甘肃北山南部早古生代古亚洲洋俯冲作用:来自明舒井埃达克质侵入体锆石U-Pb年龄及地球化学的证据

甘肃北山南部具有重要的构造位置与复杂的构造演化历史,制约着北山造山带大地构造归属研究。北山明舒井埃达克质侵入体位于南部辉铜山以西地区,岩性主要为二长花岗岩、正长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等。对明舒井侵入体中的二长花岗岩、正长花岗岩和花岗闪长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,定年结果分别为423.4±3.4 Ma、425.4±2.3 Ma和437.8±3.5 Ma。岩石SiO2含量多数大于56%(55.53%~64.42%),Al2O3大于15%(15.1%~17.79%),MgO多数小于3%,全部小于6%(2.07%~3.5%),Y和Yb含量均较低,同时轻稀土元素富集,Eu异常不明显,Sr含量较高,具有与埃达克岩相似的特征。综合区域地质背景,认为北山南部志留纪埃达克质侵入岩形成于活动大陆边缘火山弧环境,可能是志留纪古亚洲洋向北消减俯冲背景下岩浆作用的产物,同时发生了大规模的地壳增生。明舒井埃达克质侵入岩体的识别为北山造山带早古生代构造演化提供了重要依据。

甘肃北山红石山地区扫子山组构造变形特征及其动力学背景

甘肃北山地区扫子山组形成于早石炭世,是红石山蛇绿构造混杂岩的重要组成部分,记录并保存了红石山古洋盆形成及演化的地质信息,是讨论红石山地区晚古生代古地理环境及洋盆构造属性的重要窗口。详细的野外地质调查发现,该套地层构造变形强烈,原始层理难以辨识,为研究该套地层的沉积环境增添了难度。基于此,在查明扫子山组物质组成的基础上,通过详细的构造解析,厘定其构造序列,并通过剥离后期构造改造,恢复原始沉积层理。结果表明,扫子山组经历了3期构造变形,第1期为北北西—南南东向逆冲兼左行走滑,可能为洋壳向北俯冲的产物;第2期为北北东—南南西向挤压兼右行走滑脆-韧性变形,可能为碰撞阶段的产物;第3期构造变形以北东—南西向左行走滑为主,为次一级的晚期构造变形。变形样式及变质程度表明,扫子山组以中浅层次构造变形为主,地层未发生明显的倒转和缺失,该套地层物质成分及空间分布具有明显的规律性,显示裂谷型盆地向南趋于成熟的火山-沉积特征。结合红石山-蓬勃山断裂以北发育石炭纪—二叠纪弧岩浆岩,揭示了红石山古洋盆向北俯冲的动力学过程,为进一步研究中亚造山带南缘构造演化过程提供地质依据。

甘肃北山地区晚三叠世煌斑岩地球化学特征及构造意义

甘肃北山地区位于中亚造山带南缘,是研究中亚造山带构造演化的关键区域。煌斑岩多为岩石圈地幔在伸展背景下低程度部分熔融形成的碱性岩石,确定其形成时代和岩石成因可为区域构造演化提供新的依据。笔者对北山地区柳园南煌斑岩进行了系统的岩石学、地球化学和锆石U-Pb年代学及Hf同位素研究。柳园南煌斑岩的锆石U-Pb年龄为(228.2±1.1)Ma(晚三叠世)。煌斑岩中富含金云母和角闪石等富挥发性组分的矿物。岩石地球化学分析表明:柳园南煌斑岩属于超钾质煌斑岩,母岩浆为碱性岩浆系列;全岩微量元素具有明显的Nb-Ta和Zr-Hf负异常,锆石εHf(t)值为0.5~4.9,平均值为+2.8,具俯冲洋壳板片流体交代特征。柳园南煌斑岩中橄榄石Mn/Fe与Ca/Fe值对比表明,柳园南煌斑岩源区为富金云母的方辉橄榄岩地幔;微量元素模拟计算表明,地幔源区具有富集的特征。因此,柳园煌斑岩岩浆源区为被俯冲板片流体交代的岩石圈地幔。结合前人对中亚造山带南缘构造演化的研究,北山南部地区在晚三叠世时已进入陆内伸展阶段,减压作用促使被俯冲流体交代的岩石圈地幔发生低程度部分熔融,形成柳园煌斑岩脉。

