Fulai Liu

辽-吉硼成矿带是华北克拉通东部重要的古元古代硼成矿带，其中南辽河群里尔峪组中广泛发育典型的硼镁石型和硼镁铁矿型硼矿床。翁泉沟硼镁铁矿型硼矿床东台子矿段赋存于里尔峪组含硼岩系中，矿石矿物以硼镁铁矿、磁铁矿和硼镁石为主，脉石矿物主要包括橄榄石、斜硅镁石、蛇纹石及金云母等。磁铁矿的主、微量元素组成受温度、氧逸度、热液流体活动及流体-矿物相互作用等因素控制，可用于示踪成矿-变质-热液演化过程。本研究对不同产状磁铁矿开展系统比对，旨在为翁泉沟硼矿床在多期重大地质事件过程中成矿演化提供重要的矿物学依据。本文采用详细矿相学观察，结合电子探针及LA-ICP-MS原位微量元素分析等方法，对东台子矿段不同磁铁矿进行了系统对比。结果表明，磁铁矿可划分为六类产状：斜方辉石包体型（Mag₀）、原生粒状型（Mag₁）、硫化物共生型（Mag₂）、硼镁铁矿分解型（Mag₃-Mag₄）、金云母解理控制型（Mag₅）及蛇纹石化网脉型（Mag₆）。不同产状磁铁矿在Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni及Ga等元素上具有明显差异，其变化受温度、氧逸度变化、硼镁铁矿分解及流体-矿物相互作用等因素共同控制。Mag₀形成于早期高温进变质阶段，记录了磁铁矿的早期地球化学特征；Mag₁代表变质成矿阶段磁铁矿的重结晶产物；Mag₂-Mag₄与硼镁铁矿分解及热液流体交代作用密切相关，反映不同热液交代作用下的矿物转变反应；Mag₅与Mag₆形成于晚期低温热液流体作用阶段，分别受金云母解理控制及蛇纹石化作用影响，记录了后期热液流体持续改造过程。东台子矿段磁铁矿的世代组合经历了辽-吉造山带古元古代多期重大地质事件：Mag₀-Mag₁对应弧后盆地演化末期至早期俯冲进变质-峰期变质阶段，代表高温变质条件下磁铁矿的形成与重结晶过程；Mag₂-Mag₄形成于造山过程中的构造抬升及折返阶段，该阶段伴随着强烈混合岩化和热液交代作用，导致硼镁铁矿分解和蛇纹石化等蚀变现象；Mag₅-Mag₆则与后期构造抬升及低温流体再改造过程有关。不同世代磁铁矿的形成与演化，揭示了翁泉沟硼矿床在区域从伸展环境到挤压造山再到抬升折返的多阶段演化历史中叠加富集成矿。

硼(B)作为一种不可或缺的战略性非金属矿产, 其成矿机理研究具有重要的资源意义。辽-吉硼成矿带是全球已知最古老且唯一发育沉积-变质型硼矿床的巨型成矿带, 是揭示该类型硼矿的富集规律、完善硼成矿模型的立典地区。该带内硼镁石广泛发育, 然而, 其成因类型与形成机制长期以来认识不一, 缺乏系统深入的整合研究。针对这一科学问题, 本文以辽东地区典型矿床——砖庙-栾家沟矿区的硼镁石为研究对象, 首次开展原位微区矿物化学成分和显微结构特征的精细分析。研究揭示, 硼镁石不仅是硼矿石的重要组成部分, 亦广泛赋存于蛇纹岩、大理岩等含硼岩系之中。其成因远非传统认为的单一内生转化(如由遂安石、硼镁铁矿分解形成), 亦可源自硅酸盐矿物(橄榄石、斜方辉石、金云母等)和碳酸盐矿物(白云石等)的退变质作用。不同成因的硼镁石在元素组成上表现出显著差异, 且受控于原生矿物的地球化学特征: 由橄榄石、金云母及斜方辉石退变形成的硼镁石相对富集SiO₂和MnO, 而贫MgO; 由碳酸盐矿物转化形成的硼镁石则继承了高CaO、MgO的特征; 由遂安石或硼镁铁矿分解形成的硼镁石, 其FeO含量差异明显。结合区域地质背景, 本文提出辽-吉硼成矿带中大量硼镁石形成于古元古代造山晚期后碰撞的减压-伸展阶段, 受富硼流体的交代作用驱动, 并在整个造山旋回(约40~80Myr)中持续生长。硼的富集是贯穿超镁铁质岩-碳酸盐岩等变质地层序列的连续交代过程。蛇纹岩与大理岩中发育的弥散状硼镁石矿化, 不仅记录了大规模流体活动, 更可能构成潜在的低品位硼资源。本研究不仅为深入理解硼镁石成因的多样性及其所指示的地球化学过程提供了全新视角, 丰富并深化了沉积-变质型硼矿床中硼的富集成矿机制与内在规律, 同时也为硼资源的进一步找矿勘查和综合利用提供了重要的科学依据。

