胶东金矿床中关键金属超常富集特征与机理初探

胶东是全球唯一已知发育于前寒武纪变质地体内的晚中生代巨型金矿省,也是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000吨的三个金矿省之一,被视为检验巨型金矿床成矿新理论和新模型的关键地区。胶东金矿床长期的开发和研究主要聚焦于金,对其共/伴生关键金属尚缺乏关注;但广泛发育含关键元素Te、Re、W、Zr、Cr、La、Ce、Sb、Bi和As的独立矿物。通过对胶东典型金矿床内关键元素赋存状态的分析,发现它们主要以微米矿物集合体、纳米颗粒或类质同象固溶体的形式出现,且空间分布极不均匀。通过对12个典型金矿床内关键元素的含量分布和富集特征的初步研究表明,相对于华北克拉通的地壳元素丰度,本次分析的Cr、Co、Cd、Rb、Nb、Ta、Hf、W、Sn、Sb、Bi、As和除Ho之外的其它15种REE均发生了不同程度富集。其中,Sb超常富集与Au共生形成浅成造山型金锑矿床,暗示该区可能成为重要锑资源接替区; Cd、Co、Nb、Rb、As和Bi超常富集达到伴生组分综合评价品位,显示出良好的资源潜力,尤其是Cd已具备综合利用的资源条件; Cr、Se、Te、Re、W和LREE超常富集接近伴生组分综合评价品位或已发现超常富集的载体矿物,可作为未来潜在的接替资源;而Ta、Hf、Sn和HREE远低于伴生组分综合评价品位,且载体矿物过于稀少和细小或尚未被发现,发生超常富集的可能性相对较低。虽然目前对胶东金矿床中关键元素赋存状态和分布规律的研究极其薄弱,对其超常富集机理的研究尚属空白;但胶东金成矿系统的勘查和研究积累厚实、资料丰富,且其内蕴藏的矿石量巨大、已有矿业基础设施和选矿设备完善、选矿工艺先进。深入研究胶东金矿床中关键元素源-运-聚超常富集机理,可为丰富"非常规类型关键元素成矿系统"理论体系和胶东及类似金矿床中关键元素的综合利用提供理论基础。     

滇西北红山铜钼矿床辉钼矿Re-Os同位素测年及其成矿意义

红山铜钼矿床是义敦岛弧南端格咱火山-岩浆弧中已探明规模最大的夕卡岩型铜矿床,近年来在其深部勘探过程中又发现斑岩型铜钼矿体.利用辉钼矿Re-Os同位素测年技术,分别对红山铜钼矿床中5件夕卡岩型矿石和1件斑岩型矿石中辉钼矿进行定年,首次获得红山铜钼矿床高精度成矿年龄.夕卡岩型矿石中辉钼矿Re-Os模式年龄为77.90 ～ 81.05Ma,加权平均值为79.32±0.87Ma,斑岩型矿石中辉钼矿模式年龄为80.71Ma,两者在误差范围内相一致;6件样品辉钼矿等时线年龄为80.0±1.8Ma,代表了红山铜钼矿床的成矿时代.辉钼矿中Re的含量为(4.074±0.035) ×l0-6～(94.21±0.75)×10-6,指示其物质来源以壳源为主,有少量幔源物质混入.红山铜钼矿床与格咱火山-岩浆弧燕山晚期岩浆侵入作用的高峰期及相关斑岩-夕卡岩型多金属矿床的成矿年龄一致,表明它们是弧陆碰撞的后造山伸展背景下同一区域地质事件的产物,该期夕卡岩-斑岩型铜钼多金属具有较大成矿潜力.     

