山东淄博地区上石炭统本溪组金红石型钛矿源区构造背景及物源分析

张保涛, 胡兆国*, 梅贞华, 李秀章, 姜晓平, 杜利明, 柳 森, 3, 赵晓博, 张永三

山东淄博地区上石炭统本溪组金红石型钛矿源区构造背景及物源分析

张保涛1, 胡兆国1*, 梅贞华1, 李秀章2, 姜晓平1, 杜利明1, 柳 森1, 3, 赵晓博1, 张永三1

(1. 中国冶金地质总局 山东正元地质勘查院, 山东 济南 250013; 2. 山东省地质调查院, 山东 济南 250014; 3. 中国冶金地质总局 矿产资源研究院, 北京 100131)

山东淄博地区上石炭统本溪组铝质岩系中新发现古风化壳沉积金红石型钛矿, 并共伴生锂、铌、镓等多种战略性关键矿产。由于对赋矿铝质泥岩的认识不同, 制约对关键矿产资源富集及找矿潜力的研究。本文基于岩石主量、微量、电子探针、碎屑锆石U-Pb同位素测年分析, 探讨了研究区本溪组含矿铝质泥岩源区构造背景及物源特征。研究认为, 物源区岩石类型具复杂性和不唯一性, 以长英质地质体或壳源花岗岩类贡献为主, 推断物源区构造背景为活动大陆边缘; 结合区域研究, 本溪组铝质泥岩物源以加里东期周缘造山带岩浆岩为主, 推断秦岭造山带古生代花岗岩体或古生代岩浆产物是主要贡献者。本次研究为区域本溪组铝质泥岩金红石、锂、铌、镓等关键矿产资源的富集提供了理论支撑, 为下一步找矿方向提供了启示。

金红石; 本溪组; 构造背景; 物源; 山东淄博

0 引 言

上石炭统本溪组是华北克拉通重要的铝质岩系赋存层位(龙克树等, 2019; 钟海仁等, 2019), 为我国重要的沉积型战略性关键矿产发育层位之一(Bardossy, 1982; 曹高社等, 2018; 钟海仁等, 2019; 张保涛等, 2022)。近年来, 我国铝质岩系相关层位中逐步发现了一系列关键矿产资源的富集现象, 如贵州和云南中部与铝质岩系相关的超大型富锂黏土的发现(温汉捷等, 2020), 及华北克拉通铝土矿中锂、镓、稀土等的普遍富集现象(龙克树等, 2019; 叶彤等, 2021)。2022年, 山东省淄博地区本溪组中首次发现古风化壳沉积金红石型钛矿床, 并伴生锂、铌、镓等多种战略性关键矿产, 表现出巨大的战略性关键矿产找矿潜力, 该矿床为新的矿床类型, 具有重要的找矿示范和理论价值(张保涛等, 2022), 该成果获得中国地质学会2022年度“地质科技重要进展”。

对于上石炭统本溪组铝质泥岩的物质的来源, 目前主要有以下几种认识: ①来源于下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩(王绍龙, 1992; 袁跃清, 2005; 孟健寅等, 2011; 班宜红等, 2012); ②来源于古陆铝硅酸盐(真允庆和王振玉, 1991; 卢静文等, 1997); ③为下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩和古陆铝硅酸盐混合风化的产物(刘长龄, 1988, 1992; 范忠仁, 1989; 施和生和王冠龙, 1989); ④来自于华北板块周缘造山带(曹高社等, 2018; 刘学飞等, 2020)。作为华北克拉通重要的铝质泥岩发育层位, 上石炭统本溪组铝质泥岩源区构造背景及物源成为制约战略性关键矿产资源超常富集及资源预测的关键科学问题。

本次研究通过对山东省淄博地区本溪组铝质泥岩进行主量、微量元素分析及锆石U-Pb测年研究, 结合区域上相同层位的分析, 探讨了上石炭统本溪组铝质泥岩的源区构造背景及物源, 以期为相关地区铝质泥岩中的战略性关键矿产资源找矿发现提供理论指导。

