Economic Geology:斑岩型矿的保存真真真真真不容易

斑岩型矿床作为全球Cu、Mo、Au、Re等战略金属的重要来源,极具经济与科研价值(Richards, 2009; Wilkinson, 2013)。据统计,全球绝大多数斑岩矿床的年龄都非常年轻(< 100 Ma),寒武纪及之前的斑岩矿床数量极少,这种年龄分布特征主要因于成矿后的地壳抬升与剥露作用,即古老的斑岩矿床很难保存。科学评价斑岩矿床剥蚀程度与过程,不仅关系到全球Cu (Mo)资源量的合理评价,还直接关系着找矿勘查的具体部署。
然而长期以来,于缺乏有效的定量评价方法,斑岩矿床(特别是古老斑岩矿床)形成后的剥露历史及其可能的保存机制始终没有得到很好的揭示。尽管前人通过对全球斑岩矿床的数值模拟认为古生代及更古老的斑岩型铜矿床较少是由于被抬升剥蚀掉了。但是中亚成矿域内的斑岩型铜矿多形成于古生代(Seltmannet al., 2014; Gao et al., 2018; Yang and Cooke, 2019),这些古老斑岩型矿床能够保存下来一定是受到了独特的地质作用影响,厘清这些古老斑岩型矿床变化与保存的控制因素对于资源潜力评价和勘探具有重要意义(McInnes et al., 1999; Kesler and Wilkinson, 2008)。理解这些机制的关键是确定成矿后的剥露与埋藏过程。由于相对低的封闭温度和对于近地表地质过程的敏感性,低温热年代学定年方法是目前定量约束成矿后剥露演化历史的重要手段。近20年来,随着低温热年代学的不断发展,尤其是磷灰石和锆石(U-Th)/He等测年技术的日趋成熟及相关热史模拟软件程序的开发,为我们精细刻画斑岩矿床的冷却历史与剥露过程提供了可靠的技术保障。
地处新疆哈密地区的土屋-延东超大型斑岩铜矿是近年来我国铜矿找矿的重要突破,矿石品位较高,储量大,铜矿资源量304万吨。此矿床处于东天山地区,康古尔韧性剪切带北部,岩浆活动主要集中于晚古生代的泥盆纪。区域地形地貌主要以低矮起伏的丘陵(小山包)为主,这是火山岩地区的典型特征。

针对上述问题,本文的研究人员选取位于中亚成矿域南缘形成于晚古生代的延东铜矿进行典例研究,综合运用低温热年代学定年手段【磷灰石裂变径迹分析、锆石(U-Th)/He定年和磷灰石(U-Th)/He定年】,并结合区域上的地质记录(包括构造、地层和古气候),以期查明延东铜矿的剥露与保存过程、机制及其对应的地质事件,并为区域找矿勘查提供指示。

低温热年代学数据和热史反演模拟显示延东铜矿至少经历了两期冷却过程和一期热重置,第一期显著的冷却事件与晚二叠—三叠纪塔里木板块的北向运移以及羌塘地体与欧亚大陆的碰撞相关;第二期相对较弱的冷却事件与中侏罗—早白垩世蒙古—鄂霍茨克洋的闭合以及拉萨地体与羌塘地体的碰撞有关;两期冷却事件被中侏罗世的沉积热重置所分隔。结合区内的地质记录,研究认为张性的构造背景、成矿后的埋藏作用、干旱的古气候条件和未遭受新生代印度-欧亚大陆碰撞远程效应的影响是控制延东铜矿能够保存至今的有利因素。

斑岩铜矿的暴露和保存主要是矿化后的剥蚀、沉降和断层作用(Kesler and Wilkinson, 2006)。厘定这些过程的规模和方向对该类矿床的勘探具有重要意义。鉴于近地表地质过程的敏感性,作者试图利用现有的AFT数据(比[U-Th]/He数据更多)来提取区域范围的勘探信息。如果AFT年龄代表冷却年龄,那么一般来说,具有较早中心年龄的样品应该位于较高的海拔,因为它们通过部分退火区比产生较早年龄的样品更早。因此,位于低海拔的AFT年龄较大的区域意味着较少的抬升。这种差异抬升通常是由大型断层造成的。编译后的数据从中国天山造山带和西准噶尔地区斑岩和浅成低温热液矿床,如Baogutu, Axi, 和延东位于低维度和年龄。结果表明,哈拉克山、土屋-延东、库鲁克塔格、北山造山带部分地区的剥蚀程度有限,具有良好的埋藏下古生界矿床保存潜力。

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