The development of the continental crust during the Archean era is one of the key issues of geoscience. Determining the geological nature of the Archean terrane of the southern Liaoning Province (SLP) is fundamental to decipher the tectonic framework of the eastern North China Craton (NCC) from the late Neoarchean to Paleoproterozoic. The Archean assemblage of the SLP is composed of metabasalt, deformed diorite, TTG, and granite. Zircon U-Pb and Lu-Hf data constrain that the metabasalt formed at 2.52 Ga and was metamorphosed at 2.49 Ga. Dioritic rocks, TTG (tonalite-trondhjemite-granodiorite) and granite formed between 2.53 and 2.48 Ga. More than 85% of analyzed zircon grains yield ε_Hf(t) values intermediate between coeval CHUR and depleted mantle (DM). Their single-stage (T_DM) Hf model ages are dominantly between 2.90 and 2.58 Ga with a peak at 2.76–2.66 Ga, suggesting that the Archean assemblages of the SLP were derived from short-lived crustal sources with limited contributions from older materials. Geochemistry and zircon Lu-Hf systems indicate that these metamafic rocks have N-MORB and island arc-like tholeiitic affinities. Similar basaltic associations were identified from the Wutai greenstone belt. Intra-oceanic subduction and back arc basin extension can be ascribed to the generation of associated MORB-like and arc-related basalt. Along with the closure of the SLP back arc basin, an unknown terrane accreted to the south of the Longgang block at the end of the Neoarchean.

辽-吉硼成矿带是迄今为止世界上发现的最古老的沉积-变质再造型硼成矿带。作为全球唯一一处与哥伦比亚超大陆裂解-聚合事件密切相关的"硼成矿专属区",它经历了古元古代火山-沉积过程巨量硼沉淀-预富集成矿、陆内俯冲造山变质-变形过程中硼超常富集成矿和构造抬升混合岩化-热液交代过程中硼再次富集成矿的复杂演化历史。辽-吉硼成矿带所有大型-超大型硼镁石型和硼镁铁矿型硼矿床均赋存于辽-吉古元古代造山带南部亚带下部变火山-沉积岩系中,层控性特征明显。本文聚焦辽-吉硼成矿带典型硼镁石型和硼镁铁矿型硼矿床,通过岩相学、变质反应和矿物相转变及交代结构的精细解剖,结合矿床学、同位素年代学及矿区地质资料,查明辽-吉硼成矿带中含硼岩系成因的独特性、巨量硼沉淀-预富集成矿的特殊构造背景与沉积环境。提出古元古代弧后(裂谷)盆地和海相蒸发岩沉积环境是巨量硼沉淀-预富集成矿的必要条件。识别变质-变形成矿期和热液交代成矿期的关键判别标志和确凿矿物学证据,率先提出陆内深俯冲至(角闪)麻粒岩相峰期变质作用过程中,不仅沉积时期形成的富水硼酸盐矿物相普遍转变为大量变质硼酸盐矿物相(如:遂安石和硼镁石等)和变质含硼流体,而且含硼岩系中富镁硅酸盐矿物(如:橄榄石和斜硅镁石)和富镁碳酸盐矿物相(如:白云石和菱镁矿)等与变质含硼流体发生反应转变为新的变质硼酸盐矿物,建立复杂变质演化过程中典型硼矿物相转变反应。在随后构造抬升伴随强烈混合岩化-热液交代过程中,发生一系列交代反应,引起含硼岩系中硼进一步富集成矿。揭示变质-变形和热液交代过程中硼活化-迁移-富集成矿规律及保存机制,准确限定硼多期富集成矿时代的年代格架,厘定硼多期富集成矿规律与区域重大地质事件内在成因关系,确定硼超常富集的关键控制因素。该项研究成果不仅对促进和完善造山带硼成矿理论创新具有重要学术价值,而且对在辽-吉古元古造山带各类硼矿床外围及其深部找矿勘查和增储示范、预测找矿新靶区均具有重要指导意义。