1 地质背景

研究区跨邹平‒周村凹陷(Ⅴ)和博山凸起(Ⅴ)两个五级构造单元, 属于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ) (图1a)鲁中隆起(Ⅲ)鲁山‒邹平断隆(Ⅳ)。其中的Ⅳ级成矿带属于鲁中地区煤‒铁‒铝‒金‒建材、非金属成矿亚带。

研究区发育地层主要包括寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和第四系(图1b～d)。寒武系‒奥陶系主要分布于东部和南部隆起区, 岩性以灰岩、白云岩等碳酸盐岩为主。石炭系‒二叠系主要分布于隆起区和凹陷区的结合区域, 为一套以砂岩、泥岩等为主的碎屑岩沉积, 发育多层煤线。其中, 上石炭统本溪组是本次工作的主要目的层位, 主要分布于隆起区和凹陷区的界线附近, 呈不连续的弧形分布, 平行不整合于下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩之上, 总体为一套浅海相‒过渡相‒陆相组成的海陆交互相沉积: 下部以铁质泥岩、铝土岩发育为特征, 为一套风化壳上再沉积的残积物, 基本层序不明显; 上部以杂色泥岩、铝质泥岩为特征, 具有下粗上细的退积型沉积特征。侏罗系‒白垩系分布于研究区中北部, 包含坊子组和三台组, 主要为砂砾岩沉积。第四系广布, 由次生黄土和冲积层构成, 厚度0～50 m。

研究区东南部、南部和西南部为隆起区, 属于博山凸起的组成部分, 主要为寒武系‒奥陶系出露区; 北部为凹陷区, 属于邹平‒周村凹陷的组成部分, 本溪组主要分布在隆起区和凹陷区的结合部位。区内断裂较发育, 按照走向断裂大致可分为近EW向、近SN向、NE向和NW向4组。区内及周边呈区域性分布的盖层褶皱不甚发育, 规模小。盖层褶皱多与断裂构造有关, 系断裂活动形成的牵引褶皱或派生构造。

从奥陶纪宝塔期‒石炭纪本溪期, 研究区经历了整体抬升剥蚀到逐步下降海进的过程。沉积演化可分为三个阶段: 中奥陶世宝塔期‒晚石炭世本溪期地壳整体处于上升阶段, 沉积间断形成大型不整合面风化壳; 晚石炭世本溪期处于稳定下降阶段, 该阶段是本溪组铝质岩系形成的重要时期; 晚石炭世达拉期地壳处于持续下降阶段, 形成海陆交互相地层, 覆盖于本溪组之上。

2 样品采集与分析

为研究本溪组金红石型钛矿成矿地质体特征及其与下伏奥陶系碳酸盐岩关系, 对本溪组铝质岩系和奥陶系马家沟群碳酸盐岩进行岩石地球化学分析, 对铝质岩系进行电子探针测试和锆石U-Pb测年。岩石地球化学分析样品采自山东省淄博市淄川区罗村镇‒寨里镇一带的奥陶系碳酸盐岩和本溪组铝质岩系; 锆石U-Pb测年样品采自淄博市淄川区罗村镇邹家村附近的本溪组铝质泥岩(图1b); 电子探针样品采自区域上山东省枣庄市税郭镇野岗埠村的本溪组铝质泥岩。采样点主要为以往露天采坑遗留的垂直剖面或露头。

本次所有分析测试均在中国冶金地质总局山东局测试中心完成。主量元素测试采用X射线荧光光谱法(XRF)完成, 误差<5%; 微量元素和稀土元素测试采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)完成, 误差<5%。

LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析采用仪器为Icapq电感耦合等离子体质谱仪(YQ108)和激光烧蚀Compex Pro ArF Geolas (YQ061)。实验的激光束斑直径为32 μm, 采用He作为剥蚀物质的载气, U-Th-Pb同位素组成分析用29Si作为内标, NIST SRM610作为外标, 同位素比值标样采用国际标准锆石91500。实验获得的数据采用Andersen的方法进行同位素比值矫正, 以扣除普通Pb的影响(Andersen, 2002)。数据处理采用ICPMSDATACAL软件, 年龄计算和谐和图绘制采用Isoplot3.0程序。

