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华夏地块造山型金矿床:时空分布规律、地质-地球化学特征、成矿机制与动力学背景

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地质学报 2024年第3期98卷 920-940页

作者：蒋少涌马盈中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学(武汉)资源学院紧缺战略矿产资源协同创新中心湖北武汉430074

造山型金矿床具有重要的经济价值,其成矿理论研究对金矿勘查和矿床学学科发展具有重要意义。华夏地块是我国重要的钨-锡-银-铅-锌多金属成矿带,近年来在华夏地块的变质地体中发现数十处造山型金矿床和矿化点,为该区的成矿理论研究提供... 详细信息

造山型金矿床具有重要的经济价值,其成矿理论研究对金矿勘查和矿床学学科发展具有重要意义。华夏地块是我国重要的钨-锡-银-铅-锌多金属成矿带,近年来在华夏地块的变质地体中发现数十处造山型金矿床和矿化点,为该区的成矿理论研究提供了新的课题。较之区域钨锡等多金属矿床的研究程度,造山型金矿床成矿作用研究较为薄弱,尚未进行系统的成矿作用和成因机制总结。华夏地块内发育的造山型金矿床主要包括东华夏武夷山地区的双旗山和何宝山金矿,西华夏云开地区的河台与海南岛的抱伦金矿等。本文重点对上述四个典型矿床的地质-地球化学特征、成矿时代、成矿流体和成矿物质来源等方面已有数据和文献资料进行系统的归纳总结,以期阐明华夏地块造山型金矿床的时空分布规律、成矿机制和地球动力学背景。研究发现,华夏地块造山型金矿床主要发育浸染状与石英-硫化物型矿化,金矿体主要赋存于前寒武纪变质地体中,受脆-韧性剪切带控制。成矿流体为H_(2)O-CO_(2)-NaCl±CH_(4)±N_(2)体系,主成矿阶段成矿温度集中于220~280℃,成矿流体可能具有变质、地幔或岩浆热液来源;而流体不混溶、热液体系氧逸度升高和铋熔体捕获是金沉淀的重要机制。华夏地块存在加里东期、印支期和燕山期三期造山型金成矿事件,分别对应陆内造山、古太平洋板块俯冲及后撤的地球动力学背景。

关键词：造山型金矿床华夏地块时空分布成矿机制地球动力学背景

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交代地幔源区与造山带铜镍成矿作用

岩石学报 2024年第1期40卷 60-78页

作者：薛胜超刘金宇周翊辛雨姚卓森王庆飞邓军中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室地球科学与资源学院北京100083 国家自然博物馆北京100050 西南石油大学地球科学与技术学院成都610500 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室资源学院武汉430074

造山带具有复杂的动力学环境、俯冲交代历史和热力学状态,其地幔源区物质组成、熔融机制和岩浆产物明显不同于地幔柱和大陆裂谷带,因此造山带环境中与镁铁-超镁铁质岩浆有关的铜镍成矿作用有别于板内环境。本文综述了交代地幔源区与造... 详细信息

造山带具有复杂的动力学环境、俯冲交代历史和热力学状态,其地幔源区物质组成、熔融机制和岩浆产物明显不同于地幔柱和大陆裂谷带,因此造山带环境中与镁铁-超镁铁质岩浆有关的铜镍成矿作用有别于板内环境。本文综述了交代地幔源区与造山带铜镍成矿关系的新进展,重点聚焦于:(1)岩石圈与软流圈的贡献。成矿岩浆来源于上涌的软流圈驱动交代岩石圈地幔不同程度的混合熔融,其中后俯冲阶段岩浆产物的成矿作用最为普遍、规模最大;岩石圈地幔经历不同比例俯冲板片沉积物熔体(富钙沉积物)和低温蚀变洋壳流体交代,具有显著的富挥发分和碳酸盐特征。(2)幔源岩浆氧化还原状态对成矿的约束。显生宙造山带成矿初始岩浆(硫化物未发生饱和)可能普遍为氧化性岩浆,岩浆体系硫化物饱和前后存在氧逸度骤降,导致岩浆体系硫化物饱和时硫的溶解度呈指数级下降,直接触发硫化物熔离,或者为达到熔离创造低的硫溶解度条件,其中岩浆还原作用由碳质物在岩浆期的有效混染造成。(3)挥发分对岩浆硫化物的运载汇聚。挥发分显著降低熔体粘度,从而减小粘滞阻力对岩浆超压的消耗;岩浆在上侵减压过程中挥发分能够发生出溶-成核作用,形成大量低密度气泡并与硫化物液滴形成复合液滴,促进硫化物液滴聚结,提高其成矿元素含量,并向上输运硫化物。总之,全球部分典型铜镍成矿省与交代地幔时空耦合关系表明,地幔具交代属性可能一定程度上促进了岩浆硫化物成矿。尽管交代地幔对造山带铜镍成矿的贡献方面取得了诸多重要进展,但前寒武造山带幔源岩浆氧化还原状态对成矿的影响、造山带镍铜钴成矿多样性、经历不同交代作用的地幔源区熔融过程中亲铜元素的行为机制、壳幔圈层内挥发分循环对亲铜元素迁移-富集的控制作用等领域仍需深入研究。

