河南桐柏老湾金矿床成矿地球化学及岩浆热液成矿动力学（潘成荣，合肥工大1999博士论文

老马居士 · 发表于 2011-9-2 08:55

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论文标题：河南桐柏老湾金矿床成矿地球化学及岩浆热液成矿动力学
The mineralization geochemistry of Laowan gold deposit and mineralization dynamic of magmatic hydrothermal in Tongbai,Henan province,China
论文作者：潘成荣
论文导师：岳书仓
论文学位：博士
学位授予年份： 1999
论文专业：矿床学
论文单位：合肥工业大学
论文页数：168页
格式：exe
附件：3

摘要：
   河南桐柏老湾地区位于华北板块、扬子板块的结合部位，桐柏山北坡的北淮阳地体中。由于秦岭-大别造山带复杂的演化历史，地壳经历了多次的韧性、脆性改造作用，使整个地区发育韧性剪切系统。区内出露地层以松扒韧性剪切带为界，南北分属北秦岭地层区和桐柏-大别地层区，赋矿地层中晚元古代的龟山岩组属于桐柏-大别地层区。
      地球化学特征恢复龟山岩组原岩主要为玄武岩和杂砂岩，原岩形成的古构造环境为弧后盆地，古植物化石以及年龄测定结果指示原岩形成于中晚元古代。龟山岩组中分布的硅质岩的地球化学特征，指示在中晚元古代时应存在海底喷溢沉积成矿作用。根据区域峰期变质年龄的研究，结合矿区地质特征，认为龟山岩组同构造期的峰期变质作用发生在印支期。韧性剪切带的质量平衡研究表明，在变形变质过程中发生物质的迁移，金等成矿物质趋于剪切带中富集。
      本文系统研究了老湾花岗岩的成岩物理化学条件。花岗岩的源区岩石起始熔融温度平均为925℃，与岩石中出现β-石英指示的熔融温度基本一致；花岗岩的平均结晶温度为800℃，岩浆处于液相线上的水逸度为2.2Kb，定位时的平均水逸度为1.2Kb，对应的岩浆定位深度约为4km。
      对区内形成时代早于老湾花岗岩体的其它酸性岩浆岩的同源性研究证实各岩浆岩均具有不同的来源。花岗岩的铅、铷-锶、钐-钕等同位素组成研究表明成岩物质为下地壳壳源与幔源物质共存的太古代岩系。花岗岩石贫SiO、富CaO、MgO、FeO基性组分，岩石具准铝性质，多数不相容元素贫化和弱的负铕异常，仅少数元素(以相容元素为主)富集，这种岩石化学、微量元素、稀土元素的总体特征，说明本区地壳是高热流值的区域，形成岩浆的部分熔融程度较高。成岩机制研究表明为部分熔融作用，矿物学、岩石化学及同位素等地球化学证据指示该花岗岩成因类型为Ⅰ型或同熔型。花岗岩的钾长石、石英单矿物Ar/Ar法测定成岩年龄平均为105Ma，燕山晚期岩浆活动产物。结合区域地质背景：燕山晚期造山带的拉张伸展体制，北淮阳构造体中出现富集型地幔熔融产物橄榄安粗岩系，本区花岗岩形成可行的模式为：由于地壳的拉张、减薄和地幔热对流的影响，下地壳变质岩在高的起始熔融温度下以含水矿物(如角闪石)脱水而引起高程度的部分熔融，形成高钾Ⅰ型花岗岩。
      本文系统研究了岩浆熔体的动力学特征，指出熔体的结晶是在低的成核密度与低的晶体生长速度动力学条件下进行。老湾花岗质岩浆以岩墙的方式上升，在1000—800℃温度范围内的上升速度为0.17—0.7cm/s，较快的岩浆上升速度避免了溶解于熔体中的水因温度、压力改变而过早逸出熔体。岩浆熔体的演化过程中不存在强烈的、全面的、持久的热对流和成分对流，并且除流体相以外的对流仅对物质的迁移、富集起有限的作用。岩浆熔体的平均冷却速率约为20℃/Ma，结晶体的冷却速率约为192℃/Ma，岩浆自920℃结晶冷却至300℃时演化时间约为9Ma左有。本文计算了溶解于熔体中水的含量为4.76wt％±，并对比水在液相线与定位时的温压条件下的溶解度，熔体中的水经历了不饱和-饱和-过饱和的演化过程。
