学特征,(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.70482~0.70503,ε_Nd(t)和(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_<em>t变化范围较窄:1.3~1.8和17.21~17.62。与贵州威宁黑石头和织金二叠纪玄武岩比较,水城玄武岩富碱,TiO₂含量低,Na₂O、MgO和Al₂O₃含量高,造成峨眉山大火成岩省东部贵州境内三个地方玄武岩不同性质的主要原因是由于地幔源区不同,分离结晶程度和地壳混染程度的不同,水城玄武岩来源于交代富集地幔,是峨眉山地幔柱上升至石榴石稳定区发生部分熔融,地幔柱的部分熔融体和富含挥发分的大陆岩石圈地幔混合,在上升到地表过程中受到轻微的地壳混染所形成。     

峨眉山大火成岩省基性墙群几何学研究及对地幔柱中心的指示意义

本文以1:20万和1:5万区调资料为基础,结合野外观察研究了峨眉山大火成岩省主要分布区内的基性(辉绿岩)岩墙群的几何学特征。结果表明,岩墙群的几何学特征表现为中心放射状,由6条巨型岩墙群组成,辐射角度近200°。其中心收敛于永仁一带,与地层学指示的最大隆起位置吻合,指示了二叠纪峨眉山玄武岩事件的地幔柱中心位置。岩墙群分布呈中东部较多而西部少的特点,这可能与不同的剥蚀程度有关。     

栖霞组和茅口组等厚图:对峨眉山地幔柱成因模式的指示意义

对峨眉山大火成岩省(ELIP)及周边地区的栖霞组和茅口组地层进行厚度统计,并利用Surfer软件分别绘制等厚图.栖霞组和茅口组等厚图表明,峨眉山地幔柱导致的隆升可能在栖霞期已开始.茅口组顶部普遍存在平行不整合界面,说明广大区域内的茅口组地层均曾抬升为陆并遭受剥蚀,与CampbeU和Griffiths提出的经典地幔柱模型相吻合.永仁-大姚-楚雄-石屏以及宜良-曲靖一带存在二叠系地层缺失区域,可能是地壳隆升幅度最大地区.利用实验模型推导出ELIP的最大隆升幅度为1500m,与前人利用沉积学推算的结果基本一致.茅口组差异剥蚀指示的地幔柱中心地区与放射状基性岩墙群收敛中心吻合.隆起幅度最大的中心区域存在海相玄武岩喷发现象则可能是隆升之后快速沉降造成的,并不能作为否定曾经发生隆起的证据.     

塔里木盆地二叠纪玄武岩的地球化学特征及其与峨眉山大火成岩省的对比

中国西部地区发育了塔里木大火成岩省和峨眉山大火成岩省,分别形成于280Ma左右和258~260Ma。对比两个大火成岩省的玄武岩的地球化学特征,发现塔里木玄武岩的岩石地球化学特征与峨眉山玄武岩相似,Fe ₂O₃＝15.29%~17.97%,大于10%,比MORB富铁,指示其深源以及地幔柱源特征,为典型的溢流玄武岩。稀土元素比值显示其落在由石榴石二辉橄榄岩组成的原始地幔熔融线上,表明该玄武岩是在厚的岩石圈下由异常热的地幔经低部分熔融形成的。微量元素特征比值分析,揭示了塔里木玄武质岩浆在上升过程中受到了一定程度的地壳混染。塔里木大火成岩省和峨眉山大火成岩省一样,可能起源同一个来自于核幔边界的超级地幔柱,它们很可能是塔里木板块和扬子板块在二叠纪北向漂移过程中先后穿越同一个超级地幔柱的结果。     

关于峨眉山大火成岩省一些重要问题的讨论

峨眉山大火成岩省(ELIP)近几年来取得了许多新的进展,但在一些重要的问题上仍存在着争论,笔者列举了ELIP火山喷发的时间、分布范围、高钛和低钛玄武岩、层状岩体与玄武岩以及成矿作用的关系、大火成岩省与生物绝灭的关系以及与地幔柱的关系等方面存在的问题,以及由此引发的相关争论.这些问题的解决对于大火成岩省研究的深入将会起到重要作用.     

