板块俯冲与铜金成矿：长江中下游庐枞盆地和菲律宾中部早白垩火山岩-埃达克质岩对比研究
本博士论文主要研究内容为与中生代时期古太平洋板块俯冲作用相关的岩浆岩及其成矿作用。主要包括两个部分:首先是长江中下游地区庐枞盆地铁矿相关的橄榄安粗岩系列及外围沙溪地区斑岩型Cu-Au成矿相关的埃达克质岩系列组合对比研究;然后是菲律宾中部Cebu岛的岛弧火山岩系列以及斑岩型Cu-Au成矿相关埃达克质岩组合研究。通过其形成时代，岩石性质及成因机制的研究，并结合邻区Fe-Cu-Au相关岩浆岩的地球化学特征及时空分布，对该区铜金成矿作用以及中生代时期构造动力学背景进行一个有效的限定和制约。并通过Cebu地区Cu-Au成矿相关闪长岩与长江中下游地区埃达克岩进行一个对比，探讨其岩浆来源及成矿氧逸度条件。具体如下: (1)庐枞盆地橄榄安粗岩系火山岩-侵入岩以及沙溪埃达克质侵入岩类 庐枞盆地发育一套橄榄安粗岩系火山岩-侵入岩，在盆地北部的沙溪地区则发育钙碱性闪长岩-石英闪长岩。前者与盆地内的玢岩型铁矿密切相关，而后者则与斑岩型铜金矿床密切相关。锆石U-Pb年代学显示，沙溪矿区石英闪长岩（高硅埃达克岩）以及钻孔中新发现的高Sr/Y比值黑云母辉长岩-黑云母闪长岩的形成时代均比较接近，集中在130-129 Ma，晚于我们所研究的庐枞火山岩早期火山岩(砖桥组-双庙组，134-130Ma)。这两类不同的岩石均具有高相近的SiO2变化范围以及相似的弧型微量元素以及稀土元素配分型式图:富集大离子亲石元素，亏损高场强元素;轻稀土富集，中重稀土平坦，Eu负异常不明显（除了盆地内橄榄安粗岩系侵入岩以及最晚期浮山组火山岩）。 庐枞橄榄安粗岩普遍具有负的εHf(t）值，显示其源区有古老陆壳物质的加入;而其Sr-Nd-Pb同位素组成则进一步显示其源区有俯冲大洋沉积物的显著贡献。而沙溪的埃达克质岩则具有正的εHf(t）值，说明其源区主要为俯冲洋壳，而其Sr-Nd-Pb同位素则显示其源区还有少部分俯冲沉积物的加入，并且明显区别于大别山以及郯庐断裂带南段由加厚的扬子下地壳部分熔融形成的埃达克岩/花岗岩。橄榄安粗岩具有高的全碱含量，高的K2O/Na2O比值以及高Nb含量，变化的Mg＃，低Ce/Pb以及Sr/La比值，低Sr/Nd比值，高Th含量以及变化较大的Th/Yb比值，指示它们来源于受俯冲洋壳以及大量沉积物产生的流体/熔体交代而形成的富集大陆岩石圈地幔(SCLM)部分熔融。沙溪的高硅埃达克岩具有高的MgO含量、Mg＃、Sr含量以及高Sr/Y、中等La/Yb比值，脱耦的Sr/Y-(La/Yb)N，这些特种都说明初始岩浆为俯冲板片熔体。Th/Yb-Sr/Nd，Th/U-Th图解也进一步显示其形成于俯冲板片以及少量上覆沉积物的部分熔融，得出与Sr-Nd-Pb以及Lu-Hf同位素一致的结论。此外该区的高Sr/Y黑云母辉长岩以及黑云母闪长岩则可能形成于早期俯冲流体交代以及后期埃达克质熔体交代的具有复杂成分的大陆岩石圈地幔不同程度的部分熔融，进而得以保留一些埃达克质岩的微量元素特征以及富集的同位素特征。埃达克岩的锆石微量元素显示其与长江中下游其他地区与Cu-Au成矿相关的埃达克岩相似，均具有高的氧逸度，有利于成矿，同时也明显区别于大别地区下地壳部分熔融形成的不含矿埃达克岩。 长江中下游地区断隆区的埃达克质岩与邻近断凹区的橄榄安粗岩系火山岩有广泛分布，而庐枞地区这两类特殊的岩石组合在盆地及外围同时发育，他们对古太平洋板块的中生代时期向中国东部的斜向洋脊俯冲提供了一个岩石组合的证据。