钨的地球化学性质与华南地区钨矿成因

在地球演化早期的强还原条件下,钨表现为中等亲铁元素,因此地球中 90%的钨进入地核。在地幔和地壳的演化过程中,钨是极度不相容亲石元素,从而导致钨元素在地壳中的丰度约是地幔丰度的250倍。钨在岩浆熔体中主要以钨酸的形式迁移,在成矿热液中主要以氟、硼化合物或其络合物的形式运移。钨的矿化需要其在部分熔融、岩浆演化和晚期热液等各阶段逐渐富集。中国是世界上钨矿产资源最丰富的国家,约占世界总储量的60%以上,其中绝大多数矿床产在华南地区,与华南大规模的中生代岩浆活动具有密切的时空联系。微量元素特征(高Rb/Sr和K/Rb比值,低Nb/Ta和Zr/Hf比值)显示它们往往经历了强烈的岩浆分异,这可能与这些花岗岩通常具有高挥发分含量(如F)有关。岩浆中高的F含量对钨的富集和矿化十分重要,它可以降低熔体固相线、粘度和密度,有利于提高岩浆的结晶分异程度,因而使得高度不相容的钨元素在岩浆演化过程和后期热液阶段的富集与矿化。富挥发分岩浆的形成可能与俯冲板块后撤,软流圈物质上涌导致的多硅白云母等富F矿物的高温分解有关。研究表明,华南南岭地区侏罗纪的钨矿化花岗岩主要形成于太平洋板块的俯冲后撤,而华南南部晚白垩世钨成矿作用与新特提斯洋的俯冲后撤有关。     

华南陆块东部晚中生代岩浆作用的深部动力学过程

本文总结和回顾了过去几年来本研究团队在华南陆块东部(主要是东南沿海地区)开展的火成岩岩石地球化学研究进展,并重点探讨了晚中生代(白垩纪)岩浆作用的深部动力学过程,取得了以下主要认识:(1)华南晚中生代镁铁质岩浆作用记录了古太平洋板块从俯冲到后撤-撕裂的深部动力学过程,其地幔源区的富集组分从进俯冲时期的板片上覆沉积物逐渐过渡到后撤-撕裂阶段的下部镁铁质洋壳;(2)长英质火山岩的地壳源区从俯冲阶段的低温(700～810℃)含水下地壳转变为后撤-撕裂阶段的高温(790～860℃)贫水陆壳;(3)东南沿海地区晚中生代经历了强烈的弧地壳增生和置换作用,形成了具有“等同位素效应”的双峰式侵入杂岩体。我们提出的板片俯冲-后撤-撕裂模式同样适用于解释华南陆块东部早中生代构造-岩浆演化的深部的动力学机制。     

钼的地球化学性质与成矿

钼在硅酸盐地球中的丰度很低,作为中度不相容元素,简单的岩浆形成、演化过程很难使之从地壳丰度直接富集到工业品位。我们研究结果显示钼的成矿主要通过两阶段富集过程来实现:一是与风化、沉积有关的表生过程;二是与板块俯冲或深埋熔融有关的岩浆过程。钼是变价元素,在寒武纪大气氧再次升高以后,钼在地表化学风化过程中容易被氧化为水溶性的Mo O42-,进入地表径流和海洋湖泊中,并且在还原条件下进入富含有机质的黑色页岩等沉积物(岩)中。富钼沉积物(岩)在随板块俯冲到地幔或深埋等条件下可以因升温变质,进而发生部分熔融,形成富钼的原始岩浆,在俯冲条件下往往形成斑岩铜(金)钼矿床,氧逸度低于斑岩铜矿,而斑岩钼矿的氧逸度更低。具有高化学风化速率、大的流域面积的封闭、半封闭型水域和河口地区是表生过程中钼富集的最佳区域,是大型钼矿形成的基础。     