斑岩铜矿床成矿流体演化:中甸普朗铜矿床蚀变矿物学与热力学模拟

不同阶段热液蚀变矿物的组成是水岩反应过程和成矿流体演化的地球化学"指纹"。三江特提斯义敦岛弧南缘的普朗超大型斑岩铜矿床形成于晚三叠世甘孜-理塘洋西向俯冲的岛弧环境,但具有不同于典型斑岩铜矿的蚀变-矿化分带特征:即在早期钾硅酸盐化蚀变带内常可见晚期脉状(沿裂隙分布的细脉状)青磐岩化或沿破碎带边部发育的绢英岩化,且主要在青磐岩化蚀变带内发育铜(-钼)矿化。为此,本研究选取普朗矿床含矿石英二长斑岩(QMP)中热液黑云母及绿泥石进行矿物产状、共生组合和世代划分研究,并针对不同产状的绿泥石开展电子探针分析研究,以探讨其形成的物理化学条件,并结合热力学模拟结果反演成矿流体演化轨迹。不同于岩浆黑云母(Bt-1)的锯齿状边缘及内部发育磷灰石包体特征,普朗铜矿热液黑云母(Bt-2)多为片状且解理发育、沿其边缘或裂隙多被绿泥石交代。青磐岩化带内发育有两类产状明显不同的绿泥石,即由黑云母蚀变而成的片状绿泥石(Chl-1)和蠕虫状绿泥石(Chl-2),且后者多与黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿及辉钼矿伴生。电子探针分析结果显示两类绿泥石均为富Mg的三八面体类绿泥石,且具有相似的主量元素组成。石英二长斑岩中Bt-2型黑云母形成温度范围为305-336℃(平均值为321℃),氧逸度位于NNO(Ni-NiO)缓冲线与HM(Fe_2O_3-Fe_3O_4)缓冲线之间。Chl-1和Chl-2型绿泥石形成温度分别为284～347℃(平均值为316℃)和278～328℃之间(平均值为310℃)。Chl-1和Chl-2的Log f_(O_2)分别在-42.7--37.2(平均值-39.8;ΔFMQ=-5.7)和-41.8～-38.4之间(平均值-40.0;ΔFMQ=-5.5),对应的Log f_(S_2)在-14.9～-12.1(平均值-13.5)和-14.5～-12.7之间(平均值-13.6)。不同蚀变阶段矿物组合特征及热力学模拟结果表明,在早期高温的钾硅酸盐化阶段含矿流体具有高氧逸度、中性特征(ΔFMQ=2,pH=7),在中温青磐岩化阶段具有低氧逸度、酸性特征(ΔFMQ=0,pH=4.8),在晚期绢英岩化阶段pH值变化不大而氧逸度略有升高。综合上述矿化-蚀变时空结构和热力学模拟结果,本研究显示普朗铜矿床强烈的蚀变叠加与青磐岩化矿化现象与围岩碳质地层随着大气水沿断裂带渗入到岩浆热液系统中有关。还原性物质伴随着大气水的渗入破坏了原始岩浆热液系统化学平衡,可能是导致普朗铜矿蚀变叠加及在青磐岩化阶段铜等成矿物质大规模聚集的关键原因之一。     

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。     

兴蒙造山带西段乌珠新乌苏花岗岩岩石成因和构造背景:地球化学、U-Pb年代学和Sr-Nd-Hf同位素约束

兴蒙造山带的构造演化及古亚洲洋的闭合时限尚存在较大争议,沿缝合带出露的花岗岩的侵位时代和成因对于约束古亚洲洋的演化具有重要意义。乌珠新乌苏花岗岩位于兴蒙造山带西段的索伦缝合带内,其Na_2O+K_2O含量为7.14%～9.36%,Al_2O_3含量为13.18%～13.49%,K_2O/Na_2O为1.10～1.52,属于高钾钙碱性系列岩石。稀土总量富集(174.8×10~(-6)～213.7×10~(-6)),相对富集轻稀土元素,轻重稀土分异中等[(La/Yb)_N=3.68～5.41],Eu负异常明显。乌珠新乌苏花岗岩富集Rb、Th、Hf,亏损Nb、Sr、P、Ti等元素,符合典型高分异A型花岗岩的低Sr、高Yb、Eu负异常的特点,显示后碰撞花岗岩的特征,形成于造山后地壳减薄阶段。乌珠新乌苏花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年显示其~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为279±2.7Ma(MSWD=1.6)和276±1.9Ma(MSWD=0.69)。正的全岩ε_(Nd)(t)值(2.1～2.7)和锆石ε_(Hf)(t)值(7.7～10.2)以及相对年轻的亏损地幔模式年龄(Nd的t_(DM2)为826～874Ma;Hf的t_(DM2)为655～931Ma),表明乌珠新乌苏花岗岩母岩浆可能来源于新元古代新生下地壳的部分熔融。综合花岗岩的地质地球化学、年代学及同位素特征,认为兴蒙造山带西段的乌珠新乌苏地区在早二叠世处于后碰撞的伸展环境。     