The collisional history between Greater India and the Eurasian plate has been well constrained by the study of exhumed Barrovian metamorphic sequence (BMS) rocks in the Himalayan Range. However, in the southeastern Tibetan Plateau, the collisional records have been obscured by intense, regional‐scale strike‐slip overprinting and recrystallization. Here, in BMS rocks from the Ailao Shan–Red River shear zone (ARSZ), we report the first discovery of a >250 km long, high‐pressure (high‐P) granulite belt (>1.0 GPa), identified by the presence of relict kyanite and associated decompression reaction textures. Petrological phase equilibrium modeling showed that exposed micaschists in the region represent exhumed middle crust (20–25 km, 600–670°C), while the high‐P granulite rocks are remnants of thickened lower crust (45–55 km, 800–850°C). This indicates that the northeast edge of the ARSZ experienced an additional ∼25 km of uplift and exhumation compared to the southwest side, facilitated by brittle thrusting/imbrication along the Ailao Shan fault (micaschists) and ductile extrusion along the Red River fault (granulite). Geochronological study shows that the upper portion of the BMS preserves older metamorphic ages (52–34 Ma) than the lower portion (32–29 Ma), which was attributed to spatial variation in cooling rates. Using calculated P–T–t–d paths, we also examined variation in density and seismic wave speeds for BMS in the ARSZ. Our data correlate with fieldwork conducted elsewhere within the Himalayan Range indicating that the kyanite to sillimanite transition zone may serve as a “cap” for the horizontal migration of melt within the lower crust.