古太平洋板块的斜向洋脊俯，形成了该区橄榄安粗岩与埃达克两类截然不同的岩石组合，同时由于洋脊由南往北漂移，导致了长江中下游地区埃达克岩沿郯庐断裂带及其次级断裂由SW向NE分布，并且形成时代逐渐年轻。 (2)菲律宾中部Cebu地区岛弧火山岩与埃达克岩 菲律宾岛弧系统是由大陆岛弧以及大洋岛弧的合并拼贴而成。我们研究的区域位于菲律宾中部的Cebu岛，包括火山岩组合以及Cu-Au成矿相关的埃达克质闪长岩。火山岩组合主要包括一套玄武岩、辉绿岩、玄武安山质火山碎屑岩以及安山玢岩。其锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄显示安山玢岩年龄为126.2±2.4Ma，火山碎屑岩年龄为118.5±1.2Ma，闪长岩年龄为112.5±1.5Ma，均显示其形成于早白垩时期。河沙中挑选出来的碎屑锆石也仅呈现一个峰值，约为118Ma，与火山碎屑岩的年龄一致。之前的大多数研究都认为菲律宾中部的地区具有早白垩年龄的火山岩大都是蛇绿（杂）岩的一部分，而我们的研究发现Cebu地区的这一套早自垩火山岩属于钙碱性岛弧火山岩，具有轻稀土富集重稀土亏损微量元素特征以及大离子亲石元素富集高场强元素亏损的微量元素特征，明显区别于该区早白垩蛇绿岩。他们同时也与西菲律宾盆地北部以及南部边缘的Amami高原以及印度尼西亚Halmahera地区的早白垩岛弧玄武岩具有相似的微量元素特征。Cebu火山岩组合中火山碎屑岩的锆石Hf同位素组成接近亏损地幔，同时也与与Amami高原玄武岩很接近，指示其源区可能为俯冲的Pacific型MORB。而安山玢岩的Hf同位素组成相比火山碎屑岩以及MORB要富集，指示其源区除了俯冲大洋壳以外，还有少量俯冲沉积物的加入。碎屑锆石的Hf同位素组成具有两个峰值，分别对应该区火山碎屑岩以及安山玢岩的Hf同位素组成。 研究区位于Atlas铜矿外围，其中的闪长岩侵入于早期火山碎屑岩中，并在接触带部位伴随有铜矿化。该区闪长岩具有与邻区Atlas斑岩型铜金矿床赋矿闪长玢岩体相近的形成时代，以及相似的地球化学特征，说明他们岩浆源区及岩石成因的关联性，可能是同一岩体的不同分支。其具有典型的轻稀土富集，重稀土亏损的特征，同时具有典型的高镁埃达克岩特征:高Sr/Y、La/Yb比值以及低Y、Yb含量，高MgO含量及Mg＃。其低的K2O含量以及低的K2O/Na2O比值，结合与长江中下游地区埃达克岩类似的Sr/Y-La/Yb脱耦关系指示其属于典型的岛弧埃达克岩，来源于俯冲洋壳部分熔融。此外其低的Nb/Ta比值以及中等低的Yb比值指示其熔融条件为角闪岩相-角闪榴辉岩相。锆石稀土元素配分型式结合高的Eu/Eu*值以及较高的Ce4+/Ce3+显示其岩浆具有较高的氧逸度，有利于铜金成矿。 结合该区的新生代以前的构造演化史，我们认为Cebu地区普通岛弧岩石与埃达克岩组合形成于古太平洋板块向古菲律宾板块的俯冲以及后撤作用。而且该区早白垩纪岩浆岩组合与西菲律宾盆地边缘其他地区早白垩岛弧火山岩、蛇绿岩、玻安岩等可能均形成于同一个俯冲带，随后在菲律宾板块的打开及扩张过程中逐渐分散到板块边缘。 通过对庐枞盆地及菲律宾中部这两个地区的研究，认为这样一个岛弧火山岩与埃达克质岩的出现对于古洋壳特殊的俯冲过程（如洋脊俯冲以及俯冲后撤等过程）有着重要的指示作用。
铜金矿床;成矿作用;板块俯冲;构造动力学
中国科学技术大学
博士
地球化学
杨晓勇
2015
中文
P618.410.1
183
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）