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桂北清明山铜镍硫化物矿床地质地球化学特征及找矿预测

作　者: 杨振军
导　师: 刘继顺
学　校: 中南大学
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 铜镍硫化物矿床玄武岩镁铁质侵入岩酸性岩成矿模式找矿预测
分类号: P618.41
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

桂北四堡地区出露有江南最古老的元古代地层四堡群,分布大量的变镁铁质火山-沉积岩、镁铁质-超镁铁质侵入岩、中酸性侵入岩,是桂北岩浆型Cu-Ni-PGE成矿带、Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、W、U/ Au成矿带的重要组成部分和中国南方极具潜力多金属找矿远景区之一.本文在详细研究区域成矿地质背景及其演化及全面收集研究区内矿床(点)的地质、物探、化探、勘探、开采资料的基础上,以区域成矿学、岩浆成矿理论为指导,以构造-岩浆-成矿作用为主线,对区域内四堡群地层、镁铁质-超镁铁质侵入岩、中酸性岩体、典型矿床-清明山铜镍硫化物矿床和Sn, Cu、Pb、Zn等矿化(床)进行深入剖析和系统研究,取得以下主要成果和认识：(1)桂北四堡地区处于扬子地台东南缘,中元古代早期,处于华南洋与扬子古陆的过渡环境,华南洋与扬子陆块洋-陆碰撞诱发了弧后盆地的形成,接受了大量具有浊积岩沉积特征的半深海-深海相碎屑沉积(四堡群)；俯冲的大洋板片部分熔融、底辟和上侵形成镁铁质火山喷发；中元古代晚期至新元古代初期,沉积盆地裂谷化进一步演化,火山-沉积加厚,镁铁质岩浆活动主要表现为岩浆的侵入；伴随着镁铁质岩浆分异演化、混染和部分地壳重熔形成了花岗闪长岩；新元古代中晚期,随着板块汇聚运动,弧后盆地裂谷化运动结束,褶皱造山及深部岩浆热侵蚀、陆壳物质大量重熔形成了大规模的黑云母花岗岩。(2)四堡群为一套具有浊积岩沉积特征的深海-半深海浅变质碎屑沉积岩系夹中-基性熔岩、科马提岩、火山碎屑岩,富集Mn、Cu、Ni、Co、Cr、V, Pb、Zn等亲铁元素；丹洲群为陆相-浅海相-半深海相砾岩、砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩建造,富集Zn、Ba等酸性元素。在四堡群中广泛分布有Cu、Ni、Co、PGE系列矿床(化),Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、W、U、Au等矿床(化)。(3)镁铁质火山岩、镁铁质-超镁铁质侵入岩在空间上相伴分布,岩石地球化学特征相同,富集MgO、贫K2O、TiO2,属拉斑玄武岩系列；富集Rb、Ba, Cr, Th,亏损Nb、Ta、P等,富集轻稀土,稀土配分模式右倾、弱或无明显的Eu负异常。Th/Nb比值远高于MORB和OIB岩的Th/Nb比值,也高于扬子地块上地壳Th/Nb比值；Nb/Ta、Nb/U比值均远低于正常洋脊玄武岩和球粒陨石值；具有高87Sr/86Sr比值(>0.7033)、低143Nd/144Nd<0.5130和eNd(t)<0的特点。地质地球化学特征表明,两者的岩浆源区为位于弧后陆缘区域部分熔融地幔(EM1),两者是同源岩浆不同阶段形成的产物。(4)中酸性岩体花岗闪长岩与黑云母花岗岩均为过铝质岩石,微量元素均富集K、Rb、Th,亏损Ti,dEu强亏损,稀士配分模式平坦；花岗闪长岩属混合源型花岗岩,而黑云母花岗岩属重熔型花岗岩。