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四川石棉县大水沟碲矿床成矿规律与找矿方向

作　者: 阮林森
导　师: 赵鹏大
学　校: 中国地质大学
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 大水沟碲矿床矿源层剪切构造流体改造
分类号: P618.83
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

碲是一种在地壳中含量很低的分散元素,其地壳平均丰度值一般为(1-10×10-9)，传统上都被认为不能形成独立矿床。目前碲工业来源主要是从铜、镍硫化物矿床中的铜矿石中提取。四川石棉县大水沟碲矿床是目前发现的唯一一例以碲作为主成矿元素的独立碲矿床,作为一种新的非传统矿床类型,从大水沟独立碲(铋)矿床发现之初,便引起了地学界的广泛关注和研究。但是以往研究对于大水沟碲矿的赋矿围岩性质、碲成矿物质和成矿流体来源历来争议较大,尤其是控矿的基本地质因素的研究比较薄弱,未能理清矿床的时空演化和分布规律,因而很少涉及矿床的深部勘查和外围成矿预测的方向。本文在充分消化前人资料的基础上,以现代矿产学理论为基础,综合运用岩石学、矿床学、地球化学、构造地质学等,以成矿系统的时空演化为主线,将构造和流体作为成矿系统中最活跃的因素,对大水沟碲矿床的赋矿围岩性质、成矿物质和成矿流体来源、控矿因素、矿床的形成机制进行了比较全面的研究,分析矿体的空间分布规律,建立了矿床的成因成矿模式和成矿模式,指出矿山深部找矿和外围勘查方向,为矿山的实际开发和外围找矿提供借鉴,同时为分散元素尤其是碲的成矿规律提供新的思路。通过对大水沟赋矿围岩绿片岩的锆石SHRIMP年代学研究结合前人成果,认为大水沟绿片岩为晚三叠世扬子地台西缘近南北向挤压环境下的构造推覆体,原岩主要以钙泥质沉积岩和火山沉积凝灰岩为主夹少量基性火山岩,原岩物源来源于从元古代-二叠纪各时代的地层。矿物流体包裹体C、H、0同位素和He-Ar同位素均显示成矿流体具有多种来源.大水沟矿脉中流体的δDSMOW值范围为-41.6~-82, δ18OH2O范围0.33～11.93,介于变质水和岩浆水之间；矿脉中白云石的绝大部分δ18OSMOW的值范围9.52～12.90,均值11.24,δ13CPDB的值极为均一,变化很小,范围-5.3～-6.5,均值-5.71,这种比较均一的特征可能是不同来源的流体在剪切带中混合均一化的结果。氦同位素表明其为壳源和幔源混合,主要为壳源,其次为幔源。氩同位素说明成矿流体主要为地下水或变质水并混合了部分幔源流体。主成矿期Na+/K+明显大于1, Na+/(Ca2++Mg2+明显小于1,同时Cr-为主要的阴离子,F及其他阴离子的含量很低,反映原生沉积和地下热卤水成因。大水沟流体包裹体研究表明早期成矿阶段具有岩浆热液特征的高温含子晶包裹体大量存在,而主成矿期中温-低温高盐度流体、低盐度富含CO2包裹体以及低盐度低温的流体共存显示变质热液和改造型流体为主的特征。因此大水沟成矿流体具有剪切带流体的复杂混合来源的特征,变质水、岩浆水、地下水都积极参与了成矿活动,早期矿化可能有深部岩浆作用的参与,主成矿期却以浅部热液(包括热卤水和上升到浅部的变质水)为主,岩浆作用大为减弱。晚期的流体以低温和低盐度为主,可能以地下水、变质建造水混合流体为主并有大量的大气降水。从早期到晚期成矿阶段由于构造层次由深到浅,成矿流体也由由深部流体逐渐向浅部流体过渡。构造剖面中围岩、蚀变岩和矿石的成矿元素、微量元素和稀土元素分析表明大水沟碲(铋)矿床的成矿物质和围岩具有渊源关系,碲铋矿脉中Te、Bi具有继承围岩和前期矿化脉、蚀变带成矿物质的特征,应为重新活化富集的结果。Pb同位素和黄铁矿的标型特征说明早期的产物磁黄铁矿反映深部幔源岩浆作用比较明显,具有幔壳混合来源特征,而碲铋主成矿期反映主要以壳源物质为主。比较均一的S同位素可能是热液对围岩中硫化物去硫作用浸取所致。