江西阳储岭两期岩浆活动与钨成矿作用的关系：来自黑云母地球化学的证据

阳储岭斑岩型W-Mo矿床位于江南造山带中部,是华南地区最早发现的斑岩型钨钼矿床。已探明WO₃资源储量6.13万吨(平均品位0.2%),Mo资源储量1.69万吨(平均品位0.03%～0.06%),其成矿作用与中生代花岗质岩浆活动密切相关。区内发育早期花岗闪长岩和晚期二长花岗斑岩,钨矿体以细脉状和浸染状产于二长花岗斑岩体内,而花岗闪长岩内未见矿化。两期岩浆活动与钨成矿的关系尚不明确,制约其含矿差异性的因素尚不清楚。本文以花岗闪长岩和二长花岗斑岩中的黑云母为研究对象,对比研究两类岩浆结晶分异程度、氧逸度、岩浆流体卤素浓度,探讨其对钨成矿的制约。黑云母主量元素分析结果显示,阳储岭两类岩浆岩均为壳源,但显著不同于S型花岗岩的Mg/(Fe+Mg)和Al^VI值,指示其具有I型花岗岩的特征。黑云母的微量元素信息显示,相对于花岗闪长岩中的黑云母(类型一),二长花岗斑岩中的黑云母(类型二)显示低的K/Rb、Nb/Ta比值,高的Rb、Cs、Nb和Ta含量,表明其分异程度较花岗闪长岩更高,更有利于钨的富集。两类黑云母所指示的岩浆氧逸度均在NNO缓冲线附近,表明其母岩...     

义敦岛弧晚白垩世斑岩成矿系统

义敦岛弧晚白垩世花岗(斑)岩及其相关成矿系统发育,呈南北向展布,且由北向南呈规律性变化,形成北段昌台弧、中段乡城弧和南段中甸弧3个子系统:(1)北段昌台弧发育97~93Ma的斑状二长花岗岩岩基和矽卡岩型锡矿床,岩体侵位于乡城-格咱断裂与甘孜-理塘断裂的交汇地带,表现了较宽的主量元素变化范围,属于高钾钙碱性-钾玄质的过铝质系列,稀土配分模式较平坦、具有负Eu异常,锡矿化多发育于岩体与上三叠统图姆沟组碳酸盐岩的接触带上;(2)中段乡城弧乡城-格咱断裂两侧发育大量85~77Ma的花岗(斑)岩及斑岩-矽卡岩型Sn-Pb-Zn-Ag多金属矿床,主体岩相为斑状黑云二长花岗岩,是碱性、分异程度高的酸性岩,具典型钾质演化系列,多金属矿化主要发生在岩体与上三叠统图姆沟组碳酸盐岩和变质碎屑岩接触带中,从花岗岩向外为Sn→Pb-Zn,垂向上由深部到浅部依次为含Sn磁铁矿→Sn→Sn-Pb-Zn-Ag;(3)南段中甸弧发育呈岩株出露的88~78Ma的二长花岗斑岩及斑岩-矽卡岩型Cu-Mo-W多金属矿床,休瓦促和热林花岗斑岩体侵入上三叠统喇嘛亚组、拉纳山组砂板岩中,主要发育蚀变花岗岩型和热液石英脉型矿体;红山花岗斑岩体侵入上三叠统图姆沟组碳酸盐岩和变质碎屑岩中,主要发育矽卡岩型矿体。斑岩体中发育角闪石斑晶,铝饱和指数小于1.1,Zr、P与SiO 2呈显著负相关,具有I型花岗岩特征。与晚三叠世同俯冲的弧花岗岩相比,晚白垩世花岗(斑)岩明显偏酸性(SiO 2含量范围为65.06%~76.30%)、富碱质(K2O+Na2O含量范围为6.55%~10.77%)和铝饱和(A/CNK=0.72~1.13);岩浆源区深度变浅,且花岗(斑)岩源区从昌台弧(Eu/Eu*=0.20~0.66,εNd(t)=-6.90~-5.30,εHf(t)=-0.6~1.9)→乡城弧(Eu/Eu*=0.04~0.18,(87Sr/86Sr)i=0.7110~0.7250,εNd(t)=-8.40~-5.54)→中甸弧(Eu/Eu*=0.14~0.88,(87Sr/86Sr)i=0.7075~0.7092,εNd(t)=-8.50~-5.76,εHf(t)=-9.5~-2.2)呈现由中-酸性变沉积地壳到中-基性地壳的变化趋势。这表明义敦岛弧由北向南成矿系统多样性的变化可能与晚白垩世花岗质岩浆的源区有关,即控制花岗岩氧逸度的主要因素是源区性质,岩浆型地壳通常形成氧化型花岗岩及相关的Cu、Mo成矿系统;而沉积型地壳形成还原型花岗岩及相关的Sn、W、Pb、Zn成矿系统。     

