综述推荐|交代岩石圈地幔与金成矿作用

   点击蓝字关注我们哦！

黄金是世界上最重要经济矿产资源之一，大型金矿床的物质来源以及成矿机制一直是国际金矿床成因研究的重要议题，也对进一步勘查找矿具有重要的理论指导意义。近年来，交代岩石圈地幔对大型金矿省的关键控制作用得到国内外学者们的密切关注。来源于对流地幔或俯冲板片物质的交代作用可能会使得岩石圈地幔源区富集挥发份和金属，而这种富集的岩石圈地幔发生熔融则会为大规模金成矿作用提供大量的金属及流体。因此，金在交代岩石圈地幔源区的富集逐渐被认为是形成大规模金矿床的关键因素。此外，其他因素包括地幔源区金的有效释放，岩浆热液演化过程中金的富集，成矿流体中金的高效沉淀，成矿母岩浆中挥发份的含量，与俯冲相关的构造动力学背景以及跨岩石圈尺度的深大断裂也被认为是促进大规模金属成矿的关键。本研究从金及其他亲铜元素的基本地球化学性质出发，尝试总结金在幔源岩石中的含量，以及在地幔熔融、地幔交代、岩浆热液演化以及金富集沉淀等过程中的行为，探讨交代岩石圈地幔如何控制巨量金的富集成矿作用。

金（Au）是一种高度亲铜元素，倾向于进入金属或硫化物相，与铂族元素（PGE）或Cu 等亲铜元素具有相似性；同时，Au还具有很强的流体活动性（图1）。大量高温高压实验结果和天然样品研究表明，Au在高温岩浆以及热液过程中主要受控于还原性的硫（S）以及氯（Cl）等介质。通过梳理发表的数据发现：Au在各类地幔岩石（橄榄岩、辉石岩）中的含量整体在1-2 ng/g之间；尽管交代作用会造成亏损地幔的再次富集，但是这一过程并不会造成地幔显著富集Au（图2）。Au在各类幔源岩浆岩（科马提岩、玄武岩、煌斑岩）中的含量整体不高（图2），会随着岩浆演化而显著变化（~ 1-8 ng/g，图2）。然而相较于硅酸盐熔体，Au在流体和气相中的分配系数较高，岩浆热液过程可能会对金造成更高程度的富集（0.1-100 μg/g，图1）。

本文结合一些典型实例（例如图3，巴布亚新几内亚利希尔岛Ladolam大型金矿省），进一步对交代岩石圈地幔控制大规模金成矿的关键因素进行了深入讨论，主要得到以下几点认识：（1）交代岩石圈地幔是形成大规模热液型金矿床的重要源区，但Au在源区的异常富集并不是成矿的必要条件。（2）交代岩石圈地幔不需要异常富集Au也可以促进大规模金矿床的形成（图3和4），其中交代组份（尤其是挥发份）和跨岩石圈尺度的断裂系统可能扮演着最为关键的角色：这些来源于交代岩石圈地幔的大量挥发份能够促使Au从地幔有效地释放到幔源富水岩浆中、诱导这些岩浆在跨岩石圈尺度断裂中的快速迁移，并且促进岩浆-热液演化过程中Au的进一步富集。这些幔源热液在有利的构造空间内通过高效、快速地沉淀作用，会在短时间内形成大规模、高品位的金矿床（图4）。（3）相比于交代地幔源区Au的富集程度，幔源岩浆热液的演化过程和Au的高效沉淀对于大规模Au成矿作用更加重要。但是这并不是否认交代岩石圈地幔对Au成矿的作用，虽然交代岩石圈地幔源区并未异常富集Au，但交代组分熔融易于释放地幔源区的Au，而且由于其体积规模巨大，足以提供成矿所需的巨量金属和热液。因此，深刻理解岩石圈地幔长期演化过程中金在地幔交代和岩浆-热液演化过程中的行为与富集机制是解析大型金矿床成因的关键。

图1. Au在硅酸盐熔体中的溶解度以及在不同物相间的分配系数

图2. 全球地幔岩的Au含量（a）和Au/Pd_(N)比值（b）箱型图，箱内显示出平均值（叉线）和中值（横线）

图3.（a）巴布亚新几内亚利希尔岛Ladolam大型金矿床（> 1300 吨）的区域构造背景和成矿热液的钻孔取样示意图。该金矿的成矿流体具有和下部交代岩石圈地幔一致的Os同位素组成，指示成矿金属和流体主要来自于交代的岩石圈地幔源区。然而，强烈交代的地幔橄榄岩包体和矿体下部1 km处成矿流体钻孔样品显示，其下伏的交代岩石圈地幔源区（< 1 ng/g）以及成矿岩浆热液（~ 16 ng/g）并不异常富集金。这意味着Au在交代岩石圈地幔源区以及成矿热液中的显著富集并不是形成大规模金矿床的必要条件，而Au在热液中的高效迁移和沉淀可能更为关键。巨大的交代地幔源区保证了充足的Au和热液。其中橘黄色椭球体代表Ladolam金矿集区。（b）全球不同地区地热流体钻孔样品Au含量。

图4.交代岩石圈地幔控制大规模金成矿的模式图。长期的地幔交代会使一部分Au以及大量挥发份进入亏损的岩石圈地幔，但这并不会造成地幔Au的异常富集。在交代地幔部分熔融条件下，幔源富水岩浆能够有效迁移源区的易熔组分，促使Au和挥发份（H₂O、S、Cl、C等）在岩浆中的初步富集。富含挥发份的幔源岩浆沿着跨岩石圈尺度的深大薄弱构造向上迁移，Au随着出溶的挥发份进入岩浆热液中。这些成矿热液携带着幔源Au和挥发份沿着次级断裂进一步迁移，并由于流体不混溶、沸腾脱气等作用而发生Au的高效沉淀，最终形成大规模、高品位的金矿床。

文章刊登在《地球科学》第46卷第12期

汪在聪,王焰,汪翔,等,2021.交代岩石圈地幔与金成矿作用 .地球科学,46(12):4197-4229.

https://doi.org/10.3799/dqkx.2021.221

更多论文信息，请点击左下方（阅读原文）

往期回顾

☞矿物学·岩石学·矿床学

☞构造地质学

☞地学与健康

☞古生物学

☞沉积和盆地动力学

喜欢就点个在看吧！