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白云鄂博矿床成因再研究-铁镁同位素制约

作　者: 孙剑
导　师: 陈岳龙; 朱祥坤
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地球化学
关键词: 白云鄂博铁同位素镁同位素铁矿白云岩
分类号: P611
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

白云鄂博REE-Nb-Fe矿床是世界上独一无二的超大型多金属矿床，受到国内外地学界的广泛关注，但对于矿床形成机制的认识仍存在很大分歧。争论的焦点在于铁的物质来源和赋矿层“H8”白云质大理岩成因（水成或火成）。Fe和Mg是“H8”白云质大理岩的主量金属元素，同时Fe还是矿床的成矿元素。Fe、Mg稳定同位素示踪技术的发展为该矿床的成因研究提供了新的思路和手段。本论文在详细的野外调查和室内岩相学工作基础上，开展了系统的Fe、Mg同位素地球化学研究，并利用Sm-Nd同位素体系对成矿年代学进行了进一步的研究，对白云鄂博矿床的成因进行了制约。取得了以下创新性成果和认识：1）分别改进、完善了Fe和Mg的化学分离流程，建立了富含REE、Mn、Nb等元素的样品的Fe、Mg化学分离方法，满足高REE-Nb-Mn样品的Fe、Mg同位素的多接收器等离子体质谱（MC-ICP-MS）高精度测定的要求。2）厘定了前寒武沉积成因铁矿和火成岩的Fe同位素组成特征。测定了中元古代白云鄂博群典型沉积成因铁矿和矿区典型的基性火成岩的Fe同位素组成，并系统总结了前人相关研究。结果表明，前寒武沉积铁建造的铁氧化物δ56Fe-IRMM总体上>0，并且Fe同位素组成变化范围较大：岩浆岩和岩浆成因铁矿的δ56Fe-IRMM集中在0附近，Fe同位素组成变化范围很小。3）厘定了沉积碳酸盐岩和幔源火成岩的Mg同位素组成特征。测定了中元古代沉积碳酸盐岩和白云鄂博矿区火成碳酸岩的Mg同位素组成，并系统总结了前人相关研究。结果表明，沉积碳酸盐岩明显富集Mg的轻同位素，δ26Mg-DSM3值<-1‰；幔源火成岩相对富集Mg的重同位素，δ26Mg-DSM3值集中在-0.5~0‰。4）利用Fe同位素地球化学为白云鄂博矿床的成因进行了制约。在详细的岩相、矿相学研究基础上，系统调查了白云鄂博矿床铁矿石样品和赋矿层“H8”白云岩全岩，主要含铁矿物磁铁矿、赤铁矿、白云石的Fe同位素组成。结果表明，白云鄂博矿床细粒铁矿石和“H8”白云岩的Fe同位素平均值δ56Fe-IRMM分别为-0.03±0.16‰(2SD, n=14)，-0.07±0.24‰(2SD, n=19)，两者的Fe同位素组成均集中在0附近，并且变化范围很窄，与火成岩的Fe同位素组成一致；磁铁矿和白云石矿物之间的Fe同位素分馏很小（Δ56Fe磁铁矿-白云石约为0.22‰），指示高温形成环境。Fe同位素研究结果排除了白云鄂博铁矿是沉积铁建造的成因模式，为白云鄂博矿床岩浆成因观点提供了有力的证据。5）利用Mg同位素地球化学为白云鄂博矿床的成因进行了制约。系统调查了赋矿“H8”白云岩的Mg同位素组成。结果表明，白云鄂博矿床赋矿“H8”白云岩的δ26Mg变化范围为-1.18‰~0.56‰，平均值-0.42‰，其中绝大部分数据落在幔源火成岩Mg同位素组成范围，少量数据落在幔源火成岩和中元古代沉积白云岩之间，而没有一个数据落在中元古代沉积白云岩范围。Mg同位素研究结果排除了白云鄂博矿床的微晶丘成因模式和沉积白云岩-热液交代成因模式，表明白云鄂博矿床赋矿“H8”白云岩是火成碳酸岩主导的。6）在系统总结前人年代学研究成果的基础上，利用Sm-Nd同位素随时间演化的规律对白云鄂博矿床的稀土成矿时代和成矿期次进行了研究。结果表明，白云鄂博矿床不是一个多期次、多来源的矿床。稀土的成矿时代为ca.1.3Ga，与碳酸岩墙的形成时间一致，成矿物质来源于地幔。后期地质事件只在一定程度上造成了稀土的再分配，并没有导致新的成矿作用。7）在Fe、Mg同位素，成矿年代学的研究基础上，综合C、O、Sr、Nd等传统同位素研究，完善了白云鄂博矿床的成矿模式。白云鄂博矿床可能是中元古代时期的火成碳酸岩岩浆在海底侵入或喷出而形成的矿床，岩浆侵入或喷发期间可能有海水或少量沉积碳酸盐岩加入，同时也很有可能伴随热液活动。矿床形成后区域上发生了多次地质事件，矿床发生了一定的热扰动，但成矿物质只在内部发生了再循环，外源成矿物质的加入很有限。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章引言  12-18
  1.1 研究现状  12-15
    1.1.1 白云鄂博矿床研究现状  12-13
    1.1.2 Fe、Mg同位素研究现状及在制约白云鄂博矿床成因方面的潜力  13-15
  1.2 选题依据和研究内容  15-18
    1.2.1 选题依据  15
