中条山地区早前寒武纪典型铜矿床流体成矿作用研究

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前寒武纪地质演化过程和重大地质事件对成矿元素巨量堆积的控制机理,是国际矿床学研究的重大前沿性科学问题。华北克拉通是中国最古老、面积最大、前寒武纪矿产分布最丰富的克拉通,是研究前寒武纪重大地质事件与成矿作用关系的理想对象。目前,针对前寒武纪重大地质事件与华北克拉通的铁、硼和镁成矿作用关系的研究已取得了较大进展,但关于重大地质事件对早前寒武纪铜成矿作用控制机理的研究则相对较少。而流体成矿作用过程的精细刻画,不但可以揭示热液矿床成矿流体的来源与演化,探究成矿元素的迁移—富集—沉淀机制,而且结合矿石结构和矿田构造等矿床地质方法的研究,还能辅助判别矿床成因类型并指导找矿,因此该项研究具有重要的理论意义和实际应用价值。通过研究前寒武纪热液矿床的流体成矿作用,可以了解地球早期的浅表环境、揭示前寒武纪的地质演化等对金属成矿的制约,并指示重大地质事件与成矿作用的关系。但由于前寒武纪热液矿床普遍经历了多期次的变质及变形改造,其原生矿床面貌大多已经发生改变,这使得前寒武纪矿床、尤其是早前寒武纪热液矿床的流体成矿过程研究变得更为复杂。也正因如此,该时期的流体成矿作用研究较为缺乏,深入和细致地解析前寒武纪热液矿床的流体成矿过程显得尤为重要。  中条山地区位于华北克拉通南部,前寒武纪地层和岩浆岩分布广泛,赋存有多期、多成因且储量丰富的早前寒武纪铜矿床,是我国五十年代最重要的铜资源基地之一。目前,在中条山地区已知铜矿床有20多个,其中特大型矿床1个、中—大型矿床5个,在面积仅为400平方公里的中条山北段,已探明铜金属量达400万吨以上,在区域内构成了铜的巨量堆积。区内著名的铜矿峪铜矿床,是我国最古老的斑岩型铜矿;胡家峪-篦子沟型铜矿床,是全球范围内形成最早的沉积岩型层状铜矿床之一,可与同期形成的俄罗斯乌多坎超大型铜矿床对比;落家河铜矿床,是我国少有的太古代VMS型铜矿床之一,可与辽宁红透山变质VMS型铜锌矿床对比。因此,中条山早前寒武纪典型铜矿床是研究前寒武纪热液矿床流体成矿作用、华北克拉通前寒武纪多期重大地质事件与铜成矿作用关系的重要窗口。而且,就目前的研究程度来说,一方面,前人通过岩石学、矿床学、地球化学和地质年代学等多种研究方法,对中条山早前寒武纪典型铜矿床进行了详细的矿床地质和成因研究,为进一步研究以上科学问题提供了详实的矿床基础资料。另一方面,目前有关中条山典型铜矿床流体成矿作用方面的研究非常少,应用最新的流体包裹体研究理念和方法对中条山早前寒武纪典型铜矿床进行全方位的系统研究是非常必要的。  本文以比较矿床学为指导,针对中条山地区铜矿床多类型和多期矿化这一特点,围绕“中条山早前寒武纪典型铜矿床流体成矿作用”这一科学问题,通过对铜矿峪铜矿、胡家峪铜矿和落家河铜矿的详细解剖,应用流体包裹体和稳定同位素等方法,建立了典型矿床的矿相学—流体包裹体岩相学—包裹体成分—包裹体温度和盐度—成矿流体来源的一一对应的数据体系,刻画了多期、多类型成矿流体的性质和流体演化过程,并通过对黄铜矿内部共生石英颗粒的细致流体包裹体研究,解决了受变质矿床原生成矿流体性质解析的难题。结合岩石学和成矿年代学等研究手段,详细探讨了中条山早前寒武纪多期铜成矿作用与华北克拉通重大地质事件的关系。主要成果如下:  1.发现铜矿峪铜矿不同成矿阶段的含子晶包裹体中子矿物类型不同,主成矿阶段存在大量含硬石膏、赤铁矿和黄铜矿等子晶的高盐度流体包裹体。结合矿物共生组合证据,从流体成矿作用的角度确定了铜矿峪斑岩铜矿热液系统的氧逸度在磁铁矿—赤铁矿缓冲线(HM)附近波动,认为成矿流体体系中的SO42-被还原成S2-的过程对含铜硫化物的沉淀具有重要控制作用。确定了成矿流体温度降低和流体沸腾对铜矿峪斑岩铜矿的形成具有重要约束,证实了高盐度流体是铜矿峪斑岩铜矿形成过程中Cu运移的主要介质。  2.厘定了铜矿峪斑岩铜矿形成于~2170 Ma左右,确认它是中国最古老的斑岩型铜矿床,其成矿作用与华北克拉通2.2-2.1 Ga碰撞后伸展形成的构造-岩浆热事件有密切相关。  3.厘定了胡家峪铜矿的岩石单元空间结构,提出了残留蒸发岩、沉积红层和黑色岩系这一岩石组合的氧化还原性质突变对成矿的重要控制作用。确定了含矿岩石—石英钠长岩,是由红层中的溶解蒸发岩形成的氧化性含铜高盐度流体与上覆的处于成岩阶段的还原性富有机质长英质沉积物反应所形成的。建立了胡家峪铜矿的沉积岩型层状铜矿床(SSC型)成因模型。揭示了胡家峪铜矿原生成矿阶段和后期变质成矿阶段两阶段成矿流体的化学组成,反演了该矿床的流体成矿过程,提出胡家峪原生铜矿床的形成与该时期全球大氧化事件(GOE)有密切关系,探讨了矿床变质再活化过程与~1.85 Ga华北克拉通区域变质—热事件的耦合关系。  4.探讨了落家河铜矿原生VMS成矿阶段的成矿流体组成,还原了该阶段的流体成矿过程。确定了落家河铜矿变质成矿阶段成矿流体为富CH4流体,提出流体中的CH4来自初始变质成矿流体与石墨的反应,探讨了石墨对变质成矿流体组成和矿石沉淀机制的重要影响,并结合VMS型矿床成矿环境和稳定同位素证据,认为石墨来源于早期VMS矿化阶段的生物群落聚集。  5.系统总结了三种早前寒武纪热液铜矿床的流体成矿作用模式,对比了不同成矿环境的流体成矿特点,将多种类型、多期次的成矿作用与对应时期的全球、华北克拉通重大地质事件相耦合,有效地建立了铜成矿作用与重大地质事件的成因联系。
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