(5)四堡群及其火山岩形成于中元古代,四堡群下部沉积岩时代约1190～1800Ma、火山岩时代约1190～1734Ma；丹洲群的形成于新元古代早期(822～890Ma)；镁铁质-超镁铁质侵入岩形成于中元古代晚期-新元古代初(982～1088Ma)；花岗闪长岩形成时代820～1064Ma,形成时间晚于镁铁质-超镁铁质侵入岩；黑云母花岗岩形成于820～898Ma；清明山铜镍矿床形成时代为1087±56 Ma。(6)清明山铜镍矿含矿岩体,呈镁铁质-超镁铁质侵入岩墙(岩脉)产出,分异较好,从岩体底部向顶部岩性可以划分为辉石岩-辉长辉绿岩-闪长岩等岩相。地球化学特征是：ω(SiO2)为42.68～45.84%,ω(Al2O3)为6.62～10.58%,ω(MgO)为17.87～25.12%,ω(TiO2)为0.33～0.52%,ω(K2O)为0.05～1.19%；微量元素特征富集大离子半径元素Rb等,亏损高场强元素Ta、Nb等；稀土特征SREE含量平均为40.95-63.7×10-6, SLREE/SHREE为1.82～1.93,LaN/YbN为2.92～3.29,dEu值为0.56～1.13；轻稀土相对弱富集,重稀土亏损,没有或弱Eu异常。以上特征表明,清明山地区的镁铁质岩浆及含矿岩体表现出了弧岩浆地球化学特征,壳源物质混染明显,岩性略偏酸性。(7)清明山铜镍矿体产于岩体底部,严格地受辉石岩相控制。含矿岩体呈东西走向,倾向南,倾角28°～52°,厚20～250m,长1.0～3.5 Km。目前控制的含矿岩体从地表往下,逐渐变大,对应的铜镍矿体变富。清明山矿床分南北两个矿区,南部清明山铜镍矿体,控制长1500m以上,延深达500m,厚0.81-3.78m,镍品位0.31%～0.49%,铜品位0.14%～0.27%,伴生钻0.008%～0.016%；北部马漕山铜镍矿体,控制长大于500 m,延深250m,厚0.8～3.5m,矿床平均镍品位0.20%～0.30%,铜品位0.10%～0.30%。主要矿石类型有浸染状矿石、斑杂状矿石、块状矿石和脉状矿石四种类型；主要金属矿物有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿等。铜镍矿石的d34s为-0.5%0～+3.60%0,镁铁质岩体的d34S为6.3‰～+24.9‰；矿床地质地球化学特征与Duluth铜镍矿床比较接近,与甘肃金川铜镍矿床差异较大,这与所处大地构造位置不同有关。(8)清明山岩浆型铜镍矿的形成主要受制于岩浆熔离作用,次为结晶分异作用。引起清明山镁铁质岩浆硫饱和而致熔离作用发生的因素,主要为同化混染四堡群文通组富硫的变火山-沉积岩及似层状黄铁矿型铜铅锌矿化,次为温度快速下降和结晶分异。(9)清明山矿区存在两个主要的成矿系列：Cu、Ni、Co、PGE系列形成于弧后盆地裂谷化阶段(地壳拆沉、减薄和幔源岩浆侵入),形成于中元古代晚期-新元古代早期,为镁铁质岩浆熔离形成,分布在镁铁质-超镁铁质岩体的底部；Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、W、U、Au成矿系列形成于弧后盆地褶皱造山阶段(地壳增厚、重熔和花岗岩化),形成于新元古代中晚期,与黑云母花岗岩侵入有关。成矿主要受制于三大因素,①四堡群变火山-沉积岩系富含成矿元素,为成矿奠定了良好的物质基础和丰富的硫源环境。②板块运动、构造演化导致了地幔的部分熔融和镁铁质-超镁铁质岩的侵入；弧后裂谷盆回返、褶皱造山与镁铁质岩浆热侵蚀促使了陆壳物质的大规模重熔和黑云母花岗岩侵入；板块构造演化决定了成矿有关岩体的形成,是成矿的主导因素,是动因。③Cu、Ni、Co、PGE系列成矿直接来自镁铁质岩浆的熔离分异和岩体中成矿元素的富集；而Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、W、U、Au成矿与黑云母花岗岩的定位、分异和岩浆期后热液循环有关,因此岩体自身的高度分异演化是成矿的关健。