关键词：铜镍矿交代地幔源区岩浆还原作用挥发分造山带

中下地壳切向分层流变的结果:喜马拉雅东段雅拉香波片麻岩穹隆

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岩石学报 2024年第5期40卷 1628-1646页

作者：江成宇周保军陈小宇刘俊来中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)深时数字地球前沿科学中心北京100083

大陆中、下地壳切向(近水平)分层固态流动变形是地壳物质流动的重要形式之一,也是片麻岩穹隆的重要形成机制。雅拉香波穹隆位于特提斯喜马拉雅构造带的最东段,出露不同变质级别和时代的岩石地层,发育强烈的韧性剪切变形以及多期岩浆事件... 详细信息

大陆中、下地壳切向(近水平)分层固态流动变形是地壳物质流动的重要形式之一,也是片麻岩穹隆的重要形成机制。雅拉香波穹隆位于特提斯喜马拉雅构造带的最东段,出露不同变质级别和时代的岩石地层,发育强烈的韧性剪切变形以及多期岩浆事件,是研究造山过程中构造变形和岩浆历史的天然实验室。本文以该穹隆为研究对象,进行了详细的野外构造解析和显微观察等工作,总结出以下三个特点:(1)雅拉香波穹隆内不同构造层次的岩石经历了相同的构造体制和不同变形条件改造:从浅部到深部,变形温度逐渐递增,由390℃到600℃;差应力逐渐减小,从24.58MPa减少至8.72MPa;应变速率逐渐加快,从1.27×10^(-13)~1.28×10^(-13)/s增加到5.19×10^(-11)~5.21×10^(-11)/s。以上体现了地壳活动带强烈的分层流变特点。(2)结合前人研究划分了穹隆变形的三个期次(D_(1)、D_(2)和D_(3)),其中D_(1)表现为上盘向南的剪切方向,D_(2)则表现为上盘向北的剪切方向。进一步,将主要变形期次D_(2)进一步划分为两个阶段,早期主要是以单剪为主导的剪切作用类型,而晚期则是以纯剪为主导的剪切作用类型。(3)根据D_(2)面理和线理的产状分布特点,可以得出,深部岩石线理的倾伏角近水平,而浅层次岩石的线理倾伏角近竖直。基于以上研究表明,雅拉香波穹隆各部分岩石均遭受了不同程度的剪切改造,不同构造层次的岩石具有几何学上的一致性以及运动学上的解耦,体现了穹隆发育过程中运动方向上的转变。结合穹隆各部位线理的倾伏角的变化规律,本文认为雅拉香波穹隆记录了中下地壳分层流动的过程,穹隆的形成主要受中下地壳近水平切向流动控制,辅以垂向流动的改造。

关键词：藏南雅拉香波片麻岩穹隆穹隆形成机制中下地壳分层固态流变应变速率运动学涡度

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大陆深部地壳脱水熔融与水致熔融的演化特征及其流变学意义

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地球科学 2024年第6期49卷 2001-2023页

作者：陶丽蓉曹淑云李文元程雪梅王浩博董彦龙中国地质大学地球科学学院地质过程与矿产资源国家重点实验室湖北武汉430074

深熔作用是链接地壳深部变质作用、构造变形以及岩浆活动的重要纽带,对大陆地壳演化及其流变学性质具有重要意义.根据是否有自由水的参与,深熔作用分为水致熔融和脱水熔融两种机制.脱水熔融主要通过云母、角闪石等含水矿物的分解来实现... 详细信息