电子探针测试仪器为JEOL JXA-8230型电子探针显微分析仪。工作电压为15 kV, 工作电流为20 nA,分析束斑为2 μm, 所有数据采用ZAF法进行基体校正; 主量元素(>1%)峰值积分时间为10～20 s, 背景积分时间为5～10 s; 微量元素(<1%)峰值积分时间为20～40 s, 背景积分时间为10～20 s; 标准样品为美国SPI矿物/金属标准和中国国家标准样品GSB。

3 分析和测试结果

3.1 岩性特征

上石炭统本溪组样品岩性主要为灰白色铝质泥岩, 手标本风化面呈褐色, 新鲜面呈灰白色, 泥质结构, 块状构造, 硬度小于小刀(图2a)。通过镜下鉴定, 岩石主要由泥质(82%～85%)、砂粒(3%～5%)、绢云母(3%～5%)、碳酸盐矿物(1%～2%)、铝石(1%～2%)和铁质(3%～5%)组成(图2b、c)。泥质主要是黏土矿物, 矿物粒径多小于0.005 mm, 部分发生绢云母化, 常混杂褐色土状矿物, 多呈片状或鳞片状集合体, 可能是一些铝质矿物; 砂粒主要是长英质矿物, 主要是石英和长石颗粒, 多呈棱角状, 粒径多小于0.1 mm,零星分布; 绢云母多呈鳞片状集合体, 片径多小于0.1 mm; 碳酸盐矿物多呈泥晶状不均匀集合体分布; 三水铝石多呈雏晶状集合体; 铁质多呈粉末状或浸染状, 褐黑色或红褐色, 半透明, 多同泥质混杂分布。除此之外, 岩石中还含多种副矿物, 如金红石、锆英石、方解石、褐铁矿、电气石、软水铝石等。

图2 本溪组铝质泥岩手标本(a)和微观特征(b, c)

3.2 碎屑锆石U-Pb年龄

对研究区本溪组铝质泥岩样品(CZC1)进行碎屑锆石U-Pb年代学分析, 共获得93个有效数据, 结果显示, 锆石可分为晚古生代、早古生代、元古宙和太古宙4组。其中晚古生代和早古生代锆石粒径在100～200 μm之间, 长短轴比介于2∶1～ 4∶1之间, 多呈自形‒半自形长柱状, 韵律环带明显; 元古宙和太古宙锆石粒径多为50～100 μm, 自形程度低, 多呈半自形‒它形浑圆状, 律环带结构不显著, 阴极发光图像亮度相对较低, 凹蚀坑现象较为普遍(图3)。

图3 本溪组铝质岩系代表性碎屑锆石CL图像和U-Pb年龄

锆石年龄数据显示, 志留纪及以后的锆石为47颗, 占总数的46%, 年龄范围为302～438 Ma; 奥陶纪锆石为29颗, 占总数的31%, 年龄范围为439～469 Ma; 寒武纪‒晚元古代锆石为2颗, 占总数的2.2%, 年龄范围为503～658 Ma; 中元古代‒早元古代锆石为12颗, 占总数的12.9%, 年龄范围为1061～2500 Ma; 新太古代锆石为3颗, 占总数的3.2%, 年龄范围为2536～2617 Ma。

3.3 主量元素

对研究区上石炭统本溪组铝质泥岩、铝土岩和下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩进行岩石地球化学分析, 结果见表2。铝质泥岩或铝土岩SiO2含量总体变化于18.75%～44.42%, 平均为38.06%; TiO2含量变化于1.58%～1.89%, 平均为1.67%; Al2O3含量变化于33.77%～44.14%, 平均为36.53%; Fe2O3T含量受铝质层和铁铝质层的变化, 差异较大, 为0.77%～ 20.81%, 平均为8.29%; MnO含量变化于0.01%～ 0.04%之间, 平均为0.02%; MgO含量变化于0.43%～ 1.27%之间, 平均为0.77%; CaO含量变化于0.21%～ 0.86%之间, 平均为0.37%; Na2O含量变化于0.08%～ 0.20%之间, 平均为0.13%; K2O含量变化于0.08%～ 2.18%之间, 平均为0.97%; P2O5含量变化于0.10%～ 0.31%之间, 平均为0.19%; 铝硅比为0.82～2.35, 平均为1.06; K2O/Na2O变化范围大, 为0.65～18.17, 平均为8.08。风化指数CIA为90.30～98.40, 平均为94.93, 指示为强风化产物(图4)。