赋矿围岩绿片岩和下伏的奥陶系大理岩Te含量达n×10-5～n×10,高出地壳克拉克值数百倍至数千倍,其中有相当部分的碲为易于活化迁移的微细独立碲铋矿物或碲的络合物,赋呈在矿物尤其是碳酸盐矿物的晶隙、粒隙间或者被其他矿物吸附,易于活化迁移,因而大水沟碲矿床的围岩具有“矿源层”的特征。外围岩浆岩的稀土演化表明岩浆岩并非控制大水沟碲铋成矿的直接因素。大水沟外围的岩浆岩体虽然有较高的碲铋背景值,但是在有岩浆岩出露的外围变质岩含碲铋反而没有无岩浆岩出露的大水沟地区高,因此虽然岩浆作用提供一定的成矿物质和成矿热源,但是并非直接控矿因素,也不应该是呈“矿浆“形式,而可能是以气态方式的运移,或者说是深部射气作用携带一定的成矿物质运移到浅层。区域上多级韧性剪切带控制了区内主要矿床和矿点的分布,区域构造控矿具有赋矿地层的多样性、构造控矿的多级性、矿床和矿化蚀变的分带型特征。其中的脆韧性剪切构造特别是脆性剪切构造是区内碲金矿床直接控矿构造和容矿构造。大水沟地区晚三叠世早期近南北向构造挤压形成巨型推覆构造和基底滑脱带,晚三叠世末期近东西向构造挤压形成地层的构造叠置和变形变质,使大水沟岩片定位并形成大水沟两个重要的构造界面即溜沙坡群一组底部和顶部的两个逆冲断层面；中晚侏罗世伸展背景下前期的构造界面演化为滑脱构造界面并配套发育主要的容矿构造-脆性剪切裂隙和断层,中白垩世的构造再度活化使早期矿脉破碎并在应力松弛时成矿流体再度充填叠加形成富碲铋矿脉。新生代走滑构造在大水沟矿区主要形成破坏矿体的近东西向剪切断层。伴随区域构造演化,大水沟地区晚三叠世(205Ma左右)挤压构造背景下发生了递增变质作用,早中侏罗世(204-190Ma左右)局部伸展构造背景下动力变质作用和岩浆热隆变质作用(]90Ma-164.4Ma),晚侏罗世-中白垩世的脆性剪切动力变质作用和热液蚀变作用。西油坊韧性剪切带是矿区的控矿构造,绿片岩层和下伏大理岩之间的构造滑动面是矿床的主要导矿构造,脆性剪切裂隙和断裂是矿体的容矿构造,溜沙坡群一组绿片岩透入性和连续性裂隙较发育,处于一个相对比较开放的体系,因而成为主要的容矿层。区域控矿构造、矿床导矿构造、矿体储矿构造构成了一个由深部到浅、由宏观到微观的立体成矿空间系统。深部幔源射气、岩浆热液、变质流体、地下水、变质建造水和晚期的大气降水构成了一个立体的剪切带流体系统。因此具有高碲铋背景值的“矿源层”是大水沟矿床成矿的物质基础,构造为大水沟碲矿床成矿的主要控制因素,构造和流体的耦合作用是大水沟碲矿床主要的成矿机制。构造动力作用控制了岩层的变形变质程度,构造演化造成大水沟岩片从早到晚形成中温中压动力变质作用—中-低温动力变质作用和浅部低温低压动力变质的转换。构造动力驱使不同层次的流体在剪切带中混合沿导矿构造上升并萃取围岩成矿物质形成成矿流体。大水沟定位前的裂谷构造演化形成了扬子地台西缘源岩具有高碲的背景值,在大水沟岩片定位后构造动力变形变质作用形成丰富的变质流体,并使岩层中的成矿元素进一步活化,其运移过程中使成矿元素在有效孔隙度较高的地层中的初步富集形成矿源层。中侏罗世-中白垩世近南北向伸展走滑剪切背景下,不同层位的变质水、地下水和部分岩浆热液、深部射气成分混合通过断层阀-地震泵吸方式上升使并萃取围岩的成矿元素运移至浅部脆性剪切带沉淀富集成矿。构造裂隙脉动式的挤压和引张,周期性的流体混合和成矿流体的沸腾、浓缩等是成矿和进一步富集的主要机制。成矿演化具有多阶段性多期次、成矿流体具有多来源以及成矿物质主要源于围岩,成矿主要受剪切构造控制等特点,表明大水沟碲矿床为典型的与剪切带有关的沉积变质热液改造型矿床。在建立大水沟碲矿床成矿模式的基础上,指出区域找矿标志为(1)Bi地球化学异常是找独立碲铋矿的主要标志；(2)富含碲铋的溜沙坡群绿片岩层和奥陶系大理岩是主要的区域找矿的地层标志。(3)线性构造和环形构造的交汇点特别是背斜穹窿的轴部是有利于矿化的重要部位,溜沙坡群和下伏的大理岩构造接触面是区内主要的控矿构造标志。(4)白云石化是碲铋矿化典型蚀变标志。(5)矿区内前人硫铁矿采硐是寻找伴生碲的重要找矿标志。大水沟碲矿床北部1448中段是深部矿床勘查的重点；大水沟碲矿床的北部和南部的金竹林地段是区内碲成矿的有利地段；大水沟穹窿南部的庙坪一带是区内寻找碲矿床河伴生碲矿床的有利靶区,区域上西油坊韧性剪切带和靠近野鸡洞韧性剪切带冶勒构造岩片为寻找碲矿的远景区。

