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《中国科学技术大学》 2017年
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巴基斯坦Nagarparkar火成杂岩和Saindak埃达克岩地球化学研究:铜金成矿及构造指示意义

Abdul Shakoor Mastoi  
【摘要】:数十年来,大部分的经济矿床都被发现与不同类型的岩浆岩有关。这些岩浆岩是Cu-Au-Mo-Ag等矿床的主要物质来源,并且可以产于不同的构造环境中,如陆—陆碰撞的造山环境,洋—陆碰撞的大陆弧环境,火山弧环境,弧后环境以及板内环境等。与这些岩浆岩相关的各种经济矿床也产于这些相应的构造环境中,其中也包括岛弧相关的岩石及矿床。岛弧岩石与Cu、Au、Mo、Ag等成矿作用密切相关,主要分布在太平洋岛弧、太平洋火环带、特提斯岛弧,印度尼西亚岛弧以及菲律宾岛弧等。位于巴基斯坦AravalliDelhi地区的Malani火成岩套(MIS)也是世界著名的岛弧岩石系列,近20年来由于其与经济矿床的密切关系而受到了越来越多的关注。位于巴基斯坦Sindh省东南部的Nagarparkar火成杂岩(NPIC),被认为是MIS西部的一部分。在本论文中,我们研究了巴基斯坦两个区域的岩浆岩,包括Sindh省东南部NPIC火成杂岩和Balochistan省西部与大型斑岩型Cu-Au矿床相关的Saindak埃达克质岩。NPIC火成杂岩显示出了明显的矿化,在地表以及局部氧化带可以观察到明显矿化作用,这种矿化现象在MIS岩套同样也十分明显。针对这些NPIC杂岩,我们开展了系统的全岩地球化学分析,锆石U-Pb定年以及同位素分析。结果显示该区的黑云母花岗岩锆石206Pb/238U年龄范围为812.3 ±1.1Ma~810±7.4Ma;钾长花岗岩的形成时代为 755.3±7.1~736.3±4.3Ma;辉长岩形成时代为781 ± 23~799 ± 23 Ma~806± 13 Ma,均为新元古时期岩浆产物。地球化学组成显示,黑云母花岗岩属于Ⅰ型花岗岩,而钾长花岗岩属于A型花岗岩。黑云母花岗岩呈现大离子亲石元素以及Zr、Hf等高场强元素正异常,以及Nb富异常的微量元素配分型式。钾长花岗岩具有中等Na、K含量,属于高钾钙碱性系列。源区陆壳物质的贡献引起了这些岩石不相容元素的富集,以及钾长花岗岩中的Sr、Ba负异常和黑云母花岗岩中的高Sr、Ba含量,指示其源区为新生下地壳属性。这两类花岗岩的锆石Hf同位素组成均呈现高度亏损的特征,并且与辉长岩Hf同位素组成接近,指示这两类花岗岩的源区可能为与辉长岩组成接近的新生地壳。结合区域动力学演化背景,我们认为黑云母花岗岩形成于超大陆裂解之前下地壳深度的新生地壳部分熔融,而钾长花岗岩则形成于超大陆裂解形成的拉张环境下处于中上地壳深度的新生地壳部分熔融。除此之外,NPIC火山岩组合,印度西部边界花岗岩组合以及MIS火成岩套的Barmer、Jalore、Siwana、Dhiran以及Mount Abu花岗岩相似的岩石类型及成岩时代特征,指示NPIC以及MIS可能在Rodinia超大陆裂解之前属于一个整体。巴基斯坦Balochistan省西部地区发育多个世界知名的大型斑岩型Cu-Au-Mo矿床。这些发育于巴基斯坦西部与伊朗交界处Chagai岩浆岩带的大型斑岩型矿床均与年轻的早中新世岛弧岩浆岩相关,属于特提斯成矿带的一部分。其中Saindak Cu-Au矿床就是该区的一个大型斑岩型矿床。本论文分别以该矿床中成矿相关的石英闪长岩以及二长闪长岩为研究对象,开展系统的地球化学工作。锆石U-Pb年龄显示三个石英闪长岩样品的成岩时代分别为22.16±0.23 Ma,22.21±0.34 Ma以及24.25±0.54 Ma,一个二长闪长岩样品的形成时代为22.6±1.3 Ma,均十分接近。这两类岩石在微量元素配分型式图上均呈现大离子亲石元素富集、高场强元素亏损,无Eu负异常的特征。同时,他们均属于钙碱性系列,具有高的Sr含量以及Sr/Y比值,以及中等到高的(La/Yb)N比值,属于典型埃达克岩的特征。尽管如此,这两种岩石的特征仍呈现一些差别。石英闪长岩具有Zr、Hf负异常,而二长闪长岩则具有Zr、Hf正异常。地球化学特征显示这两种岩石分别属于高硅埃达克岩(HSA)和低硅埃达克岩(LSA)。石英闪长岩具有高的Si02含量,低到中等的MgO含量以及高Mg#,以及低的K20/Na2O比值,属于典型的高硅埃达克岩。他们脱耦的Sr/Y-(La/Yb)N特征以及低的Th/U比值显示了典型大洋埃达克岩的特征,指示其可能形成于俯冲的阿拉伯洋壳部分熔融,并进一步经历了后期地幔橄榄岩反应。与此相区别的是,二长闪长岩具有低的Si02含量以及高的MgO含量,属于典型的低硅埃达克岩,可能形成于受埃达克质熔体交代的地幔部分熔融形成的产物。这两类埃达克质岩均具有高的放射成因Sr、Pb 同位素组成(87Sr/86Sr(i)= 0.706621~0.707181;206Pb/204Pb(i)= 18.866~18.924,207Pb/204Pb(i)= 15.682~15.710,2 8Pb/204Pb(i))= 39.079~39.160)以及轻微富集的 Nd同位素组成(εNd(t)=-1.77~-1.72),落在EM-2端元范围内。这些地球化学特征显示这些埃达克质岩的源区以年轻的俯冲洋壳物质为主,伴有少量大洋沉积物的加入。这些埃达克质岩显示高的岩浆氧逸度特征,同时发育明显的黄铜矿以及辉钼矿化,与区域Cu-Au成矿作用密切相关。
【关键词】:巴基斯坦 Nagarparkar花岗岩 新元古岩浆作用 地球化学 Lu-Hf同位素 构造演化 Saindak 特提斯成矿带 埃达克岩 板块俯冲 洋壳熔融
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P618.2;P584
【目录】:
  • Abstract5-8
  • 摘要8-17
  • Chapter 1. Introduction and Literature review17-33
  • 1.1. History and previous work17-19
  • 1.1.1. Nagarparkar Area and its historical recognition17
  • 1.1.2. Previous Work17-18
  • 1.1.3. Aims and Objectives of Present Study18-19
  • 1.2. Introduction of granite19-21
  • 1.2.1. Generation of granite21
  • 1.3. Types of granites21-25
  • 1.3.1. A-type granites22-25
  • 1.3.1.1. A_1- type granite24-25
  • 1.3.1.2. A_2-type granite25
  • 1.4. I-type and S-type granites25-27
  • 1.5. Economic implications of I- and S-type granites27-29