镍和钴是我国紧缺关键金属矿产,对国民经济和社会发展具有重要战略意义。我国现有镍、钴资源储量匮乏,对外依存度极高。因此,立足国内,加强镍-钴成矿规律研究与找矿战略行动迫在眉睫。吉林省临江市杉松岗变沉积岩容矿型钴镍铜矿床位于辽-吉古元古代造山带东北段。有关该矿床Ni-Co的赋存状态、富集成矿期次与成矿规律等研究十分薄弱。本文通过对杉松岗钴镍铜矿床Ni-Co矿石和赋矿围岩开展显微结构观察、扫描电镜-能谱分析、矿物原位硫同位素分析和电子探针测试等系统研究,发现该矿床Ni-Co的富集成矿经历了多期多阶段复杂的变质变形和热液作用的叠加改造过程。其中,变质变形阶段以辉砷钴矿和黄铜矿等呈微细粒包体赋存于变质矿物中为特点;而热液阶段又可分为早期和晚期。早期热液作用以大量镍钴矿物(辉砷钴矿、硫镍矿和镍黄铁矿)伴生滑石化、白云石化和硅化蚀变为标志,为Ni-Co超常富集成矿的主成矿期,其硫化物的硫同位素分布范围集中(10.92 ‰~13.67‰),且与珍珠门组白云石大理岩内硫化物的δ³⁴S值接近,推断Ni、Co主要来自深部岩浆热液,即含矿流体向上迁移过程中强烈淋滤并萃取珍珠门组地层内的硫,最终在大栗子组地层发生硫化物沉淀并富集成矿。晚期热液作用主要沉淀铜铁硫化物(黄铜矿、磁黄铁矿和黄铁矿)和极少量钴镍黄铁矿、硫镍钴矿和镍黄铁矿,伴生方解石化、硅化和绿泥石化蚀变,硫化物的δ³⁴S值(6.53‰~8.59‰)与侏罗纪花岗岩体及同期的金等多金属硫化物矿床的硫同位素组成一致,表明晚期岩浆热液可能与古太平洋俯冲事件有关。杉松岗钴镍铜矿床Ni主要以硫镍矿和镍黄铁矿的形式赋存,次为钴镍黄铁矿和硫镍钴矿。Co主要以辉砷钴矿形式赋存,次为硫镍矿、镍黄铁矿、钴镍黄铁矿和硫镍钴矿。有关该矿未来Ni-Co找矿勘查设想,建议以滑石化和白云石化为主要找矿标志。结合前人研究成果,本文提出杉松岗钴镍铜矿床为沉积-变质变形-多期热液叠加改造的复合造山型钴镍铜矿床,原始的沉积和成岩作用为钴矿的初始预富集提供了重要的成矿条件与背景,古元古代碰撞造山与区域变质变形事件对Co的初始活化-迁移起着关键的控制作用,富Ni-Co的深部岩浆热液作用主导了Ni-Co的超常富集与成矿;而燕山期中酸性岩浆热液作用对Ni-Co富集矿段起到了肢解作用,故不利于Ni-Co的富集成矿。

辽河群里尔峪组变基性岩与变长英质粒状岩石记录了胶-辽-吉古元古代造山带复杂演化过程的重要信息。该组不仅是辽东钴富集成矿的关键层位,也是深入探讨胶-辽-吉造山带古元古代起始构造背景及其演化过程的关键研究对象。本文通过野外地质调查、岩相学、全岩地球化学、锆石年代学以及Lu-Hf同位素的综合研究,对里尔峪组中变基性岩与变长英质粒状岩石的原岩属性、成因机制、年代格架及构造背景进行了深入研究,结合胶-辽-吉带古元古代的构造演化过程及其与Co元素的初始来源的内在成因关系进行了初步讨论。里尔峪组变基性岩岩石主要由斜长角闪岩与变角闪石岩组成,变长英质粒状岩石包括浅粒岩和变粒岩。野外观察发现大量变基性岩侵入到变长英质粒状岩石中。锆石U-Pb定年结果表明,变基性岩的原岩形成时代为2160~2130Ma,变长英质粒状岩石原岩的形成时代为2200~2160Ma,两者共同经历了1950~1850Ma古元古代变质事件的改造。根据地球化学特征,变基性岩可分为三种类型:第一类斜长角闪岩属于拉斑玄武岩系列,轻微富集LREE,类似E-MORB特征,Nb、Ta、Ti、Zr和Hf轻微亏损,暗示有限的流体交代和地壳混染,变质锆石ε_Hf(t)值为-2.3~ 5.9, t_DM1集中在2200~2100Ma,表明其原岩来源于亏损的软流圈地幔,指示古元古代新生地壳生长事件;第二类斜长角闪岩属于钙碱性系列,具有右倾的稀土元素配分曲线,Nb、Ta和Ti元素明显亏损,Zr、Hf正异常,表明其原始岩浆在离开源区后可能经历了地壳混染;第三类变角闪石岩属于超基性岩,REE总量相对偏高, LREE相对富集,Nb、Ta、Ti、Zr和Hf明显亏损,显示出有限的地壳混染和大量流体交代,岩浆锆石ε_Hf(t)值为-2.3~6.7,t_DM1集中在2500~2200Ma;变质锆石ε_Hf(t)值为-5.9~-0.4, t_DM1集中在2500~2300Ma,其原岩应来源于富集的岩石圈地幔。在变长英质粒状岩石中,变粒岩的SiO₂含量低于浅粒岩的,二者原岩均属于钙碱性系列并具有相似地球化学属性,暗示原岩来源于相同的岩浆源区。变长英质岩LREE富集而HREE相对亏损;Zr、Hf正异常,而Nb、Ta和Ti元素明显亏损,与弧源陆壳岩石特征相似;岩浆锆石的ε_Hf(t)值集中在-2~4,变质锆石ε_Hf(t)值则集中在-7~-1,两者t_DM2集中在2900~2600Ma之间,表明其原岩为大陆下地壳太古宙TTG的部分熔融的产物。