      老湾金矿赋存在剪切带中部Ⅱ岩片的RF4应变带中，矿体充填于韧-脆性构造中。矿区地质及微观地质现象的研究认为老湾金矿床为折劈理控矿。Ar/Ar法测定成矿年龄为90Ma左右。根据矿石中矿物共生关系、特征、含量，成矿阶段从早至晚分为金-黄铁矿-石英阶段、金-多金属硫化物-石英阶段和金-多金属硫化物-石英-碳酸盐阶段。中、晚阶段的成矿物理化学条件为：温度分别为250℃和200℃，盐度为6.65wt％和4.8wt％，成矿压力在0.45～0.9Kb之间，硫逸度、氧逸度分别为lgf=-8.4～-13.8,lgf=-34～-44和lgf=-10.4～-16.8,lgf=-38～-50.成矿热液的离子组合类型为K—Na—Cl型，气相组成以HO和CO为主，CH4/CO、CO/CO的比值很低，具岩浆热液成分的特点。微量元素以及稀土元素特征显示成矿物质源自老湾花岗质岩浆和龟山岩组，成矿流体为岩浆热液且成矿作用进行时的低水/岩比值。
      老湾矿区初始岩浆水的氢、氧同位素组成为δD＝—64～—68‰、δO＝6.4～+7.7‰。早、中阶段成矿流体主要为岩浆水、晚阶段中混入部分大气降水。流体氢、氧同位素的演化模式说明成矿时的岩浆水与围岩存在氢、氧同位素的交换作用，而大气降水也应为演化大气降水。矿床的氦同位素组成也同样指示成矿流体为岩浆热液。石英-多金属硫化物阶段的He/He比值为4.09Ra，石英-多金属硫化物-碳酸盐阶段He/He比值为0.87Ra，成矿流体中阶段至晚阶段He/He比值降低，He浓度增加以及He/He＞4Ra，反映了流体的岩浆热液性质。
      老湾矿床硫的同位素组成δS在+1.4～+5.78‰之间，矿物间硫同位素的分馏没有得到平衡，不同来源的硫的混合是引起不平衡的主要因素。岩浆热液与龟山岩组在不同温度、水/岩比、硫的含量与组成条件下发生的同位素交换反应，形成的成矿流体硫同位素组成在+0.71～+7.7‰范围内。因此硫源的混合方式和演化机理证明了成矿流体源自岩浆热液和老湾花岗质熔体为矿床的形成提供了成矿物质。矿床的铅同位素组成证明了成矿物质来源于花岗质岩浆和龟山岩组。铅同位素组成变化范围较大，比值较高，Pb/Pb＝17.408～18.693、Pb/Pb＝37.206～39.855，硫化物矿物中U含量低不引起铅的后期变化，而铅同位素组成的特点显示其属于异常铅。比较矿石、老湾花岗岩、龟山岩组的铅同位素组成，矿石铅被限定在花岗岩的长石铅与围岩铅的范围内，三者之间存在的关系表明了矿石铅为岩浆热液从花岗质熔体中带出的铅和龟山岩组提供的铅组成。
      本文深入系统地研究了成矿作用动力学过程。在可渗透多孔介质中迁移的流体速率为1.33×10m/s，以粒间层流上升的流体在上升过程中存在较强烈的对流运动，在“汇”处流体的流动呈湍流方式。成矿物质以络合物形式随流体运动，湍流引起的能量传输可以造成络合物分解而使矿质沉淀。以金的主要络合物形式AuHSiO计算溶液中饱和SiO(aq)时金的浓度可达1.2×10mol/kg。根据老湾金矿床中矿脉与不同类型围岩中元素含量随空间距离变化的关系，结合成矿元素在流体中的扩散、渗滤或二者重叠作用的三种作用形式曲线，在二云石英片岩中金以纯渗滤或渗滤作用为主而使高强度、大规模的成矿作用得以实现，形成矿床的主体部分；而在斜长角闪片岩中金以扩散作用为主，仅形成具一定工业意义的脉状矿体。
      矿床的地质、地球化学以及同位素体系的研究，可以确定该矿床属岩浆热液成因矿床。溶解于老湾花岗质熔体中的水在过饱和状态下，形成的熔体-气泡体系使流体呈气泡状逸出熔体。金等成矿物质在岩浆的初始熔融、固-熔、熔-流分离的过程中趋向于流体相中富集，本文首次建立了含矿岩浆热液逸出熔体的动力学模型。含矿岩浆热液流经围岩，萃取了龟山岩组中经中晚元古代时海底喷溢沉积成矿作用初始富集、韧性剪切过程中再次富集且以易释放形式存在的金，在湍流、流体混合作用、水/岩作用等沉淀机制作用下，形成老湾金矿床。
关键词：金矿床矿床成因地球化学