  • 1.6. Introduction of adakitic rocks29-30
  • 1.7. Worldwide background of porphyry deposits30-33
  • PART I Nagarparkar Igneous ComplexCu-Au mineralization belt southEast Pakistan33-78
  • Chapter 2. Regional geology and tectonics34-43
  • 2.1. Regional geology and tectonics34-43
  • 2.1.1. Geology of Nagarparkar Igneous Complex (NPIC) Area36-38
  • 2.1.2. Types of granites in Nagarparkar Igneous Complex (NPIC)38-43
  • 2.1.2.1. Biotite granite (Bt-granite)38-39
  • 2.1.2.2. Kfs-granite39-40
  • 2.1.2.3. Gabbro rocks40-42
  • 2.1.2.4. Rhyolite rocks42-43
  • Chapter 3. Analytical methods43-46
  • 3.1. Major and trace elements43
  • 3.2. Zircon U-Pb isotopes43
  • 3.3. Zircon Lu-Hf isotopes43-44
  • 3.4. Sr-Nd-Pb isotopes44-45
  • 3.5. Sulfide isotopes45-46
  • Chapter 4. Results46-56
  • 4.1. Major elements (Gabbro, Bt-granite and Kfs-granite)46-49
  • 4.2. Trace elements49-50
  • 4.3. Zircon U-Pb age dating (Gabbro rocks)50-51
  • 4.4. Zircon U-Pb dating Bt-granite and Kfs-granite51-53
  • 4.5. Zircon Lu-Hf isotopes53-56
  • Chapter 5.Discussion56-77
  • 5.1. Characteristics of gabbro from NPIC area56-57
  • 5.2. Petrogenesis of gabbro from NPIC area57-59
  • 5.3. A-type granite affinity of the NPIC Kfs-granite59-61
  • 5.4. Petrogenesis of NPIC biotite granites and Kfs- granites61-65
  • 5.5. Source of NPIC granites65-67
  • 5.6. Oxidized zones in NPIC67
  • 5.7. Source mineralization for Sulfides67-68
  • 5.8. Oxidation and Reduction68-69
  • 5.9. Oxidized and leached zones69-70
  • 5.10. Implication for Cu-Au mineralization in NPIC area70-72
  • 5.11. Tectonic evolution72-77
  • SUMMARY77-78
  • PART II Saindak adakitic rocks westBalochistanPakistan78-121
  • Chapter 6.Regional geology and tectonics of Chagai Arc79-97
  • 6.1. Regional geology and Tectonics of Balochistan Basin79-86
  • 6.1.1. Tectonics of Chagai magmatic Arc western Pakistan80-83
  • 6.1.2. Tethys Ocean affinity with Gondwana Land83-86
  • 6.2. Stratigraphic succession of Saindak area86-93
  • 6.2.1. Sinjrani volcanic group87-88
  • 6.2.2. Humai Formation88-90
  • 6.2.3. Rakhshani/Juzzak Formation90-91
  • 6.2.4. Saindak Formation91-92
  • 6.2.5. Amalaf Formation92-93
  • 6.3. Sample description and Petrography93-97
  • 6.3.1. Monzo-diorite94-95
  • 6.3.2. Quartz-diorite95
  • 6.3.3. Mineralization95-97
  • Chapter 7. Results97-108
  • 7.1. Major elements97-101
  • 7.2. Trace elements101-103
  • 7.3. Zircon U-Pb Dating103-104
  • 7.4. Sr-Nd-Pb isotopes104-107
  • 7.5. S-Pb isotope composition107-108
  • Chapter 8.Discussion108-120
  • 8.1. Two types of adakites from Saindak area108-110
  • 8.1.1 Quartz-diorite High Silica Adakites (HSA)108-109
  • 8.1.2. Monzo-diorite Low Silica Adakites(LSA)109-110
  • 8.2. Petrogenesis of Saindak adakite rocks110-113
  • 8.3. Cu-Au mineralization in Saindak area113-116
  • 8.4. Geodynamic of Saindak adakitic rocks116-120
  • Conclusions120-121
  • References121-136
  • Appendix136-162
  • Acknowledgement162-164
  • Publications164

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