在此基础上,建立了清明山铜镍矿床的成矿模式。(10)清明山铜镍硫化物矿床控矿因素有：弧后盆地大地构造背景,四堡深源断裂旁侧次级构造-清明山复式褶皱,岩体岩相专属性,岩体底部与围岩接触的岩性界面,四堡群文通组变火山-沉积岩系。总结的找矿标志有：区域性深大断裂旁侧次级褶皱、分异较好的超镁铁质岩体、辉石岩相、矿化蚀变、铁帽及氧化矿露头、综合性物探和化探异常。(11)综合地质、地球物理、地球化学和矿床地质资料,预测清明山铜镍矿区具有大型以上铜镍硫化矿的找矿前景,中小型与花岗岩有关的锡铜多金属找矿前景。重点找矿方向是：探索清明山矿区深部隐伏的大规模镁铁质-超镁铁质岩体及大型岩床底部与侵入通道内的块状铜镍硫化物矿体。提出了清明山矿床3个找矿靶区：清明山矿区东南部Ⅱ号物探异常预测区,马漕山矿区东部Ⅲ号物探异常预测区,清明山矿区Ⅰ号物探异常西部预测区。通过研究和总结玄武岩与镁铁质侵入岩的地质、地球化学特征、两者相互关系、镁铁质岩浆成因环境和源区性质、铜镍硫化物矿床的地质和地球化学特征、矿床的形成机制、成矿规律等,阐述了铜镍矿体与玄武岩和镁铁质侵入岩成因联系、铜镍矿床地质特征,建立了铜镍硫化物矿床的成矿和及找矿模式,总结出了地质、地球物理和地球化学找矿标志,肯定了研究区的找矿前景。

全文目录

摘要  4-8
ABSTRACT  8-17
第一章绪论  17-25
  1.1 选题依据及研究意义  17-18
  1.2 相关领域的研究现状及存在问题  18-20
  1.3 研究思路、研究内容、预期成果  20-25
第二章区域地质背景  25-39
  2.1 大地构造位置、构造格局  25-28
    2.1.1 大地构造位置  25-26
    2.1.2 构造格局  26-28
  2.2 区域地层  28-32
  2.3 区域岩浆活动及分布  32
  2.4 区域矿产分布  32-35
  2.5 区域地球物理特征  35-37
  2.6 区域地球化学特征  37-38
  2.7 本章小结  38-39
第三章区域岩石地质地球化学特征及大地构造环境  39-73
  3.1 四堡群、丹洲群地层形成年代及地球化学特征  39-42
    3.1.1 四堡群、丹洲群地层形成时代  39-40
    3.1.2 四堡群、丹洲群地层地球化学特征  40-41
    3.1.3 四堡群、丹洲群构造环境判别  41-42
  3.2 火山岩地质地球化学特征  42-50
    3.2.1 火山岩地质特征  42-43
    3.2.2 火山岩主元素特征  43-44
    3.2.3 火山岩微量元素特征  44-46
    3.2.4 火山岩稀土元素特征  46-47
    3.2.5 火山岩的形成时代  47-48
    3.2.6 火山岩形成构造环境判别  48-50
  3.3 镁铁质-超镁铁质侵入岩地质地球化学特征  50-62
    3.3.1 镁铁质-超镁铁质侵入岩地质特征  50-51
    3.3.2 镁铁质-超镁铁质侵入岩主元素特征  51-54
    3.3.3 镁铁质-超镁铁质侵入岩微量元素特征  54-56
    3.3.4 镁铁质-超镁铁质侵入岩稀土元素特征  56-59
    3.3.5 镁铁质-超镁铁质侵入岩的年龄  59-61
    3.3.6 镁铁质-超镁铁质-超镁铁质侵入岩的构造环境判别  61-62
  3.4 酸性岩地质地球化学特征  62-69
    3.4.1 酸性岩地质特征  62-63
    3.4.2 酸性岩主元素特征  63-64
    3.4.3 酸性岩微量元素特征  64-65
    3.4.4 酸性岩稀土元素特征  65-66
    3.4.5 酸性岩形成年龄  66-67