甘肃北山红柳园—辉铜山地区成矿地质条件、地球化学特征及找矿新发现

甘肃北山红柳园—辉铜山地区位于甘肃北山南带,是形成铜、镍、铁、铅锌、钼、金、银等矿床的有利地区,具有较好的找矿潜力。通过开展成矿地质条件分析,总结控矿关键因素,依据水系沉积物地球化学特征,确定Au、Ag、As、Sb、Hg、W、Sn、Ni、Cu为区内主要的成矿(伴生)元素。Ni、Cu异常与基性-超基性侵入岩的分布有关,Au异常受华力西中期似斑状花岗岩及加里东晚期石英闪长岩控制明显,与区域性断裂及其旁侧平行或“入”字斜交的次级断裂关系密切。异常查证新发现铭扬铜镍矿、杨帆金矿等多处矿点及矿化线索,结合区域地质、物探、化探特征,优选出4处具较大成矿潜力的找矿远景区,尤其是早古生代铭杨铜镍矿的发现,实现了北山地区近年来铜镍矿找矿新突破。研究成果可为下一步找矿勘查部署提供重要依据。

甘肃北山新场深部地下水中铀的赋存形态及其影响因素的地球化学模拟研究

核能的快速发展产生了大量的高水平放射性废物(简称高放废物),对生态环境和人类健康构成了巨大的威胁,其安全处置已成为国际放射性废物管理的重难点问题。深部地质处置被普遍认为是高放废物最安全可靠、技术上非常可行的处置方法。目前,我国已启动了甘肃北山新场高放废物地质处置地下实验室的建设,放射性元素铀在深部地下水中的形态分布及其影响因素从微观层面能为北山深地质处置性能评价提供基础数据,但尚不明晰,亟需开展相关地球化学模拟研究。基于PHREEQC中的llnl.dat数据库,添加NEA-TDB和ThermoChimie数据库中U(Ⅵ)的热力学数据,使用地球化学模拟软件PHREEQC.v3和PhreePlot.v11对铀在我国甘肃北山新场高放废物地质处置地下实验室场址BS28孔深部地下水中的赋存形态及分布进行了模拟计算,旨在厘清铀在北山深部地下水中的赋存形态,探讨pH、pE以及Ca^(2+)与HCO_(3)^(-)浓度比对铀在北山深部地下水中形态分布的影响。模拟结果表明,在该深部地下水环境下,铀主要以六价的形式存在,Ca_(2)UO_(2)(CO_(3))_(3)(aq)和CaUO_(2)(CO_(3))_(3)^(2-)是主要的赋存形态,其占比分别为84.14%和15.16%。受氧化还原氛围的影响,铀的价态在pE<1时逐渐由U(Ⅵ)转变为U(Ⅳ),且在pE=-1~1时,UO_(2)(s)和可溶性碳酸铀酰络合物可同时存在。Ca^(2+)与HCO_(3)^(-)的浓度比低倾向于形成CaUO_(2)(CO_(3))_(3)^(2-),浓度比高易于形成Ca_(2)UO_(2)(CO_(3))_(3)(aq)。Ca^(2+)-UO_(2)^(2+)-CO_(3)^(2)三元体系很大程度上会影响铀在北山深部地下水的溶解度和迁移能力。本研究结果将有助于查明铀在北山花岗岩裂隙中的迁移和吸附机理。

甘肃北山草湖岩体二叠纪石英闪长岩地球化学、年代学及其地质意义

北山地区在晚古生代—早中生代经历了碰撞造山作用,但前人对各时期构造环境归属存在不同认识,特别是北山地区何时由挤压环境进入伸展环境这一科学问题存在争议。北山草湖地区广泛发育的晚古生代侵入岩,为探讨该问题提供了研究机遇。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,石英闪长岩体的形成年龄为(276.3±3.0)Ma,为早二叠世晚期。岩石铝饱和指数(A/CNK值)小于1.05,具有准铝质、钙碱性特征,岩石富集轻稀土和大离子亲石元素(如Rb、Ba、Th和U),亏损高场强元素(如Nb和Ta),属于科迪勒拉I型花岗岩,岩浆可能来自后碰撞伸展环境下,岩石圈地幔岩浆作用导致增厚的敦煌地块北缘下地壳岩石部分熔融,并在上升过程中混染了下地壳物质所形成的壳幔混合成因的花岗岩,代表了北山地区南部在早二叠世晚期已处于伸展环境,为进一步约束北山地区古亚洲洋最终闭合提供依据。