再论三江特提斯复合成矿系统

复合造山与复合成矿是中国区域构造演化与成矿的典型特色,其复杂的成矿物质来源、多变的构造驱动机制、丰富的成矿作用类型以及多期的活化改造过程一直是区域成矿理论研究的热点。西南三江特提斯造山带是中国复合造山的典型缩影,其经历了古生代与中生代原—古—中—新特提斯增生造山和新生代印度-欧亚大陆碰撞造山演化过程,具有复杂的复合造山演化时空格架。为系统阐释复合造山背景下的复合成矿作用,更科学地指导区域找矿勘查工作,本文在详细解析三江特提斯复合造山的基础上,依据成矿系统理论划分出与增生造山相关的原特提斯、古特提斯、中特提斯、新特提斯和与碰撞造山作用相关的挤压褶皱、拆沉伸展、挤压走滑、伸展旋扭等成矿系统;发现复合成矿作用显著,并识别出四类5个主要复合成矿系统,包括昌宁—孟连带增生-碰撞造山海底喷流(VMS)型Pb-Zn-Cu+岩浆热液型 Mo-Cu、义敦岛弧和腾冲—保山地块增生+碰撞造山岩浆热液型 Cu-Mo-Sn-W、兰坪盆地碰撞造山盆地卤水(MVT)型Pb-Zn+岩浆热液型 Cu-Pb-Zn-Ag 和扬子西缘碰撞造山富碱斑岩Au-Cu-Mo+造山型Au;详细解剖各复合成矿系统组成要素和形成机理,据此凝练出复合成矿系统理论,即指复合造山构造转换时空域中不同时期多种成矿作用或者同一时期不同成矿作用复合形成的地质系统;提出构造转换复合于早期岛弧带或者裂谷带是形成复合成矿系统的主要机制。     

西秦岭阳山金矿带硫同位素特征:成矿环境与物质来源约束

阳山金矿带成岩期的黄铁矿主要为立方体-他形,反映出一种较低温度(<200℃)、成岩流体的过饱和度低、快速冷却、氧逸度和硫逸度低、物质供应不足的成岩条件,δ³⁴S值变化范围较大(-4.2‰～12.5‰),反映了硫源自于泥盆系地层,其中灰岩中黄铁矿硫源自于海水中硫酸根离子的还原作用,千枚岩中黄铁矿经历了细菌还原作用。成矿期黄铁矿具有多种晶形,但立方体单晶较少,指示成矿系统处于中-低温(200～300℃)、成矿流体的过饱和度高、缓慢冷却、氧逸度和硫逸度高、物质供应充分的成矿有利条件。成矿早阶段和主阶段硫化物的δ³⁴S值变化范围为-4.2‰～3‰,接近于岩浆硫范围,其中成矿主阶段的黄铁矿以五角十二面体、八面体和立方体形成的聚形更常见,且聚形黄铁矿的硫同位素值变化范围更窄(-2.1‰～1.2‰),更符合岩浆硫来源特征;成矿晚阶段辉锑矿的δ³⁴S值变化范围为-6.6‰～-4.5‰,而与其共生的黄铁矿δ³⁴S值分别是7.6‰和-12.1‰,反映晚阶段除岩浆岩硫源外,浅变质的泥盆系地层也提供了部分硫源。     

黑云母和锆石化学组分对岩浆结晶条件的约束:以滇西北衙超大型金矿床为例

中酸性岩浆含矿性差异一直是矿床学的研究热点。滇西北衙超大型金多金属矿床(探明金资源量超过370t)内发育成矿二长花岗斑岩体和非成矿黑云母二长花岗斑岩体、煌斑岩体,是研究岩体含矿性差异、富碱岩浆结晶时物理化学条件及其成矿效应的良好选区。本文在详细的岩相学观察基础上,对成矿的二长花岗斑岩、未成矿的黑云母二长花岗斑岩和煌斑岩中黑云母和锆石开展矿物化学分析,厘定了北衙富碱岩浆的结晶条件。北衙成矿二长花岗斑岩体的锆石结晶温度(843℃)稍高于黑云母二长花岗斑岩体的锆石结晶温度(807℃),鉴于金在熔体中溶解度随温度升高而增大,表明在岩浆演化初期二长花岗斑岩体具有更高的金溶解度。同时,利用锆石微量元素组分估算的二长花岗斑岩体的lg(f_(O_2))(-10. 67)高于黑云母二长花岗斑岩体(-15. 00),表明二长花岗斑岩体具有更高的氧逸度。在岩浆演化过程中高氧逸度会抑制金以硫化物形式沉淀,从而增强了二长花岗斑岩体的成矿潜力。除此之外,二长花岗斑岩具有最低的黑云母结晶温度(二长花岗斑岩、黑云母二长花岗斑岩、煌斑岩依次对应644℃、723℃、766℃)和最浅的侵位深度(1. 46～1. 74km、4. 03～5. 02km、2. 53～2. 72km)。高压条件下母岩浆中出溶的流体几乎没有能量形成裂隙,而且也很难发生对金属富集有重要影响的流体不混溶作用。二长花岗斑岩体侵位深度与矽卡岩中石榴石发育的含石盐子晶的三相包裹体的捕获深度(～2km)近似,进一步暗示二长花岗斑岩体侵位后发生流体沸腾作用。因此,岩浆氧逸度和侵位深度的差异可能是黑云母二长花岗斑岩体和煌斑岩体未成矿的原因。     