表2 研究区岩石样品主量(%)和微量元素(×10−6)分析结果

底图据Nesbitt and Young, 1989。

3.4 微量元素

上石炭统本溪组铝质泥岩和铝土岩Zr含量为361×10−6～482×10−6, 平均为403×10−6; Hf含量为19.1×10−6～24.8×10−6, 平均为22.3×10−6; Th含量为32.5×10−6～46.8×10−6, 平均为42.8×10−6; U含量为6.58×10−6～21.8×10−6, 平均为13.56×10−6; Sc含量为21.7×10−6～34.1×10−6, 平均为26.3×10−6; Y含量为31.6×10−6～211×10−6, 平均为74.9×10−6。典型特征值如Th/U值为1.93～4.94, 平均为3.40; La/Th值为2.54～3.57, 平均为2.87; Th/Sc值为1.33～2.04, 平均为1.66; La/Y值为0.73～3.28, 平均为2.18; La/Sc值为3.43～5.57, 平均为4.75。

稀土元素总量(∑REE)为361×10−6～767×10−6, 平均为544×10−6。其中, 轻稀土元素总量(LREE)为337×10−6～638×10−6, 平均为487×10−6; 重稀土元素总量(HREE)为24.3×10−6～129×10−6, 平均为57.3×10−6。轻、重稀土元素比值(LREE/HREE)为4.94～14.2, 平均为10.1, 轻、重稀土元素分馏明显; δEu为0.52～0.60, 平均0.57, 表现出中等负Eu异常特征。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线显示, 上石炭统本溪组铝质泥岩和铝土岩样品呈右倾的海鸥状, 与下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩明显不同(图5)。

球粒陨石标准化数据引自Sun and McDonough (1989)。

3.5 矿物成分

本溪组在山东省内广泛发育, 且特征稳定, 本次研究选择与淄博盆地在成因和地质演化历史一致的枣陶盆地, 对该盆地的上石炭统本溪组黄绿色铝质泥岩样品(YGB1)进行电子探针分析, 发现了符合绢云母组分特征的测点。BSE图像显示, 绢云母呈不规则的鳞片状, 片径细小, 光泽度较好(图6)。电子探针成分分析显示: SiO2=39.96%～50.38%, 平均46.54%; Al2O3=24.36%～37.09%, 平均27.99%; MgO=0.39%～4.55%, 平均2.69%; FeO=0.34%～ 10.84%, 平均3.97%; K2O=0.68%～7.55%,平均5.11%; Na2O=0.03%～0.14%, 平均0.09%; CaO= 0.11%～0.48%, 平均0.28%; TiO2=0.23%～3.77%, 平均1.10%(表3)。

表3 枣陶盆地本溪组铝质泥岩样品(YGB1)电子探针分析结果(%)

图6 本溪组铝质泥岩BSE背散射照片及特征

4 讨 论

4.1 物源区岩石类型

研究区本溪组铝质泥岩主量元素组成指示其源区较为复杂。在TiO2-SiO2图解(图7a)中, 本溪组样品均落在了沉积岩区域内; CaO-Na2O-K2O三角组分图解显示(图7b), 本溪组铝质泥岩样品分布范围均较为宽泛。

(a) 底图据Roser and Korsch (1986); (b) 底图据Bhatia (1983)。

黏土和粉砂级别样品的地球化学特征可以在一定程度上反映物源属性(毛光周和刘池洋, 2011), 由于主量元素的不稳定性和迁移距离的影响, 导致其指示意义具有较大的不确定性。REE一般认为是非迁移的, 沉积物中的REE含量主要受源区岩石中REE丰度及风化条件的制约, 而搬运、沉积和成岩作用对其影响较小(Taylor and McLennan, 1985)。沉积物中的REE能有效反映源区岩石特征, 不少学者将砂岩中REE的特征作为源区判别的有效标志(Bhatia and Taylor, 1981; Bhatia, 1985; Condie, 1991; Crichton and Condie, 1993; Girty et al., 1994; 李双应等, 2004)。研究区上石炭统本溪组样品和奥陶系样品的稀土元素配分曲线明显不同, 指示其物源不同(图5)。上石炭统本溪组铝质泥岩和铝土岩样品的REE配分曲线一致, 指示具有稳定的主要物源贡献者。