    1.2.2 研究内容  15-18
第2章区域地质与矿床地质  18-38
  2.1 区域地质背景  18-22
    2.1.1 地层  19-20
    2.1.2 构造  20
    2.1.3 岩浆岩  20-22
  2.2 矿床地质  22-27
  2.3 岩相和矿相学特征  27-28
  2.4 元素地球化学特征  28-38
第3章 Fe、Mg 同位素测试方法  38-49
  3.1 Fe 同位素测试方法  39-42
    3.1.1 Fe的化学分离  39-40
    3.1.2 Fe 同位素的MC-ICP-MS测试  40-42
  3.2 Mg同位素测试方法  42-45
    3.2.1 Mg的化学分离  42-43
    3.2.2 Mg同位素的MC-ICP-MS测试  43-45
  3.3 碳酸盐矿物Fe 同位素测试的选择性溶解方法  45-49
第4章 Fe 同位素地球化学  49-77
  4.1 Fe 同位素理论体系  49-57
    4.1.1 自然界中的Fe 同位素组成  49-52
    4.1.2 Fe 同位素分馏的若干过程  52-57
      4.1.2.1 氧化还原过程  52
      4.1.2.2 不同矿物之间的平衡分馏  52-53
      4.1.2.3 岩浆分异和部分熔融  53-54
      4.1.2.4 地幔交代作用  54
      4.1.2.5 流体出溶和演化  54-55
      4.1.2.6 变质作用  55-57
      4.1.2.7 风化过程  57
      4.1.2.8 其他过程  57
  4.2 沉积成因铁矿和火成岩的 Fe 同位素组成鉴别  57-61
    4.2.1 沉积成因铁矿 Fe 同位素组成  57-60
      4.2.1.1 条带状铁建造  58-59
      4.2.1.2 宣龙式铁矿  59
      4.2.1.3 白云鄂博地区沉积型铁矿  59-60
    4.2.2 火成岩 Fe 同位素组成  60
      4.2.2.1 地幔岩和玄武岩  60
      4.2.2.2 白云鄂博矿区基性侵入岩  60
      4.2.2.3 攀枝花钒钛磁铁矿  60
    4.2.3 沉积成因铁矿和火成岩的 Fe 同位素组成鉴别  60-61
  4.3 沉积碳酸盐岩和火成碳酸岩的 Fe 同位素组成鉴别  61-62
    4.3.1 沉积碳酸盐岩的 Fe 同位素组成  61-62
    4.3.2 火成碳酸岩的 Fe 同位素组成  62
    4.3.3 沉积碳酸盐岩和火成碳酸岩的 Fe 同位素组成鉴别  62
  4.4 白云鄂博矿床的 Fe 同位素组成  62-70
  4.5 Fe 同位素对白云鄂博矿床成因的制约  70-77
    4.5.1 白云鄂博铁矿不是沉积铁建造  70-71
    4.5.2 磁铁矿和白云石间的铁同位素分馏及对矿床成因的暗示  71-73
    4.5.3 对热液过程的制约  73-75
    4.5.4 岩浆成因证据  75-77
第5章 Mg同位素地球化学  77-89
  5.1 自然界中的Mg同位素体系  77-79
  5.2 沉积碳酸盐岩和幔源火成岩Mg同位素组成的鉴别  79-80
  5.3 白云鄂博矿床的Mg同位素组成  80-84
  5.4 Mg同位素对白云鄂博矿床成因的制约  84-89
    5.4.1 微晶丘成因的排除  84-86
    5.4.2 关于正常沉积成因的可能性  86-88
    5.4.3 关于岩浆成因的可能性  88
    5.4.4 小结与存在问题  88-89
第6章白云鄂博矿床年代学研究  89-100
  6.1 前人年代学研究成果综述  89-93
    6.1.1 碳酸岩墙  89-91
    6.1.2 H8 白云岩  91-92
    6.1.3 晚期脉体  92-93
  6.2 Sm-Nd同位素体系  93-100
    6.2.1 原理与模型  93-95
    6.2.2 结果和讨论  95-98
      6.2.2.1 碳酸岩墙的稀土矿化时代与物质来源  95
      6.2.2.2 主矿、东矿稀土的初次矿化时代与物质来源  95-96
      6.2.2.3 晚期稀土矿化的实质  96-97
      6.2.2.4 中间年龄的含义  97-98
    6.2.3 结论  98-100
第7章白云鄂博矿床成矿模式  100-103
第8章结论  103-105
参考文献  105-124
致谢  124-126
附录  126

白云鄂博矿床成因再研究-铁镁同位素制约

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