滇西北铜厂沟Mo-Cu矿床成矿流体和成矿物质来源:矽卡岩矿物学与稳定同位素证据

义敦地体位于三江特提斯成矿域中北段,晚三叠世和晚白垩世斑岩-矽卡岩型Mo-Cu多金属成矿作用强烈。铜厂沟Mo-Cu矿床位于义敦地体最南端,是近年来该区新探明的Mo-Cu矿床之一,已探明资源量142.5Mt。矽卡岩在铜厂沟矿区广泛出露,是该矿区最主要的赋矿岩石。根据矿物组合及共生关系,可将矽卡岩划分为石榴子石矽卡岩、透辉石矽卡岩和透闪石矽卡岩三种类型。通过详细的地质填图和钻孔岩心编录,发现铜厂沟矿区矽卡岩矿物组合受花岗闪长斑岩体与大理岩空间分布的控制:(1)由大理岩向外依次发育透辉石矽卡岩→透闪石矽卡岩→石榴子石矽卡岩;(2)由浅至深,石榴子石粒度逐渐变大;③矿化与透闪石、绿帘石等退化蚀变矿物密切相关,矿体多形成于外接触带。矽卡岩中最主要的矿物是石榴子石,多呈自形粒状或粒状集合体产出,颜色较深,均质性,以钙铝榴石为主(62.2%~78.3%),其次为钙铁榴石(16.7%~34.2%),少量锰铝榴石、铁铝榴石和镁铝榴石,属于钙铝榴石-钙铁榴石固溶体系列(Gro62-78And17-34Spe+Pyr+Alm2-6)。石榴子石Fe~(2+)/Fe~(3+)比值变化范围为0.00~0.20,平均值为0.06,指示石榴子石形成于酸性的氧化环境。石榴子石的δ~(18)OSMOW变化范围为5.2‰~9.5‰,反映矽卡岩可能直接继承斑岩体的氧同位素组成;金属硫化物具有较为均一的S-Pb同位素范围(δ~(34)S(CDT)=-0.7‰~1.4‰;~(206)Pb/~(204)Pb=18.332~18.694,~(208)Pb/~(204)Pb=38.454~39.088,~(207)Pb/~(204)Pb=15.588~15.663),表明成矿流体和成矿物质均来源于壳源的长英质岩浆。     

克拉通岩石圈三维物质架构示踪方法

克拉通岩石圈三维物质组成架构示踪是当今地球科学研究前沿，面临系列挑战。在对已有相关成果系统梳理的基础上，分别阐述了实现由点到面、由局部到全时空、由单一方法到多学科综合约束3个战略思路转变的基本要点；并以华北克拉通为例，提出了亟待深化的研究领域和未来方向。多种地球物理方法联立约束和综合解释，不仅开拓了岩石圈物质组成研究的新思路，而且有利于获得更可信的结果。逼近实际的岩石圈物质组成架构必须符合岩石探针、岩石圈物性结构、岩石物理性质与矿物及化学组成的测试分析/模拟计算结果等观测事实，并遵循地球化学热力学-地球动力学理论框架；这就需克服单一资料和方法各自的局限性，由单一手段向多方法综合约束转变，实现多学科融合来开展岩石圈物质组成的研究。据此提出“循序渐进、逐步深化”和“反馈修正、不断逼近”的岩石圈物质组成架构的多学科综合示踪研究流程。华北克拉通岩石圈三维物质架构研究的重点在于通过多学科的深度融合，恢复不同时期的构造格架和对应的物质组成，示踪其岩石圈物质架构的演变过程。