前人研究显示, 地幔、大洋玄武岩、各类沉积岩和壳源花岗岩的Sm/Nd值, 整体上呈“地幔>大洋玄武岩>各类沉积岩和壳源花岗岩”的规律, 且沉积岩和壳源花岗岩的Sm/Nd值一般小于0.3(刘军和靳淑韵, 2010)。研究区中石炭统本溪组样品的Sm/Nd=0.15～0.27, 平均为0.20, 具壳源花岗岩和相应沉积岩成分特点。

Zr/Sc和Th/Sc值可以反映沉积物的成分变化、分选程度和重矿物含量(McLennan and Barrett, 1993)。其中Th/Sc值一般不受沉积再循环影响(McLennan et al., 1990); 而Zr主要赋存于锆石中, 作为稳定矿物的锆石随沉积再旋回而富集, 但Zr含量不受后期热液的影响。在Th/Sc-Zr/Sc图解(图8a)中, 本溪组样品均落在成分演化线附近, 说明碎屑岩成分受源岩控制, 不存在明显的沉积再旋回。

(a) 底图据Roser et al. (2002); (b) 底图据Floyd and Leveridge (1987); (c) 底图据Allegre and Minster (1978); (d) 底图据Gu et al. (2002)。

在La/Th-Hf图解(图8b)中, 本溪组样品表现出古老沉积物成分增加的迹象, 即物源中可能有部分来自古老地质体; 在La/Yb-∑REE图解(图8c)中, 样品主要落在碱性玄武岩和花岗岩的重叠区域; 在Co/Th-La/Sc图解(图8d)中, 样品分散落在长英质火成岩和花岗岩之间的区域。

结合岩矿鉴定分析, 样品含金红石、电气石等副矿物, 基本排除沉积岩物源, 因此本溪组铝质泥岩物源主要来自长英质地质体或壳源花岗岩。

4.2 物源区构造背景

基于不同构造环境中碎屑岩的K2O/Na2O和SiO2/Al2O3值, Roser and Korsch (1988)将沉积盆地划分为4种构造类型, 即大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘。在SiO2/Al2O3-(K2O+Na2O)图解(图9a)中, 本溪组样品落在活动大陆边缘和大洋岛弧范围内。

图9 本溪组物源区构造背景判别图解(底图据Bhatia and Crook, 1986)

由于微量元素的不活泼性, 源区母岩成为控制沉积物中微量元素含量特征的主要因素, 其中的一些微量元素能很好地反映沉积盆地的构造环境(Taylor and McLennan, 1985; Bhatia, 1985; McLennan, 2001)。在Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10、La-Th-Sc构造环境判别图(图9b～d)中, 本溪组样品主要落在活动大陆边缘区域内。

综合主量、微量元素含量特征, 推测本溪组物源区构造背景为活动大陆边缘。

4.3 物源区分析

4.3.1 岩石矿物学特征对物源区的反映

淄博地区上石炭统本溪组样品中矿物组成分析表明, 除高岭石、铝石外, 尚发现锆英石、金红石、电气石等副矿物, 与华北克拉通周缘造山带岩浆岩的副矿物组成一致。另外, 对区域上枣陶盆地相同层位的本溪组铝质泥岩样品进行电子探针微区分析, 也证实了绢云母的存在, 且其氧化锂含量甚至高于铝石(张保涛等, 2021b)。这也间接指示了岩浆岩应是铝质泥岩的物源贡献之一, 而物源大规模来自下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩的可能性较小。

4.3.2 碎屑锆石年代学分析

山东由北向南依次发育淄博盆地、泗水盆地和枣陶盆地, 均为构造成因的断陷盆地, 具有相似的地层组成, 结合前人和本次研究中本溪组铝质泥岩的碎屑锆石年龄组成特征, 可以看出碎屑锆石年龄呈规律性变化, 即由北向南古老锆石占比逐渐增加(图10)。