甘肃北山算井子花岗岩地球化学特征、成因及对高放废物地质处置的启示

北山是中亚造山带的重要组成部分,广泛发育着花岗岩。前人对北山花岗岩开展了大量地球化学研究,但很少与高放废物地质处置相结合。本研究分析了哈尔特尔德勒、哈尔根头口布、算井子花岗岩的岩石类型,并以算井子花岗岩为例,分析其岩石成因,探讨其对高放废物地质处置的启示,得到如下结论:1)哈尔特尔德勒花岗岩是A型、南岭型花岗岩,哈尔根头口布花岗岩属于A型、浙闽型花岗岩,算井子花岗岩为未分异的Ⅰ型、埃达克型花岗岩;2)处置库围岩的Fe^(3+)/Fe^(2+)比值可能对高放废物地质处置具有重要意义;3)算井子花岗岩属于埃达克质成因,但成矿潜力微弱,甚至不能成矿,因此该地区作为高放废物地质处置库选址,符合经济性原则;4)算井子花岗岩含有较高体积分数的黑云母,对放射性核素的阻滞具有重要作用,有利于作为高放废物地质处置库围岩。

甘肃北山南金山南新发现缓倾厚大隐伏金矿

1研究目的(Objective)研究区位于磁海-公婆泉Fe-Cu-Au-Pb-ZnMn-W-Sn-Rb-V-U-P成矿带,破城山—玉石山金银(铜铅锌)叶腊石成矿亚带,成矿地质条件优越,属甘肃省肃北县管辖。近年来,甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院在研究区一带开展了大量的找矿研究工作,相继发现了南金山南东金矿点、南金山外围浅覆盖区金矿点,2022—2023年通过野外勘查,项目组依托甘肃省地质勘查基金项目在南金山南发现了隐伏金矿床,矿体具厚度大、埋深大、延伸稳定、垂向上分段产出的特点。该矿床的发现,为矿山企业提供了资源保障,对南金山深边部找矿指明了方向。

新疆东部-甘肃北山地区二叠纪玄武岩对比研究及其构造意义

通过对新疆东部三塘湖盆地、甘肃北山柳园地区以及邻区二叠纪玄武岩的地球化学特征对比研究,认识到新疆东部-甘肃北山地区及邻区二叠纪形成的系列断陷带内,同期产生的玄武岩具有不同的地球化学特征和岩浆来源,其形成的统一动力学机制主要是可能由于造山带增厚的岩石圈大范围拆沉而导致的大范围亏损地幔部分熔融岩浆和源自上、下地幔边界的小型地幔柱岩浆的作用。这种地幔柱不是核幔边界深部地幔柱的成因,而可能是早期俯冲洋壳的分离掉落后,中亚造山带范围内可能在上、下地幔之间存在更广泛的部分熔融岩浆的原因。由造山带增厚岩石圈大范围拆沉作用而导致的大范围亏损地幔部分熔融岩浆和源自上、下地幔边界的小型地幔柱岩浆的作用,可能是中亚造山带二叠纪深部壳幔作用最壮观的表现方式,同时也以大范围玄武岩喷发、裂谷、大规模后造山幔源花岗岩和超镁铁岩的侵位以及大规模成矿作用而成为独特的“中亚型造山带”而有别于其它造山带。

甘肃北山地区基本构造格局和成矿系列特征

甘肃北山地区并不存在具分割洋-陆板块构造意义的缝合带或蛇绿岩带,主体由东天山和塔里木两大古陆系统构成。两大古陆系统的碰撞拼合带或界线大体位于方山口—黑山—碱泉子一线,以北归属东天山古陆系统,以南归属于塔里木古陆系统。按其内的地层时代、沉积建造、岩浆作用、地壳结构等特征,可将东天山古陆系统从北往南划分为北山岛弧带、北山(白山)晚古生代弧后盆地裂陷(谷)带和北山中央古陆断隆带3个Ⅱ级结构单元,空间上三者构成一个从岛弧—弧后盆地—前陆基底带的洋-陆过渡性的地壳结构。南侧的塔里木古陆系统则经历了初始陆核向成熟陆壳发展演化的地史过程,按不同地段的地壳结构和构造作用特征将其划分为(从北往南)塔里木古陆陆缘早古生代裂陷带、红柳园-大奇山-天仓古生代多旋回裂谷带和塔里木前陆基底带3个Ⅱ级构造单元。在此基础上,根据相关的成矿响应特征综述了不同构造单元的成矿系列。