深熔作用是链接地壳深部变质作用、构造变形以及岩浆活动的重要纽带,对大陆地壳演化及其流变学性质具有重要意义.根据是否有自由水的参与,深熔作用分为水致熔融和脱水熔融两种机制.脱水熔融主要通过云母、角闪石等含水矿物的分解来实现,其发生所需的温度一般大于650℃.在脱水熔融反应中会生成钾长石、石榴石等转熔矿物和部分熔体,该熔体呈水不饱和态,具有高Rb、高Rb/Sr比、高^(87)Sr/^(86)Sr,低Sr、Ba和Ca的特点.其产生的熔体含量主要受温压条件和全岩水含量的影响,在麻粒岩相条件下才有可能产生大量熔体.水致熔融是在含水流体参与下所发生的熔融反应,其最显著的特点就是所需温度较低,在角闪岩相条件下可以生成大量熔体.生成的熔体可以是水饱和或水不饱和,在高温条件下生成的水不饱和熔体具有向上迁移的能力.水致熔融生成熔体的地球化学特征与脱水熔融相反,Sr、Ca、Ba含量较高,Rb、Rb/Sr比较低.深熔作用不仅可以显著改变岩石的热力学和流变学性质,而且熔体的迁移可以促进地壳分异并形成广泛的淡色花岗岩,在陆壳的起源、改造和稳定中起着至关重要的作用.

关键词：深熔作用水致熔融脱水熔融流变弱化淡色花岗岩构造地质

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霞石岩的成因及深部碳循环

岩石学报 2024年第7期40卷 2238-2254页

作者：石苡宁张招崇程志国中国地质大学(北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)深时数字地球前沿科学中心北京100083

霞石岩是以发育霞石和单斜辉石斑晶为特征的过碱性火山岩,其单体出露体积较小,常以碳酸岩-碱性杂岩体或小体积熔岩流的形式广泛分布在板内环境中,产出的时代跨度大(从太古宙至今),产出量总体上随地球的演化而增多。通常认为霞石岩在喷... 详细信息

霞石岩是以发育霞石和单斜辉石斑晶为特征的过碱性火山岩,其单体出露体积较小,常以碳酸岩-碱性杂岩体或小体积熔岩流的形式广泛分布在板内环境中,产出的时代跨度大(从太古宙至今),产出量总体上随地球的演化而增多。通常认为霞石岩在喷发过程中上升速度快且较少受到地壳物质混染,可以很好地反映地幔源区特征。然而,目前对其源区性质仍存在争议,其争论的焦点在于源区是否存在碳酸盐,即碳酸盐化源区是否是霞石岩形成的必要条件。本文基于全球各地霞石岩的地质-地球化学数据分析,将其分为两组:第一组霞石岩的SiO_(2)和碱含量(Na _(2)O+K_(2)O)变化范围较大,出现Rb、K、Pb、Zr、Hf、Ti、Y元素的负异常,放射性同位素组成普遍较为亏损;第二组相较第一组具有更高的SiO_(2)、碱含量,更低的MgO、TiO_(2)、P_(2)O_(5)含量和Na _(2)O/K_(2)O比值,并出现U、Nb、Pb、Zr元素的正异常以及Ti元素的负异常,Nb-Ta及Zr-Hf发生分馏,放射性同位素组成较第一组更富集。结合实验岩石学结果,研究认为第一组霞石岩的原始熔体为碳酸盐化榴辉岩部分熔融熔体与地幔橄榄岩反应形成的富碳硅酸盐熔体,其直接喷发或只经历低程度的分离结晶作用;第二组霞石岩与第一组霞石岩具有相似的源区特征,但熔体经历了强烈的分离结晶及不混溶作用。因此,碳酸盐化源区是霞石岩形成的必要条件。对霞石岩露头的时间分布进行统计发现,霞石岩最早形成于太古宙,但形成量在约550Ma和80Ma突增,碳酸盐俯冲通量的增加可能是导致霞石岩形成量突增的原因,而形成于太古宙的霞石岩说明太古宙地幔中存在局部的“碳”富集或输入。

关键词：霞石岩岩石成因深部碳循环碳酸盐化地幔不混溶作用

伟晶岩中不同副矿物U-Pb同位素定年和示踪的问题与应用

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地质学报 2024年第5期98卷 1573-1599页

作者：蒋少涌张浩翔刘思祺李雯恬尹燕梁车玉滢苏慧敏中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室资源学院紧缺战略矿产资源协同创新中心湖北武汉430074