图10 区域上由北向南碎屑锆石年龄组成变化

在北部的淄博盆地, 碎屑锆石年龄主要集中在加里东中晚期, 显示加里东运动中晚期剧烈的岩浆活动和火山活动对此贡献权重最大; 另有少量的吕梁运动中期和末期锆石, 而海西期锆石较少。

中部的泗水盆地, 碎屑锆石年龄则主要集中在海西中期, 表明海西运动中期剧烈的造山作用对此贡献权重最大; 其次为吕梁运动中期和末期锆石, 另有少量的加里东中晚期锆石。

南部的枣陶盆地, 吕梁期‒晋宁期的锆石占一半以上, 表明地台基底风化是枣陶盆地铝质岩系物源的重要贡献者, 其次为加里东中晚期‒海西早期的锆石。

4.3.3 物源区分析

早古生代, 华北板块周缘构造活跃, 岩浆和火山活动频繁(卢欣祥, 2000), 形成地质体年龄主要集中在450 Ma, 构造背景与洋壳的俯冲‒汇聚‒碰撞相关(刘丙祥, 2014)。钟蓉等(1996)研究显示, 华北地台本溪组和太原组共发现6期12次火山事件层, 其中本溪组有1期1次, 这些火山事件沉积遍及全区, 主要为凝灰岩、沉凝灰岩及凝灰质沉积岩, 其火山碎屑可能来自华北地台及周缘若干不同火山源, 而岩浆可能来自下地壳。Wang et al. (2016)研究认为, 华北陆块早古生代碎屑锆石U-Pb年龄可作为华北南缘造山带的物源标志。曹高社等(2018)在研究华北板块本溪组铝土矿物源时, 通过Hf同位素研究证实加里东期锆石并非来自中亚造山带和兴蒙造山带, 而可能来自华北南缘造山带。结合本次研究中本溪组大量存在的加里东晚期碎屑锆石, 可以断定, 下伏奥陶系马家沟群碳酸盐岩并非本溪组铝质泥岩的主要物源, 本溪组铝质泥岩主要来源于研究区周缘造山带晚加里东期岩浆活动, 这与活动大陆边缘的构造背景反映的结果一致。

杨阳(2017)对秦岭造山带中段花岗岩的时空格架等进行了系统的研究, 发现早古生代‒晚古生代花岗岩(470～373 Ma)是其重要组成, 且其球粒陨石标准化稀土元素配分型式与本次研究的本溪组样品类似, 另秦岭造山带与华北板块南缘造山带时空联系紧密, 因此, 研究区本溪组438 Ma以新碎屑锆石应主要来自秦岭造山带。

800～1000 Ma的锆石在南部的枣陶盆地一带含量较高, 而在中部和北部则很少。华北板块南缘新元古代花岗岩(800～1000 Ma)侵入广泛(王涛等, 2009);且新元古代四堡期‒晋宁期, 华北板块周缘存在陆块汇聚和裂解过程, 是全球Rodinia事件的响应(郭进京等, 1999), 因此该期锆石可能由华北板块周缘造山带提供。

1800 Ma左右的锆石在研究区明显存在, 并具有微弱波峰, 且区域上由北向南该期碎屑锆石含量逐渐增加。吕梁运动导致华北陆块早期不同块体碰撞、拼合, 从而形成统一的华北陆块结晶基底(Zhao et al., 2000), 对应于全球Columbia超大陆汇聚的主要峰期(陆松年等, 2002), 因此, 本溪组1800 Ma左右的锆石可能主要来自华北陆块基底。下伏马家沟群碳酸盐岩中锆石在1800 Ma也存在明显峰值, 但区域上由北向南(即从基底深埋区到基底裸露区)该期锆石占比逐渐增加的趋势判断, 本溪组该期锆石经马家沟群碳酸盐岩中陆源物质风化而来的贡献率应低于华北陆块基底。

2500 Ma左右的岩石在华北陆块广泛存在, 占整个太古代出露基底的85%(Zhang et al., 1998), 是华北陆块重要的陆壳增生及克拉通化时期(翟明国, 2010)。因此, 推断研究区2500 Ma左右的锆石由华北陆块基底提供。

