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宁芜火山岩盆地是长江中下游Fe-Cu-Au等多金属成矿带重要矿集区之一,研究区地处华北板块与杨子板块接触带的东北缘,区内以产出一套与陆相次火山岩有关的玢岩铁矿为主要特征。玢岩铁矿的研究工作已经开展了近半个世纪,宁芜区内发现大大小小矿床30余处。近年来,随着勘探深度的不断加大,勘查难度日益增大,因此,玢岩铁矿的进一步深入研究显得极为重要。本文主要依托中国地质调查局南京地质调查中心的“长江中下游重要矿集区地球动力学背景及构造-成矿响应研究”,在野外实地调研的基础上,收集大量前人的研究成果,结合本文所做的年代学、岩石地球化学、矿床地球化学等工作,研究玢岩铁矿的成矿机理和找矿模型。以空间-时间-矿床地球化学为研究主线,通过“构造应变菱形”分析与玢岩铁矿成矿有关的断裂性质及成矿的有力位置;利用锆石U-Pb定年的技术方法,确定玢岩铁矿的精确成矿年代,分析其成矿动力学背景;结合岩石地球化学和同位素地球化学等研究其成矿物质及流体来源。在分析玢岩成矿机理的基础上,通过对比IOCG型矿床的成矿特征,建立玢岩铁矿的动力成矿模式,最后建立玢岩铁矿的找矿模型。
本文取得的主要认识和成果如下:
1.运用“构造应变菱形”分析宁芜区内各组断裂性质表明,在以郯庐断裂为第一序次结构面的基础上,模拟出宁芜区内近EW向、NNE向和NW向三组断裂。而与成矿关系密切的NNE向和NW向断裂其应力性质属于压扭性,沿着两组断裂的方向是玢岩铁矿成矿的主要地带,而在两组断裂的交汇处是成矿的最有利位置。
2.运用高精度的SHRIMP锆石U-Pb和LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年技术,分别获得长吉山岩体(130.0±1.0Ma)、南门头岩体(128.8±1.2Ma)、龙王山组(132.3±1.0Ma)、大王山组(130.4±1.6Ma)、姑山组(128.1±1.9Ma)和娘娘山组(127.2±1.1Ma)的成岩年龄。
3.通过收集当前宁芜及其邻区最新的成岩和成矿年龄,同时结合本文所做年代学工作,推断玢宁芜地区岩铁矿成矿时代为130Ma,属于晚侏罗-早白垩世。这一时期反映了整个中国东部处于构造体制转折时期,郯庐断裂的左行平移,极大影响了宁芜盆地的构造演化。中国东部应力伸展,导致岩石圈剧烈减薄,导致软流圈的迅速上涌,火山-岩浆活动在这个时期异常活跃。包括宁芜地区在内的整个长江中下游地区发生了大规模的Fe、Cu、Au等金属的成矿作用,玢岩铁矿正是在这样的背景之下形成的。
4.通过对比火山岩与成矿岩体岩体的稀土元素和微量元素特征,认为火山岩与宕体具有同源性,系一期岩浆活动的产物;另外,通过分析研究磁铁矿和黄铁矿稀土元素和微量元素特征,根据其与岩体具有相似的特征,判定岩体为其成矿母岩,提供主要的矿质来源。
5.通过岩体和金属单矿物Pb、岩浆岩Rb-Sr,以及H-O同位素地球化学分析研究,表明岩浆主要来自于地幔,同时有少量地壳物质的参与;成矿流体主要来自于岩浆热液,在成矿后期可能有少量大气降水的参与,另外黄铁矿微量元素Y/Ho比值也从一定程度上说明成矿流体的性质主要为岩浆热液。
6.在系统研究前人对于玢岩铁矿研究成果的基础上,结合本文所做工作,从玢岩大地构造背景、区域构造条件、岩浆岩地球化学特征与成岩年代、地球化学性质等方面阐述玢岩铁成矿机理。
7.从大地构造背景、成矿环境、岩浆系列、矿物组合、围岩蚀变、矿石类型等方面对比南美中生代IOCG型矿床,认为玢岩铁矿与其具有诸多可对比性,因此,可以将国外成熟勘查模型运用于玢岩铁矿研究。
8.依据玢岩铁矿与IOCG型矿床具有相似的动力学背景,结合玢岩铁矿自身的成矿地质条件、成矿年代、成矿环境等,从时间、空间、构造角度建立玢岩铁矿的动力成矿模式。
9.在前文研究的基础上,从地质特征物化探异常、找矿标志这几个方面具体阐述玢岩铁矿的找矿模型。