变长英质粒状岩石与变基性岩均指示其原岩形成于弧后盆地的构造环境,并经历了弧后盆地持续张裂至碰撞造山的演变过程,该过程可以划分为三个阶段:(1)2200~2160Ma期间,狼林陆块与北澳大利亚克拉通之间的大洋板块由西南向东北俯冲,随着俯冲的大洋岩石圈板块后撤,岩石圈开始伸展导致弧后盆地初始张裂;这一伸展作用导致软流圈地幔上涌,加热上覆太古宙大陆地壳;而由于持续的加热,大陆地壳开始部分熔融,形成了大量酸性火山岩(里尔峪组)及酸性侵入岩(条痕状花岗岩)。(2)2160~2130Ma期间,随着俯冲的大洋岩石圈板块后撤,导致上覆岩石圈进一步伸展减薄,弧后盆地继续拉张,软流圈地幔进一步上涌,减压熔融形成2160~2130Ma的基性岩浆;与此同时,软流圈上涌加热上覆岩石圈地幔,部分熔融形成少量富集型基性岩浆。(3)1950~1850Ma期间,狼林陆块与龙岗陆块发生陆-陆碰撞造山作用,并发生区域内角闪岩相-麻粒岩相变质作用;更为重要的是,里尔峪组钴的来源可能与基性岩浆作用密切相关,火山喷发过程中沿裂隙的流体从基性岩中萃取了Co元素,进而在里尔峪组沉淀形成富钴层位,并经历了古元古代变质-变形事件的改造。

吉林省白山市大横路铜钴矿为国内少有的沉积-变质变形-热液等多种成因叠加改造的大型钴矿床,是综合研究古元古代造山带钴复杂成矿作用过程的理想地区。目前,有关该矿床中钴的赋存状态、富集迁移规律及复杂的成矿过程等方面的研究十分薄弱。本文采集矿床内典型钻孔样品,通过精细的矿相结构观察、扫描电镜物相分析、X射线元素面扫描和矿物成分定量分析等综合研究,发现大横路铜钴矿床经历了多期多阶段复杂的沉积-变质变形-热液作用,钴主要以Co的独立矿物(硫镍钴矿和辉砷钴矿),类质同象进入富Co黄铁矿和在磁黄铁矿中发育钴镍黄铁矿出溶体等形式存在。该矿床成矿作用分为以下5个阶段:沉积阶段以黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿呈极细粒包体零星分布为特点;变质变形阶段以硫镍钴矿-磁黄铁矿-黄铜矿组合沿绢云母-黑云母-石英变质千枚理定向分布为特点,变质程度达高绿片岩相;早期热液作用主要沉淀粗大脉状磁黄铁矿及其钴镍黄铁矿出溶体;中期热液作用以条带状自形富Co黄铁矿和硫镍钴矿为标志,该阶段为Co富集成矿的主成矿期;网脉状黄铜矿沉淀对应于最晚期热液作用,同时发育极少量细粒辉砷钴矿。矿体的蚀变类型以硅化、碳酸盐化、钠长石化和绿泥石化为主,次为钾长石化和绢云母化。其中,硅化、铁白云石化和钠长石化蚀变稍早于金属硫化物形成,为金属硫化物的沉淀与富集提供了有利条件;辉砷钴矿的沉淀与钠长石的绿泥石化、钾长石化和绢云母化等蚀变作用关系密切。由此可见,多期多阶段沉积-变质变形-热液事件对Co的迁移-富集起着关键的控制作用,不同的变质变形-热液演化阶段均存在富Co硫化物的沉淀,Co的赋存形式也存在明显差异。富Co黄铁矿和硫镍钴矿为大横路铜钴矿Co最主要的赋存形式。综上所述,在辽-吉古元古造山带形成演化过程中,大横路大型铜钴矿钴的富集成矿经历了沉积-变质变形-多期热液叠加改造的复杂演变过程,可称之为造山型铜钴矿床。原始的沉积作用为钴矿的预富集提供了重要的成矿条件,古元古代造山过程及其伴随的区域变质变形事件对钴的初始活化-迁移起着关键的控制作用,后期热液叠加改造事件主导了钴的迁移-超常富集成矿过程。

The eastern Paleo-Tethyan Jinshajiang–Ailaoshan–Song Ma (JASM) orogenic belt in the Southeast Tibetan Plateau represents the tectonic boundary between the Indochina and South China blocks. Regional Cenozoic lithospheric strike-slip movements caused by the India–Asia collision have modified many of the pristine geological records associated with the Indosinian orogeny. The lack of reliable petrological evidences, particularly of high-pressure (HP) metamorphism, has hindered the tracing of the evolutionary history of the Paleo-Tethyan orogenic belt. We report the mineralogy, geochemistry, geochronology and thermodynamic modelling of eclogite