西藏冈底斯岩基南木林晚白垩世岩体和脉岩地球化学与岩石成因

青藏高原南拉萨地体晚白垩世岩浆岩是揭示新特提斯洋北向俯冲动力学过程的重要岩浆记录。前人对东西向展布的冈底斯岩基不同区段出露的各类晚白垩世岩浆岩进行了大量研究,但对该时期岩石成因和新特提斯俯冲的深部过程仍存在一些争议。本文报道的冈底斯岩基南缘南木林地区的辉长岩体及侵入其中的基性和酸性脉岩,形成于晚白垩世早期,在辉长岩体(92～94Ma)就位后不久基性和酸性脉岩(91Ma)同时侵入,野外露头较好地展示了它们的穿切关系。寄主辉长岩和基性脉岩均属于高钾钙碱性系列,Si O_2含量不均一(49.60%～57.99%),高铝(Al_2O_3,16.41%～18.67%),无明显Eu负异常,低Cr、Ni,表明可能经历过角闪石分离结晶。酸性脉岩属于弱过铝质钾玄质系列,普遍高硅(Si O_270%)、高全碱(8.06%～9.44%),与岩体无成分演化关系。三类岩石的微量元素均显示弧岩浆的特征,表现为轻稀土富集、重稀土亏损,Th、U、K、Pb、Sr等大离子亲石元素相对富集,高场强元素Nb、Ta、Ti等相对亏损。辉长岩和酸性脉岩锆石Hf同位素均表现亏损特征(ε_(Hf)(t)为+7.8～+11.4),一阶段模式年龄和地壳模式年龄均低于506Ma。综合辉长岩和基性脉岩的Nb/La、Nb/U和Ce/Pb特征,表明岩浆应来源于受流体交代的弧下地幔楔源区,而酸性岩脉具有高Sr/Y比和(La/Yb)_N比的埃达克质特征,可能来自弧下加厚的新生镁铁质下地壳。考虑到区域上95～85Ma岩浆活动广泛分布于整个冈底斯岩基中,本文认为在冈底斯岩浆弧的中段,晚白垩世早期北向俯冲的新特提斯洋发生了板片回转,同时导致了地幔和下地壳的部分熔融作用。     

腾冲地块晚白垩世-古近纪富锡花岗岩成因:岩浆源区及分异演化条件SCIEI北大核心CSCD

腾冲地块锡成矿作用主要与晚白垩世-古近纪岩浆活动相关,但仅矿区花岗岩体具有较高的锡含量(平均25×10^(-6)),区域上同时代的非成矿花岗岩体并未发生锡的富集。本文通过搜集分析现有研究数据,总结了富锡成矿岩体和区域非成矿岩体在岩浆源区、演化条件和结晶分异程度的异同:区域非成矿岩体锆石ε_(Hf)(t)值(-15.1~+3.39)表明,自东北向西南幔源物质加入有升高的趋势,但区域玄武岩中低含量的Sn(1.61×10^(-6))表明幔源物质混入不利于岩浆中锡的富集。晚白垩世部分非成矿岩体与成矿岩体具有相同ε_(Hf)(t)(-9.7)值,表明其皆源于古老地壳物质的部分熔融,但岩体均表现为准铝质-弱过铝质特征,且锆石Hf同位素(t_(DM2)=1724Ma)和全岩Nd同位素(t_(DM2)=1836Ma)二阶段模式年龄基本一致,因此其源区可能并非富锡的高黎贡山群变质沉积岩,而可能是其中未经风化的变质花岗岩。根据腾冲地块地层厚度(28km)和莫霍面深度(47~35km)推断岩浆源区至少位于地下30km(8.4kbar),由于仅靠地温梯度(25℃/km)无法达到初始熔融温度(>1066℃),源区部分熔融过程很可能受地幔热的影响。根据Fe_(2)O_(3)/FeO比值,非成矿岩体(0.59)与成矿岩体(0.48)均具有较低的氧逸度,属钛铁矿系列,但成矿岩体的结晶分异程度明显高于非成矿岩体,且成矿岩体富含挥发分,高含量的挥发分降低了岩浆固结温度(650~550℃),延长了结晶分异时间,促进了锡在晚期岩浆中的富集。因此腾冲地块富锡花岗岩主要是普通岩浆在低氧逸度环境下发生高度结晶分异的结果。     