5 结 论

(1) 上石炭统本溪组铝质泥岩是山东淄博地区金红石型钛矿的主要成矿地质体, 属于强风化成岩的产物, 其碎屑锆石年龄涵盖晚古生代、早古生代、元古宙和太古宙, 其中以加里东运动中晚期锆石最为集中。

(2) 上石炭统本溪组铝质泥岩物源区岩石类型具有复杂性和不唯一性, 推测以长英质地质体或壳源花岗岩类贡献为主, 物源区构造背景为活动大陆边缘。

(3) 上石炭统本溪组铝质泥岩的物源贡献者推测涵盖加里东期岩浆/火山活动、马家沟群碳酸盐岩的风化产物及华北克拉通基底的风化再沉积, 但以研究区周缘造山带晚加里东期岩浆活动和火山活动为主, 推断秦岭造山带古生代花岗岩体或同期岩浆活动产物是本溪组铝质泥岩物源的主要贡献者, 亦即淄博地区金红石型钛矿的主要物源贡献者。

致谢:中国地质调查局天津地质调查中心汤超高级工程师及另一位匿名审稿专家对本文提出了宝贵修改建议, 在此一并表示感谢！

班宜红, 郭锐, 王军强, 孔德成, 董晓荣, 付恒. 2012. 河南省钙红土风化壳型铝土矿沉积规律及找矿远景概论. 矿产与地质, 26(3): 210–220.

曹高社, 邢舟, 毕景豪, 孙凤余, 杜欣, 周红春, 陈永才. 2018. 豫西偃龙地区本溪组铝土矿成矿物质来源分析. 地质学报, 92(5): 1–16.

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Tectonic Setting and Provenance Analysis of Rutile Type Titanium Deposit in the Benxi Group of Upper Carboniferous in Zibo, Shandong Province

ZHANG Baotao1, HU Zhaoguo1*, MEI Zhenhua1, LI Xiuzhang2, JIANG Xiaoping1, DU Liming1, LIU Sen1,3, ZHAO Xiaobo1, ZHANG Yongsan1

(1. Geological Exploration Institute of Shandong Zhengyuan,China Metallurgical Geology Bureau, Jinan 250013,Shandong, China; 2.Geological Survey Institute of Shandong Province, Jinan 250014, Shandong, China; 3. Institute of Mineral Resources, China Metallurgical Geology Bureau, Beijing 100131, China)

Asedimentary rutile type titanium deposit formed in ancient weathering crust was found recently in the Upper Carboniferous Benxi Group aluminum mudstone in Zibo, the deposit also hosts economical significant lithium, niobium, gallium and other strategic key minerals. However, the provenance of the ore-hosting aluminum mudstone is poorly defined, which hampers the understanding of the ore mineralization and effective exploration of the mineral resources. Based on the major and trace element analytical results and zircon U-Pb ages of the Benxi Group aluminum mudstone, the tectonic setting and provenance of the Benxi Group aluminum mudstone in the study area were investigated. Our results showed that the aluminum mudstone mainly sourced from intermediate- acid igneous rocks, and was deposited in an active continental margin. Together with regional geologic research results, the source of the Benxi Formation aluminum mudstone is mainly magmatic rocks from the Caledonian peripheral orogenic belt, and it is inferred that the Paleozoic intermediate- acid igneous rocks in the Qinling orogenic belt are the main contributors. This study provides theoretical support for the enrichment of key mineral resources such as rutile, lithium, niobium, and gallium in the Benxi Formation aluminum mudstone in the region, and provides inspiration for the future exploration.

rutile; Benxi Group; tectonic setting; provenance; Shandong province

10.16539/j.ddgzyckx.2023.05.011

2021-06-20;

2022-05-18

中国冶金地质总局科研项目(华北地区本溪组金红石型钛等战略性矿产选区预测及可利用研究)和山东省自然资源厅地质调查项目 (鲁勘字(2020)36号)联合资助。

张保涛(1987–), 男, 高级工程师, 主要从事矿物学、岩石学、矿床学研究。E-mail: zhbaotao@163.com

胡兆国(1983–), 男, 高级工程师, 主要从事矿产勘查工作。E-mail: zhongguoren-hu@163.com

P581

A

1001-1552(2023)05-1124-017