lenses/blocks and their host garnet–phengite schists from the Song Ma Suture Zone (SMSZ) of Northwest Vietnam and reveal their protolith origins and metamorphic evolution. The eclogites are geochemically similar to mid-ocean ridge basalt, showing weak depletions in high field-strength elements, positive to slightly negative whole-rock ɛ_Nd(t) ratios (–1.69 to +5.15) and slightly high ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(t) ratios (0.70466–0.70834). The igneous protolith of the eclogites formed in the late Silurian (425.4 ± 3.6 Ma; igneous zircon dating, 638–459 Ma T_DM dating), which makes them the oldest known mid-ocean ridge mafic rocks in an ancient Paleo-Tethyan Ocean. Various eclogites preserve similar peak mineral assemblages (garnet + omphacite + phengite + rutile + quartz ± epidote/clinozoisite ± kyanite ± winchite) under indistinguishable peak conditions. Their prograde P–T trajectories show a uniform pattern of progressive heating and weak compression along a geothermal gradient of 8–10 °C/km, indicating a warm subduction setting at a low angle that contrasts with the cold oceanic subduction recorded in the adjacent Paleo-Tethyan suture zones. Combined with detrital U–Pb ages from previous studies, our geochronological data indicate that the host schists originated from continental crust within the South China Block and underwent a pervasive Triassic HP metamorphism related to the Indosinian orogeny. The eclogites and host schists yielded HP metamorphic ages of 239–234 Ma and retrogressive amphibolite-facies metamorphic ages of 231–229 Ma, suggesting rapid cooling (14.0–21.6 °C/Myr) and exhumation (6.4 km/Myr) from the mantle to the crust. The Song Ma eclogites and their host schists formed when the final ocean closure transitioned to the initial Indochina–South China collision. The Song Ma eclogites and their host schists provide essential information on the opening and closure of the eastern Paleo-Tethys and the subsequent amalgamation of southeast Asian continental fragments.