汇聚环境岩浆氧化态来源的进展与展望

汇聚板块边缘的俯冲带是壳幔相互作用最为强烈的区域, 其重要特征是俯冲板片将地表物质带入地球内部并在上覆板块产生强烈的岩浆活动, 同时孕育铜、钼、金和其他具有重要经济价值的金属矿床。现有研究显示, 俯冲带弧岩浆的氧逸度总体高于洋中脊玄武岩, 但对于弧岩浆的高氧逸度的成因存在争议。目前有关弧岩浆高氧逸度的来源存在如下认识: (1)板片俯冲过程中释放的高氧化性流体对地幔楔持续氧化, 该流体可能来源于蚀变基性洋壳、上覆沉积物和/或下伏的蛇纹岩化地幔; (2)地幔部分熔融形成的含水熔体与周围地幔反应过程中, 还原组分(例如H₂)的丢失促使氧化性弧岩浆的形成; (3)上升熔体在深部岩浆房演化过程中, 富Fe²⁺矿物相(石榴子石、角闪石等)的分离结晶和/或去气作用致使残余熔体氧逸度升高。本文系统梳理了弧岩浆高氧逸度成因的最新进展, 从俯冲带不同来源流体(俯冲沉积物、基性洋壳、岩石圈地幔)的氧化性、地幔尺度内熔岩反应、地壳尺度内弧岩浆分离结晶和去气作用三方面进行系统总结, 评述研究现状和争议存在的原因, 并对未来研究进行了展望。

     

滇西来利山与小龙河云英岩型锡矿成矿流体氧逸度特征对比

来利山锡矿床与小龙河锡矿床是滇西地区典型的云英岩型锡矿床。为揭示它们在成因上深层次的差异性,对来利山锡矿和小龙河锡矿的锡石进行了电子探针成分分析、镜下观察以及成矿环境对比分析。结果表明,锡石中的铁多以Fe~(3+)的形式与Sn~(4+)发生类质同象,氧逸度越高,锡石中Fe~(3+)越多,宏观上表现为锡石的颜色越深。来利山矿区锡石中Fe含量明显低于小龙河矿区,且锡石颜色明显比小龙河矿区颜色浅,反映了来利山锡矿成矿环境相对开放,成矿流体氧逸度偏低,流体中Sn络合物迁移能力较强,在花岗岩体外接触带的围岩裂隙中形成外云英岩型锡矿床;而小龙河锡矿成矿环境相对封闭,成矿流体氧逸度偏高,流体中Sn络合物迁移能力较弱,多在花岗岩体顶部的构造裂隙中形成内云英岩型锡矿床。     

滇西南与花岗岩有关的锡矿床时空分布与成矿作用

滇西锡矿带与全球著名的东南亚锡矿带具有相似的成矿地质背景,其成矿规律与资源潜力一直是研究热点。本文在前人已有研究的基础上,探讨了滇西南锡矿时空分布规律与成矿作用。滇西南锡矿主要分布在腾冲地体、保山地体与昌宁-孟连造山带。已有的年代学数据显示腾冲地体发育三期锡成矿事件,分别为125～120Ma,75～68 Ma,52～47 Ma。本文在保山地体识别出晚新生代(约32～24 Ma)和晚白垩世(约75 Ma)两期锡成矿作用,进一步厘定了昌宁-孟连造山带东部三叠纪临沧花岗岩体中锡成矿时代为三叠纪(约235～220 Ma)。提出滇西南与三叠纪花岗岩有关的锡成矿作用发生于古特提斯洋闭合后碰撞环境,与早白垩世花岗岩有关的锡矿形成于中特提斯洋闭合后碰撞环境,与晚白垩世—古近纪花岗岩有关的锡成矿作用与新特提斯洋俯冲和板片回撤有关,而保山地体晚新生代锡矿则可能与新生代隐伏的新生代花岗岩有关,其侵位可能与走滑断裂活动诱发的软流圈上涌和地壳熔融有关。滇西南含锡花岗岩多为复式花岗岩体中晚阶段的高分异花岗岩(如二云母花岗岩或白云母花岗岩)。保山地体三叠纪花岗岩中的锡矿成矿时代显著晚于赋矿围岩,应注重加强成矿期花岗...     

