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核资源与环境国家重点实验室

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造山型金矿为全球提供近40%金资源，但其成因一直存在争议。由于前寒武纪造山型金矿主要赋存于绿片岩相，传统观点认为其主要形成于地壳绿片岩相向角闪岩相进变质脱水过程。但华北、扬子以及达尔瓦(Dharwar)等克拉通诸多大型造山型金矿均赋存于角闪岩相-麻粒岩相变质岩中(图1)，传统地壳变质脱水观点无法解释该现象;从而俯冲沉积物脱水、交代地幔活化、地壳熔融与酸性岩浆流体出溶、下地壳深变质岩再变质脱水等多种模式相继提出。

图1 克拉通边缘造山型金矿分布图(A)和本次研究采样位置图(B)

研究表明，汞(Hg)同位素同时具有质量分馏和非质量分馏特性。物理、化学和生物过程均可导致Hg同位素发生质量分馏，但其非质量分馏主要发生于大气-海洋系统Hg²⁺光还原过程。原始地幔Hg同位素组成(△¹⁹⁹Hg ≈ 0‰)与地壳(△¹⁹⁹Hg <0‰)、海洋系统(△¹⁹⁹Hg>0‰)明显不同。由于△¹⁹⁹Hg在不同地质储库中差异明显，可用于记录Hg及相关金属元素在板块俯冲或岩浆过程中的循环路径。因此，Hg同位素可有效约束造山型金矿物质来源。

东华理工大学核资源与环境国家重点实验室王庆飞教授与中国地质大学(北京)邓军教授联合地大刘学飞教授与杨林副教授、中科院地化所尹润生研究员、成都理工大学赵鹤森博士、山东地科院李大鹏研究员等开展合作研究，选取华北和扬子克拉通三叠纪、早-晚侏罗世以及早白垩世等时期典型造山型金矿，对主成矿阶段硫化物及区域基性岩、花岗岩、变质岩系统开展了Hg同位素分析。结果显示，不同俯冲条件下形成的造山型金矿Hg同位素组成差异明显(图2)：1)形成于洋壳俯冲背景下的克拉通边缘造山型金矿相对富集¹⁹⁹Hg(△¹⁹⁹Hg > 0);2)形成于陆壳俯冲背景下的克拉通边缘造山型金矿相对亏损¹⁹⁹Hg(△¹⁹⁹Hg < 0);3)形成于兼具洋壳和陆壳俯冲背景的克拉通边缘造山型金矿兼具以上两者特点。更为重要的是，不同成矿带矿石和基性岩具有一致的Hg同位素特征。Hg-S-Pb-Nd等多元同位素分析也表明花岗岩和变质基底不是主要的成矿金属源区。以上表明，金矿物质来源于洋/陆壳交代的岩石圈地幔，不同俯冲过程影响的金矿岩石圈地幔源区具有显著差异，交代地幔脱挥发分或基性岩浆脱气形成了成矿热液。研究证明克拉通边缘高级变质岩区是造山型金矿重要勘探靶区。

图2 华北、扬子克拉通边缘典型造山型金矿Hg同位素组成

本研究成果发表于地学国际权威期刊《Geology》：Qingfei Wang*, Xuefei Liu, Runsheng Yin, Weijun Weng, Hesen Zhao, Lin Yang, Degao Zhai, Dapeng Li, Yao Ma, David I. Groves, and Jun Deng*. 2023. Metasomatized mantle sources for orogenic gold deposits hosted in high-grade metamorphic rocks: Evidence from Hg isotopes. Geology, https://doi.org/10.1130/G51593.1.

本研究受国家自然科学基金(42130801, 42330809, 42125203, 4123031)、国家“111”计划 (BP0719021)和深时数字地球教育部前沿中心(2652023001)联合资助。

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核资源与环境科技动态 2023年第3期（总第5期）

编辑：彭女佳

复审：冷成彪

终审：刘峙嵘

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