全文目录

作者简介  6-7
摘要  7-10
ABSTRACT  10-17
第一章前言  17-30
  §1.1 选题依据  17-18
  §1.2 碲矿床研究进展  18-27
    1.2.1 国内外伴生碲矿床成矿规律研究现状  18-23
    1.2.2 四川石棉县大水沟独立碲矿床研究进展  23-25
    1.2.3 以往研究存在的问题  25-27
  §1.3 选题研究内容、方法、拟解决的关键问题及工作量  27-29
  §1.4 取得的主要成果和创新点  29-30
第二章区域地质背景  30-47
  §2.1 区域大地构造位置  30-32
  §2.2 石棉—冕宁一带区域地质构造背景  32-42
    2.2.1 地球物理背景  33-34
    2.2.2 区域韧性剪切带  34-36
    2.2.3 构造岩片  36-39
    2.2.4 区域岩浆岩  39-40
    2.2.5 变质作用  40-42
  §2.3 区域构造演化  42-44
  §2.4 区域矿产  44-47
第三章矿区和矿床地质特征  47-79
  §3.1 矿区地质特征  47-61
    3.1.1 矿区地层  47-48
    3.1.2 大水沟绿片岩的原岩恢复  48-57
    3.1.3 矿区构造  57-59
    3.1.4 矿区和外围岩浆岩及各类脉状体  59-61
  §3.2 矿床地质特征  61-74
    3.2.1 矿体地质特征  61-66
    3.2.2 矿石特征  66-68
    3.2.3 矿物成分及其反映的信息  68-74
  §3.3 围岩蚀变  74-76
  §3.4 成矿年龄和成矿阶段  76-77
  §3.5 大水沟穹窿内其他碲铋矿化点  77-79
第四章大水沟围岩锆石SHRIMP U-Pb年代学研究  79-89
  §4.1 锆石特征和测试结果分析  79-85
    4.1.1 样品处理和测试方法  79-83
    4.1.2 锆石特征和SHRIMP U-Pb年龄特征  83-85
  §4.2 讨论  85-88
    4.2.1 大水沟岩片形成年龄探讨  85-86
    4.2.2 扬子地台西缘石棉-冕宁一带构造岩浆活动史  86-87
    4.2.3 大水沟碲矿床形成的时间约束和成矿机制探讨  87-88
  §4.3 结论  88-89
第五章成矿物质和成矿流体来源  89-117
  §5.1 成矿物质来源  89-103
    5.1.1 围岩、矿石的稀土元素和微量元素特征  89-94
    5.1.2 构造地球化学剖面元素分布特征  94-98
    5.1.3 黄铁矿标型特征  98-99
    5.1.4 同位素地球化学  99-103
  §5.2. 成矿流体来源  103-116
    5.2.1 碳氢氧同位素特征  103-107
    5.2.2 惰性气体He-Ar同位素特征  107-109
    5.2.3 流体包裹体类型和成分特征  109-113
    5.2.4 温度、盐度、成矿压力和深度  113-116
  §5.3 本章小结  116-117
第六章大水沟碲矿床控矿条件  117-145
  §6.1 地层岩性与成矿的关系  117-122
    6.1.1 矿区岩矿石主成矿元素Te、Bi特征  117-119
    6.1.2 围岩中碲、铋的可能赋呈状态  119-122
  §6.2. 岩浆作用与成矿的关系  122-124
    6.2.1 外围岩浆岩的Te、Bi含量和微量元素特征  122-123
    6.2.2 岩浆岩和成矿流体和成矿物质来源的关系  123-124
  §6.3 构造对成矿的控制  124-139
    6.3.1 韧性剪切带对区域矿床的控制  124-126
    6.3.2 构造演化与大水沟碲成矿的耦合关系  126-134
    6.3.3 构造应力变化与大水沟碲铋成矿的耦合  134-138
    6.3.4 微观构造和控矿作用  138-139
  §6.4 变质作用与成矿的关系  139-142
    6.4.1 大水沟岩片的变质变形特征  139-140
    6.4.2 变质作用与成矿的关系  140-142
  §6.5 本章小结  142-145
第七章大水沟碲矿床成因与成矿模式  145-157
  §7.1 大水沟碲矿床的成矿构造和成矿流体系统  145-148
    7.1.1 大水沟地区构造子系统  145-147
    7.1.2 大水沟地区成矿流体子系统  147-148
  §7.2 大水沟碲矿床成矿物质的活化、迁移与富集成矿机制  148-152
    7.2.1 成矿元素的活化和迁移动力机制  148-150
    7.2.2 碲成矿物质沉淀机制  150-152
  §7.3 大水沟碲矿床流体和构造耦合成矿的动力学机制  152-154
  §7.4 大水沟碲矿床成因和成矿模式  154-157
第八章矿床深部和外围勘查找矿建议  157-164
  §8.1 矿床深部勘查建议  157-160
  §8.2 找矿标志和区域找矿方向  160-164
    8.2.1 找矿标志  160
    8.2.2 找矿方向  160-164
结论  164-165
致谢  165-166
参考文献  166-175
附图版  175-183

四川石棉县大水沟碲矿床成矿规律与找矿方向

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