铀的地球化学性质与成矿——以华南铀成矿省为例

铀是强不相容元素,随着岩浆演化而不断富集,在岩浆演化末期受结构氧增加影响进入独居石、磷钇矿等副矿物中。岩浆演化通常无法直接形成达到工业品位的铀矿床。铀是对氧逸度敏感的变价元素。在表生风化过程中岩体(层)中的铀被氧化为UO_2~(2+)而极易溶解进入水体中,并可在还原环境沉淀而富集成矿,氧化还原界面是找矿的理想选区。大气水可通过断裂构造系统进入一定深度,并受热源作用形成高氧逸度的热液而萃取出岩体(层)中的铀在还原位置沉淀富集形成矿床。新元古代氧化事件以及Marinoan冰期结束使得表生风化过程中更多的U进入水体;而寒武纪生命大爆发,易在沉积盆地底部形成还原环境,有利于U的沉淀富集。受上述三方面因素控制,在华南形成了广泛分布的富铀黑色页岩层,并被之后的沉积物覆盖,成为华南各型铀矿床的铀源层。印支期构造运动使部分富铀黑色页岩层发生部分熔融形成了富铀的S型花岗岩,该类岩石亦是之后铀成矿作用的铀源岩。燕山运动后期华南发生伸展构造背景下的岩浆热事件为以大气水为主的高氧逸度热液的形成并作用于铀源岩(层)提供了有利条件,促使华南各类型铀矿床开始在白垩纪集中形成。     

元素的地球化学性质与关键金属成矿:前言

正本专辑重点从元素地球化学性质入手,结合地质过程和区域地质及一些具体矿床实例的研究,探讨关键金属的成矿规律。包括22篇文章,内容涵盖钨、锡、铌、钽、钛、锑、铀、铼、硼、钼、铜等多种关键金属的成矿规律。矿床是元素异常富集的地质体,因此,元素在不同地质     

Tin-bearing minerals at the Furong tin deposit,South China: Implications for tin mineralization

It remains poorly constrained whether remobilization of Sn from granites and prograde skarns plays an essential role in forming economic (skarn-type) tin mineralization. Using both electron probe microanalysis and laser ablation–inductively coupled plasma–mass spectrometry methods, in-situ Sn contents, as well as major elements, were analyzed for numerous silicates and magnetite from fresh granite, altered granite, and skarn at the large Furong Sn deposit (530,000 t Sn @ 0.8% Sn) in the Nanling Range, South China. Hornblende and biotite in fresh granite are the main Sn-bearing phases (Sn = 44–321 ppm), while plagioclase and K-feldspar are poor in Sn (< 5 ppm). In altered granite, tin is hosted mainly by hydrothermal muscovite (299–583 ppm) replacing plagioclase, but rarely by chlorite (mostly <10 ppm) replacing hornblende and biotite. In contrast, most silicates (garnet, diopside, vesuvianite, pargasite and epidote) and magnetite from tin skarn are Sn-rich (47–44,241 ppm), except for Sn-poor phlogopite and scapolite (< 10 ppm). In particular, garnet, pargasite, and epidote reach tin concentrations in the percent range. Tin generally enters the stannous silicates and magnetite through substitutions for octahedral Al^vi and Fe³⁺. Comparisons of Sn contents between magmatic and hydrothermal minerals in granite, prograde and retrograde minerals related to tin skarn indicate that remobilization of Sn from granite and prograde skarn is not a pre-requisite to form tin mineralization.     

