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镁铁-超镁铁质岩石主要来源于地幔,是人们认识深部地质作用、地幔物质组成、壳幔岩浆作用、大陆动力学等方面的重要工具。研究与镁铁-超镁铁质岩有关的铜镍硫化物矿床,不仅能认识大陆岩石圈的形成、演化以及岩石圈动力学等重大地质问题;而且会给社会带来巨大的经济效益。
论文选择龙首山地区与镁铁-超镁铁质岩有关的铜镍硫化物矿床为研究对象,研究“小岩体成大矿”成矿深部过程中的疑难问题:①岩浆中硫化物达到饱和后熔离成矿的过程;②导致岩浆中硫化物达到饱和的地壳混染物质;是上、中、下哪部分地壳混染;③“小岩体成大矿”的质量平衡问题,即大量不含矿岩浆的去向;④金川超大型镍铜(铂族)岩浆硫化物矿床与其外围镁铁-超镁铁质岩体的成因关系及进一步找矿的方向;等等。采用野外地质考察、剖面、系统采样,室内光、薄片鉴定,岩石地球化学、同位素年代学、同位素地球化学、微区矿物电子探针分析等方法研究,针对上述问题展开探讨,主要获得以下几方面的研究成果:
(1)依据岩体的地质背景(共生地层的岩性、空间变化等)、地球化学属性、年代学等,介定了金川岩体更可能形成大陆裂解初期的伸展构造环境,并且很可能与Rodinia大陆裂解有一定关联;
(2)系统地分析了金川岩体及矿床的岩体和矿体的分布规律和矿床类型、矿石的结构构造特征以及对成因的指示意义等;结合详细的岩石地球化学、Os-Pb-Sr-Nd-S-O同位素等分析结果,证实了金川超镁质岩体源于大陆岩石圈富集地幔,地壳混染主要发生于中上地壳:温度压力的计算也证实有中间岩浆房的存在,深度为4-9 km;较好地理解了整个岩体及矿床的岩浆演化过程及硫化物的富集过程;
(3)计算了金川超镁铁质岩体岩浆的“R因子”值为575,从地质特征等方面论证了金川矿床为深部熔离-多期贯入成矿,单次岩浆贯入过程中存在流动分异与重力分异,岩浆通道可能在①矿体深部;
(4)依据岩体及矿床的地球化学特征,证明了导致硫化物达到饱和而熔离的原因是岩浆结晶分异和地壳混染的结果;证实了地壳混染导致了硫化物的饱和,但饱和的原因并不是因为地壳中硫的加入,而是地壳中Si的加入,围岩大理岩可能也起到一定的贡献;
(5)总结了前人在该区所做的一些年代学工作,着重分析了Re~Os测年法和锆石U-Pb测年法的测定结果,较系统的介定了两种方法所测年龄的可靠性及产生不同测定结果的可能原因。此外,作者发现岩石中锆石和斜锆石共存。这对金川岩体的进一步测年工作有重要的借鉴意义;
(6)对龙首山地区镁铁-超镁铁质岩体进行了较系统的研究,测定了部分外围岩体年龄与Nd-Sr-Pb同位素,探讨了岩体之间的成因关系、岩浆源区及成矿潜力。认为毛草泉、塔马子沟、V号异常可能是同源岩浆的产物,代表了那部分发生不混溶分离后的不含矿岩浆,较好地解决了“小岩体成大矿”理论的质量平衡问题;而青井子-藏布台岩体群与金川岩体不是同源岩浆,109-2岩体与金川岩体也不是同源岩浆,可能是新的成矿物质聚集区,具有找矿潜力。
(7)通过对龙首山成矿地质背景分析,金川镍铜(铂族)岩浆硫化物矿床及外围镁铁-超镁铁质岩体群的成岩成矿特征研究,提出了成矿的4个关键因素,①大陆伸展构造环境下的深断裂;②富硫的高镁玄武岩浆(母岩浆):③中间岩浆房:④地壳物质混染导致硫化物达到饱和。同时提出了成矿模式,从岩浆质量平衡、地壳混染、地质综合场等角度丰富了前人的深部熔离-多期贯入成矿模式。
(8)总结龙首山地区了铜镍硫化物矿床的成矿标志;指出了两个找矿方向:金川深边部与金川外围新的成矿物质聚集中心;圈定了4成矿远景区:金川深边部,青井子-藏布台岩体群,109-2磁异常地区,M635磁异常地区,对今后的找矿勘查工作有重要的指导意义。