定年和示踪一直是伟晶岩成岩成矿过程和稀有金属富集机制研究的关键问题。副矿物不仅是伟晶岩中稀有稀土元素的重要载体,还蕴含丰富的微量元素并常常具有较高的U-Th含量,是研究伟晶岩年代学、成岩成矿过程和物质源区的“理想探针”。伟... 详细信息

定年和示踪一直是伟晶岩成岩成矿过程和稀有金属富集机制研究的关键问题。副矿物不仅是伟晶岩中稀有稀土元素的重要载体,还蕴含丰富的微量元素并常常具有较高的U-Th含量,是研究伟晶岩年代学、成岩成矿过程和物质源区的“理想探针”。伟晶岩中常用的适合于U-Pb同位素定年的副矿物有锆石、铌钽铁矿、独居石、锡石、榍石、褐帘石、磷钇矿和磷灰石等。由于封闭温度、矿物学特性和不同性质流体中元素行为的差异,伟晶岩中不同副矿物的U-Pb系统常表现出复杂的年龄谱系,可能记录了伟晶岩中潜在的后期地质过程,如:自交代、后期变质与流体改造等。因此,基于前期光学显微镜、扫描电镜、冷阴极发光、激光拉曼光谱分析等矿物微观结构研究,对不同期次或世代的副矿物进行原位微区U-Pb定年及主微量元素和同位素地球化学分析,对于全面认知多期地质事件和伟晶岩成岩成矿过程演化历史,进而更准确地构建其构造-岩浆-热液-成矿作用时空框架具有重要的科学意义。

关键词：伟晶岩副矿物 U-Pb同位素定年地球化学示踪

地幔不均一性与地幔循环的多维表征和原因思考

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地质学报 2024年第3期98卷 662-679页

作者：郑建平刘为先王伟马强吴树成戴宏坤中国地质大学(武汉)地球科学学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室湖北武汉430074

地幔早先经核-幔-壳分异形成,后受不同尺度对流和循环的影响,因而具有不均一性特征。近三十年来,地幔化学通过研究大洋玄武岩发现了多样地幔端元和非放射性同位素证据并证明了地幔不均一性,逐渐建全了地幔地球化学体系。然而,地幔不均... 详细信息

地幔早先经核-幔-壳分异形成,后受不同尺度对流和循环的影响,因而具有不均一性特征。近三十年来,地幔化学通过研究大洋玄武岩发现了多样地幔端元和非放射性同位素证据并证明了地幔不均一性,逐渐建全了地幔地球化学体系。然而,地幔不均一性如何对应于时空尺度的地幔循环,以及地球演化如何影响地幔不均一性等,仍不清楚。此外,地球物理研究显示,岩石圈厚度差异、中下地幔的波速异常体以及俯冲板片形态的观测为纵横向对流系统提供了空间不均一性证据支持。联合地球化学和地球物理手段对研究地幔不均一性至关重要,用好透视地幔成分与结构的“双目镜”已成为共识。本文从地幔不均一性结合地球化学场、地球物理的不同表现形式,以及现今及历史时期的洋陆格局的对比,多维度联系地幔循环和演化,思考了超大陆旋回与地幔不均一化的内在逻辑。强调了从全球演化角度看地幔不均一性的重要性和提出多手段联合建立地幔循环驱动模型的展望。

关键词：地幔循环地幔不均一性地球化学场地球物理场超大陆旋回

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藏南中成明赛和浅成马扎拉金矿床成矿异同:来自地质和硫化物原位微量元素、硫同位素约束

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岩石学报 2024年第6期40卷 1733-1747页

作者：翁玮俊李华健杨林董超一王庆飞中国地质大学(北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)深时数字地球前沿科学中心北京100083 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室南昌330013

特提斯喜马拉雅带地处青藏高原南部,是产于青藏高原大陆碰撞背景的新生代金成矿省,然而其赋存的造山型金矿床分布零散,且不同构造层次造山型金矿床(如中成、浅成)的蚀变矿化、流体组成和成矿过程缺乏系统对比。本文通过详细对比特提斯... 详细信息

