科学研究

张靖源:岩石圈地幔作为活动大陆边缘造山型金矿床成矿物质储库【Geology,2024】
2024-04-19 阅读:75

地壳变质脱水模型认为造山型金矿床成矿物质来自上地壳岩石绿片岩相到角闪岩相进变质脱水作用。胶东金矿省是我国最大的金矿集区,其成矿时间晚于区域变质峰期约18亿年,地壳变质脱水模型无法解释胶东金矿床成矿物质来源。基于元素地球化学和Sr-Pb-S同位素分析,前人提出胶东金来源于下地壳重熔花岗岩、交代岩石圈地幔、俯冲洋片及上覆沉积物等不同认识。但由于热液流体演化和水岩反应过程可能掩盖源区同位素信号,胶东金来源仍存在争议。汞是唯一显示显著质量分馏(MDFδ202Hg)和非质量分馏(MIFΔ199Hg)的金属元素,且在热液体系中显示出与金相似地球化学行为,因此是揭示金来源的有效示踪剂。此外,海相沉积物、陆源碎屑沉积物、原始地幔则具有截然不同的MIF-Hg信号,且该信号可以在岩浆和热液过程中保留。因此,Hg同位素可以揭示成矿源区,是解决胶东金来源科学问题的有利手段。

针对上述科学问题,57365z线路检测中心“岩浆-热液演化与金属成矿群体张靖源博士生在邓军教授和邱昆峰教授的指导下,与中国科学院地球化学研究所尹润生研究员等合作,选择胶东金矿省十余个金矿床为研究对象,在野外地质调研和前人研究基础上,开展自然金和黄铁矿Hg同位素研究,取得了以下认识:

1、胶东黄铁矿和自然金显示相对均一的Δ199Hg值(~0‰,与原始地幔及来源于幔源岩浆的汞矿具有相似的MIF-Hg信号,表明胶东成矿流体不是直接由俯冲板片变质脱水释放,而是来自交代岩石圈地幔。

2、少数样品显示正或负的Δ199Hg偏移(小于-0.1‰或大于+0.1‰),反映了胶东岩石圈地幔受到不同类型俯冲物质交代富集,然而,对地质储库的数据汇总表明利用Hg同位素难以区分大洋俯冲和大陆俯冲对于岩石圈地幔的相对贡献。

3、俯冲早期Hg丢失可以部分抵消俯冲沉积物与原始地幔间的Hg浓度差,此外,由于岩石圈地幔体积大和壳源物质在岩石圈地幔贮存时间长,壳源MIF-Hg信号可与幔源Hg发生平衡而被掩盖,表明岩石圈地幔控制了胶东金矿Hg收支。

4、侏罗纪古太平洋板块俯冲交代并将成矿物质存储于岩石圈地幔,早白垩世古太平洋板块回撤驱动金属从交代地慢释放并上升至地壳浅部成矿。


图1 华北克拉通金矿分布图(A)和本次研究采样位置图(B)

 


图2 胶东金矿典型蚀变矿化样式及样品照片



图3 胶东金矿Hg同位素系统



图4  胶东金矿和不同储库Hg同位素组成


本研究受到国家自然科学基金(42130801, 42261134535)、国家重点研发计划(2023YFF0804200, 2023YFC2906900)、深时数字地球前沿科学中心深时数字地球中央高校科技领军人才团队项目(2652023001)、和111 计划(BP0719021)联合资助。发表在国际权威期刊《Geology》:Zhang, J.Y., Qiu K.F.*, Yin, R., Long Z.Y., Feng Y.C., Yu H.C., Gao Z.Y., Deng J.*, 2024. Lithospheric mantle as a metal storage reservoir for orogenic gold deposits in active continental margins: Evidence from Hg isotopes. Geology.

原文链接:https://doi.org/10.1130/G51871.1