甘肃北山地区榴辉岩的变质年龄:来自锆石的U-Pb同位素定年证据

北山造山带地处塔里木-中朝板块与哈萨克斯坦板块的交汇部分,主造山时期被认为是早古生代。榴辉岩产在北山造山带的南带,带中榴辉岩与大量基性超基性洋壳岩石和俯冲碰撞有关的花岗岩等伴生,反映该带有可能代表板块的边界。北山榴辉岩的锆石SHRIMP U-Pb同位素定年表明,榴辉岩相的变质年龄为(819±21)Ma,原岩年龄为(1007±20)Ma,表明北山地区存在新元古代一次重要的板块裂解和俯冲碰撞事件。与北山相邻的祁连山南部柴北缘地区近年也报道存在新元古代板块裂解和蛇绿岩洋壳形成事件,表明中国西部存在区域上的新元古代洋盆裂解事件,或称之为罗德尼亚大陆裂解事件。需强调的是,北山榴辉岩相变质事件发生在新元古代,柴北缘榴辉岩的原岩虽为新元古代洋壳岩石,但榴辉岩相变质作用则发生在早古生代,反映北山新元古代俯冲碰撞事件之后的又一次俯冲碰撞事件。

高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用

利用机载高光谱遥感数据(CASI/SASI),对甘肃北山成矿带金滩子-明金沟一带的蚀变矿物异常信息进行提取和分析,总结了区内蚀变矿物异常信息的分布规律及成因;结合典型岩石、矿物ASD地面光谱测量,对不同地质体中蚀变矿物的光谱曲线特征进行分析、总结;选取研究区北部明金沟金矿床的矿化蚀变地质剖面开展光谱测量,结合成矿地质条件分析,建立基于区内金矿床的高光谱遥感找矿模型。以找矿模型为指导,综合成矿地质背景及地球化学异常特征,筛选出成矿有利区段,进而通过野外查证检验高光谱异常信息在成矿预测中的应用效果。野外查证表明圈定出的找矿预测区金矿化发育,成矿潜力较好,说明高光谱遥感能为找矿提供较为准确且可靠的信息。

甘肃北山地区古亚洲南缘古生代岛弧带位置的讨论

综合研究得出结论:"甘肃北山红石山断裂带以北的雀儿山—英安山地区为一种与俯冲洋壳板块相关的岛弧带,它记录了古亚洲大洋向南缘东天山古陆系统下俯冲消减的整个地史过程"。主要依据:①该地区缺少古老基底陆壳;②发育于区内的中奥陶世—泥盆纪不同时代地层中的火山岩和石炭—三叠纪的中酸性侵入岩,主要以钙碱性或TTG或埃达克成分系列为主要标志,揭示深部有消减洋壳板片或岩源的存在;③从中奥陶世和志留纪火山岩的玄武岩、安山岩和英安岩组合,到泥盆纪以安山岩、英安岩为主的流纹岩、玄武岩组合,至三叠纪马鞍山、小草湖中酸性侵入岩序列的部分高钾钙碱性岩石类型组合,反映古亚洲大洋在南侧消减带之上从一种不成熟岛弧到成熟岛弧和大陆边缘弧发育演化的过程;文章提出代表古亚洲大洋南缘消减带的实际位置应在雀儿山—英安山一线以北的蒙古境内,而北山岛弧带实属南侧东天山古陆陆缘增生地体的一部分。

甘肃北山拾金坡-南金滩地区水系沉积物地球化学特征及找矿远景

依据甘肃北山拾金坡—南金滩地区1∶5万水系沉积物测量成果,研究了区内元素分布、单元素异常及异常元素组合特征,共圈出11处综合地球化学异常,结合异常所处的地质特征,划分为4类11处成矿远景区。第一类综合异常处于中酸性侵入岩区,与断裂构造密切相关,以Au为主成矿元素,是寻找蚀变岩型和石英脉型金矿的有利地区;第二类综合异常处于蓟县系平头山组地层区,是寻找喷流沉积型铅锌矿、铁矿及矽卡岩型多金属矿的有利地区;第三类综合异常处于敦煌群地层出露区,是寻找变质热液型金矿的有利地区;第四类综合异常与基性—超基性杂岩体有关,是寻找铜镍矿的有利地区。

甘肃北山地区牛圈子蛇绿岩的形成时代及地质意义

为了厘定甘肃北山地区洗肠井-牛圈子-红柳河蛇绿岩带的形成时代,对该地区牛圈子蛇绿岩中的辉长岩进行了LA-ICP-MS(激光剥蚀等离子体质谱)单颗粒锆石U-Pb定年,其形成时代为446.5Ma±4Ma,属晚奥陶世。结合前人研究,认为牛圈子蛇绿岩与红柳河蛇绿岩共同代表了区域早古生代大洋演化的产物,对于研究北山早古生代的构造演化有着重要的意义。