特提斯喜马拉雅带地处青藏高原南部,是产于青藏高原大陆碰撞背景的新生代金成矿省,然而其赋存的造山型金矿床分布零散,且不同构造层次造山型金矿床(如中成、浅成)的蚀变矿化、流体组成和成矿过程缺乏系统对比。本文通过详细对比特提斯喜马拉雅东段中成明赛金矿和浅成马扎拉金(锑)矿床蚀变矿化、硫化物结构、原位微量元素和硫同位素组成,探讨其成矿过程、成矿流体组成及控制因素。两矿床均赋存于侏罗系板岩和凝灰岩夹层中,板岩中蚀变弱,沿层理发育浸染状黄铁矿-铁白云石-绢云母-石英;而凝灰岩夹层蚀变强,长石和黑云母等矿物已蚀变为铁白云石、绿泥石和绢云母等,并发育大量浸染状自形-半自形黄铁矿和毒砂。板岩中黄铁矿(明赛:Py sa;马扎拉:Py sb)结构均较为均一,且Au(平均为0.33×10^(-6))等微量元素含量低,δ^(34)S值变化较大(Py sa:8.12‰~15.6‰;Py sb:-24.3‰~3.36‰)且与侏罗系地层δ^(34)S值相吻合。明赛凝灰岩中黄铁矿(Py va)发育富砷同心环带,具较高的Au(平均含量为14.3×10-6)、As含量,而马扎拉凝灰岩中黄铁矿(Py vb)发育不规则核-边结构且富Au(平均含量为3.8×10-6)、Cu、Pb、Sb。两矿床凝灰岩中黄铁矿和毒砂的δ^(34)S值相似(Py va平均值为2.7‰、毒砂为2.4‰;Py vb平均值为3.2‰、毒砂为3.2‰),与藏南造山型金矿中黄铁矿δ^(34)S值一致。上述两个矿床板岩中黄铁矿贫金且硫同位素组成差异较大,可能为成矿流体与含不同沉积黄铁矿围岩反应所致;而凝灰岩中的黄铁矿富金且与毒砂具有相似的硫同位素组成,可归因于同源流体与相同围岩发生均一化水岩反应。本次研究表明藏南地区广泛分布的凝灰岩是形成造山型金矿的有利岩性,研究区不同构造层次的造山型金矿具相似物质源区,成矿系统差异性受控于不同水岩反应过程。

关键词：硫化物原位微量元素硫同位素水岩反应造山型金矿青藏高原

镍同位素在高温岩浆系统中的研究进展和矿床学应用

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岩石学报 2024年第6期40卷 1959-1971页

作者：张泽薛胜超唐冬梅王路阳王晓曼田洪庆张瑞麟中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

Ni同位素在高温岩浆系统中被识别出高达4‰的δ60/58 Ni变化范围,打破了传统元素质量数越大同位素分馏相对越小的观点,这种高温岩浆体系中产生的巨大的同位素分馏可能是多个平衡同位素分馏过程叠加和/或动力学分馏导致的,因而也被应用... 详细信息

Ni同位素在高温岩浆系统中被识别出高达4‰的δ60/58 Ni变化范围,打破了传统元素质量数越大同位素分馏相对越小的观点,这种高温岩浆体系中产生的巨大的同位素分馏可能是多个平衡同位素分馏过程叠加和/或动力学分馏导致的,因而也被应用到岩浆铜镍硫化物矿床中。前人对高温岩浆过程Ni同位素分馏机理的认识包括:(1)玄武岩难以代表地幔的Ni同位素组成;(2)地幔部分熔融和壳源物质循环不会产生明显的Ni同位素分馏,地幔交代作用是导致地幔Ni同位素不均一的主要原因;(3)硫化物参与的过程是高温岩浆体系产生Ni同位素变化的主控因素,例如,硫化物的溶解、结晶、熔离以及和硅酸盐岩浆的相互作用。目前Ni同位素在高温地质过程中的研究与应用还处于发展阶段,同位素分馏系数和简约配分函数比等参数有待确定,需要结合更精确的模拟计算和更合理的高温高压实验来解决。查明地幔交代过程中Ni同位素分馏的具体机制,有望精准识别地幔源区的岩石性质和精细交代过程;Ni和Cu同位素的联合应用在岩浆铜镍矿床的金属富集机制和地球动力学环境研究方面显示出巨大潜力。

关键词： Ni同位素同位素分馏地幔交代岩浆铜镍硫化物矿床高温地质过程