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地质地球所揭示黑龙江多宝山斑岩铜矿床多期岩

更新时间:2019-07-07 12:27

探讨高镁火山岩形成机制及其与斑岩成矿相关岩浆作用之间的成因联系,可为揭示斑岩矿床深部源区特征、岩浆演化及动力学背景提供新的思路。

北方造山带东部自早古生代以来经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋、古太平洋三大构造体制的复合造山及成矿作用,但不同构造体制间复合叠加的表现形式、时空关系、构造体制的转换时限及其与成矿作用间的耦合关系尚不明确。基于这一科学问题,在国家重点研发计划项目“北方东部复合造山成矿系统深部结构与成矿过程”的支持下,中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室博士生赵超与导师秦克章及合作者,对中亚造山带东段最古老的黑龙江多宝山斑岩铜矿床的岩浆过程进行了系统的研究。在扎实的采坑地质填图基础上(图1),他们识别出多宝山斑岩铜矿发育4期岩浆作用:成矿前高镁玄武岩-安山岩组合,近成矿花岗闪长岩及花岗闪长斑岩,成矿后玄武安山岩,以及中生代英云闪长岩。

研究人员通过对这4期岩浆作用进行系统的年代学研究,确定了成矿前高镁玄武岩-安山岩组合形成于506-485 Ma、近成矿花岗闪长岩-花岗闪长斑岩侵位于479-476 Ma,成矿后玄武安山岩喷发于~450 Ma,成矿后中生代英云闪长岩侵位于~223 Ma。通过系统的锆石Hf-O同位素、全岩主量、微量元素以及Sr-Nd同位素综合分析得到以下结论:

(1)多宝山成矿前高镁玄武岩-安山岩组合(506-485 Ma)SiO2含量介于49.33-56.84 wt%,具有高MgO含量(6.20–11.23 wt%)及Mg#值(58-67),富集LILEs,亏损HFSEs,具有低的初始Sr同位素(87Sr/86Sr=0.70272-0.70451),高的εNd(t)(4.8-8.7)及锆石εHf(t)(7.3-15.9)同位素组成,并具有高Sr(平均619.36 ppm)、低Y(平均11.92 ppm)和Yb(平均1.21 ppm)的类埃达克岩(adakite-like)微量元素组成。通过与全球高镁安山岩(HMAs)进行对比,认为多宝山成矿前高镁玄武岩-安山岩组合类似于adakitic HMAs或bajaitic HMAs(图2),形成于经俯冲板片熔体交代的地幔楔部分熔融源区。

(2)近成矿花岗闪长岩-花岗闪长斑岩(479-476 Ma)以及成矿后中生代英云闪长岩(~223 Ma)均具有高Sr、低Y及Yb的类埃达克岩微量元素组成及亏损地幔Sr-Nd及锆石Hf-O同位素组成,它们可能形成于新生下地壳的部分熔融或形成新生下地壳的幔源岩浆物质在壳幔边界经过MASH过程演化而来。

(3)成矿后玄武安山岩(~450 Ma)具有与成矿前高镁玄武岩-安山岩组合(506-485 Ma)以及近成矿花岗闪长岩-花岗闪长斑岩(479-476 Ma)不同的地球化学特征(平坦的REE配分,低Sr/Y和(La/Yb)N等),属拉斑玄武岩系列,具有高的Ba/La(平均37.55)和低的Th/Yb(平均0.38)比,显示流体交代而非熔体交代的特征,因此可能形成于一次新的俯冲事件下板片脱水交代地幔楔部分熔融源区。

地球化学综合分析发现多宝山成矿前高镁玄武岩-安山岩组合(506-485 Ma)与近成矿花岗闪长岩-花岗闪长斑岩(479-476 Ma)之间存在演化关系(图2),来自俯冲板片熔体交代地幔楔部分熔融形成的高镁熔体一部分喷发至地表形成高镁的玄武岩-安山岩组合,其余大部分底垫至下地壳底部形成新生下地壳的一部分,并通过MASH+AFC过程演化成近成矿花岗闪长岩及花岗闪长斑岩,在持续俯冲作用下来自地幔的高镁熔体为上覆斑岩系统提供了成矿必要的金属、硫、水以及高的氧逸度环境。

通过综合对比多宝山发育的4期岩浆作用及区内其他岩浆活动,结合东北地区早古生代-中生代构造背景,认为506–476 Ma多宝山地区处于古亚洲洋向北的持续俯冲构造背景,~450 Ma左右古亚洲洋开启了一期新的向北俯冲事件,二叠纪晚期古亚洲洋在东北地区完全闭合,自此东北地区构造体制转变为蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋构造体制,~223 Ma的岩浆活动是蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲作用的产物,因此多宝山斑岩铜矿床的形成是古亚洲洋和蒙古-鄂霍茨克洋构造体制复合造山作用的结果(图3),其后期抬升剥蚀可能与古太平洋的俯冲有关。

该研究首次将高镁玄武质-安山质火山岩的成因与新生下地壳及斑岩铜矿的形成相结合,为理解壳-幔相互作用及俯冲带斑岩成矿的深部岩浆过程提供新的思路。

【关键词】高镁 玄武岩
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