四川盆地Guadalupian统碳酸盐岩稀土元素和碳-锶同位素特征及地质意义

Guadalupian(瓜德鲁普世)晚期是地球演化史中的重要转折期,海退事件、大规模火山作用引起的生物多样性危机,是全球地质灾变的重要组成部分,在扬子克拉通Guadalupian统碳酸盐岩地层中留下了清晰的时空印迹。本文以四川盆地坡渡剖面茅口组顶部的碳酸盐岩地层为研究对象,通过系统的碳、锶同位素、稀土元素测试分析以及生物地层研究,揭示了Guadalupian时期海退事件、峨眉山玄武岩喷发事件的发生与演化过程,并进一步分析了其与生物危机的耦合关系。研究发现,海退事件始于Jinogondolella postserrata带,海平面降低导致陆源物质供给量增加,引起~(87)Sr/~(86)Sr升高、δ~(13)Ccarb负偏、稀土总量上升以及Y/Ho比值降低;峨眉山玄武岩喷发开始于J. altudaensis带,火山作用过程中释放的富~(12)C的CO_2冲击了碳循环系统,大量幔源物质输入到海洋,引起了海水碳酸盐~(87)Sr/~(86)Sr、δ~(13)Ccarb同步负偏移,以及稀土总量与配分模式的急剧改变。Guadalupian时期频繁的水体深度变化,是对峨眉山地幔柱活动的响应。频繁的海退事件造成浅水生物栖息地的不断锐减,持续的火山作用导致大量CO_2、SO2、Cl2等有毒气体的释放,触发了生物多样性危机由浅水逐步扩大到深海。     

松潘-甘孜地块丹巴二叠纪玄武岩的主、微量元素和Sr-Nd同位素研究:岩石成因与构造意义

松潘-甘孜地块的丹巴二叠纪玄武岩(大石包组)具有较高的TiO2含量(>2%)和高的Ti/Y比值(平均519),显示LREE富集、HREE亏损的右倾型稀土配分型式((La/Yb)N=4.2~13.6),εNd(t)=-0.33~2.70,具有洋岛玄武岩(OIB)地球化学特征,形成于大陆板内环境。其源区来自原始地幔始于石榴子石稳定区的低程度部分熔融,岩浆上升过程中有来自地壳物质的加入,因而其不相容元素比值如Zr/Nb(4.41~13.09)、La/Nb(1.03~1.80)和Th/La(0.08~0.18)等,以及初始的87Sr/86Sr比值(0.706008~0.707257)均表现出不同程度的富集特征,岩浆演化早期经历了以辉石、橄榄石为主的分离结晶作用。该套玄武岩的元素-同位素地球化学特征和源区性质类似于峨眉山溢流玄武岩的高钛(HT)系列,因此认为其是峨眉山地幔柱活动的产物,属于峨眉山大火成岩省(ELIP)的一部分。松潘-甘孜地块和扬子西缘晚古生代以前地层的可比性以及峨眉山溢流玄武岩的分布特征显示,松潘-甘孜洋盆伴随着扬子克拉通的裂解而打开,并且可能都与峨眉山地幔柱有关,是地幔柱活动的浅部地质响应。     

地幔柱大辩论及如何验证地幔柱假说

目前关于地幔柱存在与否的争论主要集中在地幔柱学说的三个假设上:(1)起源于地球核幔边界缓慢上升的细长柱状热物质流;(2)热点下具有异常高温地幔;(3)地幔柱是相对静止的。这三个方面的验证需要今后深部地球物理探测、岩石学和古地磁等学科的综合运用和进一步的工作。文中认为,地幔柱学说依然能合理地解释地球上一级地质现象,反对地幔柱的学者过分强调了一些小尺度的与地幔柱理论不符的细节,而小尺度地壳特征显然还受到其他许多因素的影响。可以从以下5个方面来鉴别老地幔柱:(1)大规模火山作用前的地壳抬升;(2)放射状岩墙群;(3)火山作用的物理特征;(4)火山链的年代学变化;(5)地幔柱产出岩浆的化学组成。研究表明,峨眉山大火成岩省满足其中的3到4个指标,因此地幔柱是形成峨眉山玄武岩的主要动力学机制。