甘肃北山炭山子-黄草泉一带水系沉积物地球化学特征及找矿远景

依据甘肃北山炭山子—黄草泉一带1∶5万水系沉积物测量成果,分析了区内地球化学参数特征及其元素的相关性,认为元素地球化学异常主要受断裂、地层及岩浆岩3种因素控制,即主要受大山头断裂带和庙庙井断裂带,蓟县系、寒武系和奥陶系地层,大山头、三个井基性-超基性杂岩体及华力西期中酸性侵入岩的控制。根据异常特征及成矿地质条件圈定出4处具较好找矿潜力的远景区,即大山头铜镍找矿远景区、三个井铜镍找矿远景区、庙庙井金铜钨钼多金属矿找矿远景区、黄草泉东金银多金属矿找矿远景区,为该区下一步找矿工作指明了方向。

甘肃北山地区黑山铜镍矿化基性—超基性杂岩体SHRIMP锆石U-Pb定年及其地质意义

黑山铜镍矿床位于塔里木板块东北部的北山裂谷带内,庙庙井-双鹰山深大断裂南侧,含矿基性—超基性复式杂岩体侵位于青白口系大豁落山组和寒武系双鹰山组中。矿化主要赋存于杂岩体内的橄榄岩和角闪辉长岩内。采用锆石离子探针微区原位(SHRIMP)法获得矿化角闪辉长岩中锆石的U-Pb年龄为374.6Ma±5.2Ma,表明该含矿杂岩体的侵位及矿化作用均发生于晚泥盆世。这一年龄数据的获得不仅对重新认识北山地区的地质构造演化具有重要意义,而且为北山地区开展铜镍矿找矿提出了新方向。

甘肃北山地区花牛山铅锌矿区玄武岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义

位于甘肃北山瓜州县境内的花牛山银铅锌矿是北山地区唯一的喷流(气)沉积型块状硫化物矿床,它赋存于一套浅变质细碎屑岩或中基性火山岩夹碎屑岩-碳酸盐岩建造中。关于该矿床的成矿时代,因无确切的同位素年代学和化石证据,争议较大。对花牛山银铅锌矿三矿区铅锌矿体的赋矿围岩玄武岩样品中的锆石进行了LA-ICP-MS法U-Pb定年研究,获得了207Pb/206Pb年龄1071Ma±5Ma,表明花牛山地区中基性火山喷溢活动发生在晚蓟县世。进而揭示花牛山银铅锌矿床是蓟县纪末期强烈拉张构造环境下,与海底火山喷溢活动相伴随的热液活动的产物。它与北山红山铁矿和东天山彩霞山,北祁连山西段石硐沟,华北地块西北缘东升庙、炭窑口、霍各乞等层控铅锌多金属矿床具可对比性,蓟县纪末期是北山地区一个重要的成矿时期。

甘肃北山红石山地区马鞍山北花岗岩体的单颗粒锆石U-Pb年龄及地质意义

在1∶5万红岭等3幅区域地质调查中,岩体的AR、NK/A、A/CNK、δEu值等岩石化学和地球化学特征值表明,马鞍山北岩体属钙碱性系列与高钾钙碱性系列过渡的偏铝质到弱过铝质花岗岩类,具有高锶花岗岩的特点。通过高精度的单颗粒锆石U-Pb同位素测年,获得206Pb/238U表面年龄统计权重平均值为237.8±4·3Ma。这一同位素年龄的获得,说明本区三叠纪应为后造山环境。

甘肃北山营毛沱地区花岗岩类LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地质意义

为揭示整个北山地区构造演化特征,对北山营毛沱地区分布的花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、闪长岩等花岗岩类岩石进行了岩石化学研究。结果表现,这些花岗岩类具有偏铝质-过铝质、碱性-钙碱性特征,具有中等的Si O2（62.1%-72.92%）含量,较高的Na2O＋K2O（5.4%-9.12%）含量;球粒陨石标准化分配模式图上,具有相对平缓的富集轻稀土元素配分模式,重稀土元素分馏不明显,弱Eu负异常;亏损Nb、Ba、P、Ti,富集Rb、Pb、K;主微量元素对比及图解分析认为花岗岩类具有Ⅰ型或Ⅰ-A型过渡花岗岩的特点。对其中的花岗闪长岩进行了LA-LCP-MS锆石U-Pb定年分析,得出其侵位时间为384.7±7.7Ma,为中泥盆世早期。结合区域地质分析,指出营毛沱地区的花岗岩类形成于北山早古生代洋盆碰撞造山后的拉伸环境,标志北山地区在中泥盆世已进入新的构造演化阶段,即板内伸展阶段。