西南三江甭哥金矿床磷灰石地球化学特征及地质意义

甭哥金矿床位于西南三江造山带北段的义敦弧南缘,属于与富碱侵入岩有关的金矿床。目前,对其成矿机理认识仍较为薄弱,制约了资源评价和找矿勘查进展。本文选取甭哥金矿床强矿化的正长斑岩和弱矿化的黑云辉石正长岩中的磷灰石作为研究对象,详细剖析磷灰石的地球化学特征,探讨其记录的成岩成矿信息。结果表明,磷灰石的稀土元素含量特征及配分模式显示富碱岩浆主要来自于壳幔混合的源区,黑云辉石正长岩中磷灰石的(La/Sm)N、(La/Yb)N、(Sm/Yb)N值和Sr含量呈正相关,说明长石结晶对岩浆结晶分异有重要的影响;正长斑岩中磷灰石具有高Sr/Y、Ce/Pb值,而Th/U、(Sm/Yb)N值较低,指示强烈的流体活动参与了岩浆结晶过程;磷灰石挥发分(F、Cl)含量及比值特征指示金矿成矿流体主要来自地幔源区,成矿与富碱、高氯的成矿流体有关。磷灰石Mn氧逸度计估算结果显示,甭哥富碱侵入岩具有高氧逸度特性,但两种不同岩性岩石的氧逸度具有差异性。其中,正长斑岩的logf_(O_2)值为-12～-10. 3,黑云辉石正长岩的logf_(O_2)值为-15. 5～-11. 1,磷灰石中SO_3含量及Ga含量也暗示正长斑岩的氧逸度高于黑云辉石正长岩的特征;结合磷灰石低Mn、Ga含量和高的Cl、SO_3含量,反映甭哥金矿床金的成矿是在高氧逸度条件下金氯络合物迁移、富集而沉淀的结果。因而,磷灰石的地球化学特征对金矿床成矿过程示踪和勘查评价具有重要的指示意义。     

板块俯冲与斑岩铜金成矿

绝大多数斑岩铜金矿床分布在汇聚板块边缘。研究表明高氧逸度和洋壳部分熔融是控制斑岩铜金矿床形成的两个关键因素。作为亲硫元素,铜金的性质主要受还原态的硫(S~(2-))控制,而硫的价态和性质则强烈受氧逸度的影响。矿床学家很早就发现氧逸度ΔFMQ+2是斑岩铜金矿床成矿的魔幻数字。研究发现其原因是硫的性质在此氧逸度附近发生巨变,在低氧逸度时,硫主要以硫化物的形式存在,但是当氧逸度在ΔFMQ+1. 5以上时,硫主要以硫酸根的形式存在。硫酸盐在岩浆中的溶解度通常是硫化物的10倍左右,因此在部分熔融过程中,高氧逸度可以大幅度提高硫在岩浆中的溶解度,有利于源区硫化物被破坏,以硫酸根的形式被熔出,从而大幅度提高初始岩浆中的铜(金)含量;与此同时,硫化物在岩浆演化过程中可以保持不饱和状态,有利于作为中度不相容元素的铜(金)通过岩浆演化进一步富集。在磁铁矿结晶等过程中,岩浆体系的氧逸度降低,硫酸根被还原,还原态的硫(S~(2-))将岩浆中的铜金萃取,富集到流体相,从而形成斑岩铜金矿床。这种高氧逸度岩浆通常出现在汇聚板块边缘。由于洋壳铜、金、硫含量远高于陆壳和地幔,而且俯冲带氧逸度高出地幔和下地壳约2个数量级,因此俯冲洋壳部分熔融形成岩浆的初始铜、金、硫含量远高于陆内岩浆,有利于成矿。年轻洋脊的俯冲因其高热量是显生宙以来最容易发生俯冲洋壳部分熔融的地质过程,且同时具有高氧逸度,因此洋脊俯冲是形成大型、超大型斑岩铜金矿床的最佳途径。统计结果显示,全球主要超大型斑岩铜金矿床均与洋脊俯冲有关。