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地质地球所揭示大地幔楔诱发克拉通破坏型金矿

2021-04-06 地质与地球物理研究所
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  环太平洋成矿域是全球三大成矿域之一,探明金储量超过全球探明储量的10%,被称为“金指环”。其中,太平洋西岸的华北克拉通探明金储量超过5000吨,是我国最大的金成矿带,多个矿集区分布在两条北北东向展布的带上(图1)。太平洋东岸的内华达探明金储量超过6000吨,也主要分布在两条带上(图2)。两条成矿带的成矿年龄略有差异,远离俯冲带的成矿年龄略老于靠近俯冲带的成矿年龄。

  上述两个矿集区探明金储量占整个环太平洋成矿域探明储量的70%左右。研究表明,两地金的超常富集分别和华北克拉通和怀俄明克拉通的破坏相关,因此,被称为“克拉通破坏型金矿”(朱日祥等,2015)。克拉通破坏型金矿成矿持续时间短、储量巨大,其成矿流体主要来自地幔,是克拉通破坏的产物。为什么克拉通破坏会导致如此大规模的爆发式金成矿?最新研究表明,克拉通破坏型金矿的成矿流体可能与俯冲板块在地幔过渡带的滞留相关。

  克拉通岩石圈地幔经历了大比例部分熔融,干冷难熔,因此,可稳定存在几十亿年。原始地幔中金的丰度约为3×10-10 g/g。作为中度不相容元素,金在克拉通地幔中的丰度估计小于3×10-10 g/g。通常贫金的克拉通岩石圈地幔是如何富集金的?此外,克拉通岩石圈地幔之所以可稳定存在数十亿年,正是因为克拉通地幔缺少水和其他挥发分、且特别亏损,因此,非常难熔。那么,形成克拉通破坏型金矿的成矿流体又来自何方呢?中国科学院院士、中科院地质与地球物理研究所研究员朱日祥和中科院海洋研究所研究员孙卫东的研究表明,克拉通破坏型金矿的成矿物质主要来自俯冲板片中蛇纹石的脱水。在大地幔楔中,克拉通地幔下方的俯冲板片中蛇纹石的脱水可释放出大量的水,对形成克拉通破坏型金矿具有重要意义。

  俯冲的大洋板片由洋壳和岩石圈地幔组成。其中,蚀变洋壳最多可含6%的水;大洋岩石圈中的蛇纹石化层则可含有超过10%的水。在板块俯冲过程中,洋壳先后经历绿片岩、蓝片岩、榴辉岩相变质脱水,到100 km深度,蚀变洋壳的水丢失殆尽,不能为厚度超过200 km的克拉通地幔提供大量的水(图3)。与此形成鲜明对比的是,蛇纹石在~200 km的深度内脱水转变为高压含水相——Phase A,后者在大于300 km的深处才会进一步相变为Phase B等高压含水矿物,并脱水(图4)。克拉通岩石圈厚度超过200 km,要将水加入到克拉通地幔,蚀变洋壳显然不行,需要蛇纹石。对于小地幔楔,俯冲板片主要在克拉通侧面脱水,对克拉通地幔的影响较小。大地幔楔则不同,平卧在地幔过渡带(深度>300 km)的俯冲板片可释放出大量的水,可溶解硫化物、萃取金,形成富金流体(图5)。

  由于克拉通地温梯度低于二辉橄榄岩水饱和固相线,俯冲板片释放的流体不会导致部分熔融,取而代之的是在克拉通岩石圈地幔内向上运移。当流体到达100 km以浅,进入韭闪石稳定区间后,与岩石圈地幔发生交代反应,在克拉通岩石圈地幔中形成富水、富金的弱化层。在克拉通岩石圈破坏过程中,该弱化层失稳,释放含金流体,并沿地壳浅部薄弱带迁移、聚集和沉淀,形成爆发式金矿床。

  相关研究成果发表在《中国科学:地球科学》上。

  论文链接

图1.华北克拉通早白垩世金矿分布(朱日祥等,2015)

图2.美国内华达卡林型金矿分布(朱日祥和孙卫东,2021)

图3.蚀变洋壳在板块俯冲过程中脱水示意图(Xiao et al., 2006)

图4.蛇纹石在板块俯冲过程中的相变脱水(朱日祥和孙卫东,2021)

图5.对于大地幔楔,俯冲板片可以将更多的水带到深部,交代岩石圈地幔,在小于100 km的深度,形成富水、富金的薄弱层(朱日祥和孙卫东,2021)

打印 责任编辑:张芳丹

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