    3.4.6 酸性岩形成构造环境判别  67-69
  3.5 镁铁质火山岩与镁铁质-超镁质侵入岩的关系  69-70
  3.6 镁铁质-超镁质岩与酸性岩的关系  70-71
  3.7 本章小结  71-73
第四章清明山铜镍矿床地质特征  73-96
  4.1 矿区地质  73-77
    4.1.1 地层  73-75
    4.1.2 构造  75-77
    4.1.3 侵入岩  77
  4.2 矿体分布特征  77-80
    4.2.1 地表矿体分布特征  77-78
    4.2.2 矿体深部分布特征  78-80
  4.3 矿石特征  80-81
    4.3.1 矿石特征  80-81
    4.3.2 脉石特征  81
  4.4 矿石矿物特征  81-87
  4.5 矿石的结构构造  87-88
    4.5.1 矿石结构  87
    4.5.2 矿石构造  87-88
  4.6 围岩蚀变特征  88
  4.7 铜、镍赋存状态研究  88-90
  4.8 矿物生成顺序  90
  4.9 矿体富集规律  90-91
  4.10 满洞、地苏铜镍矿床  91-92
  4.11 矿区内Sn、Cu、Pb、Zn矿化体  92-94
  4.12 本章小结  94-96
第五章清明山铜镍硫化物矿床地球化学特征和成矿模式  96-124
  5.1 矿床岩体地质特征  96-98
  5.2 矿床岩石地球化学特征  98-99
  5.3 矿床微量元素特征  99-101
  5.4 矿床稀土元素特征  101-103
  5.5 同位素特征  103-106
    5.5.1 硫同位素组成  103-105
    5.5.2 Sm/Nd同位素  105-106
  5.6 镁铁质岩浆源区性质讨论  106-109
    5.6.1 岩浆及岩石形成温度压力条件  106-107
    5.6.2 岩浆起源压力测算  107-108
    5.6.3 镁铁质岩浆物质来源及源区性质讨论  108-109
  5.7 铜镍矿成矿机制的探讨  109-113
    5.7.1 岩浆不混熔机制  109-110
    5.7.2 岩浆中硫的丰度及特征  110-111
    5.7.3 岩浆铜镍硫化物矿床硫的饱和机制初探  111-113
    5.7.4 清明山铜镍矿床岩浆硫饱和机制特征分析  113
  5.8 铜镍矿床成因认识及成因模式  113-121
    5.8.1 前泥盆纪大地构造运动同位素年代学制约  113-115
    5.8.2 大地构造-镁铁质火成岩、中酸性岩的演化形成模式  115-117
    5.8.3 板块构造演化与成矿的关系  117-119
    5.8.4 铜镍矿体成因特征及模型  119-121
  5.9 与Duluth、金川铜镍硫化物矿床对比分析  121-122
  5.10 本章小结  122-124
第六章矿床成矿规律与找矿方向  124-139
  6.1 控矿因素  124-130
  6.2 找矿标志  130-131
  6.3 综合找矿模型  131
  6.4 成矿预测与找矿方向  131-138
    6.4.1 找矿预测准则  132-133
    6.4.2 靶位优选与预测依据  133-137
    6.4.3 找矿前景准则  137-138
  6.5 本章小结  138-139
第七章结论  139-142
参考文献  142-153
图版说明  153-165
致谢  165-167
攻读学位期间主要的研究成果目录  167

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