刘思岐：俯冲洋壳脱水对弧环境斑岩矿床金属贡献【GCA，2023】

发布时间：2024-01-29       阅读：103次

斑岩矿床为全球提供了大部分的Cu和Mo，约1/5的Au，以及相当量的Pb-Zn-Re-Ag等金属，因而备受国内外研究者和勘探公司的关注。全球范围内的斑岩矿床主要发育于汇聚板块边缘的岩浆弧环境。经典的成矿理论认为，弧环境斑岩矿床的形成与洋壳俯冲密切相关，即洋壳俯冲脱水诱发楔形地幔部分熔融产生玄武质岩浆，其进一步演化和侵位形成中酸性岩浆，随后流体出溶造就斑岩成矿。在上述成矿模型中，俯冲洋壳脱水除了触发成矿岩浆的形成以外，是否能为斑岩成矿直接贡献金属至今仍不清楚。

针对上述问题，我校地球科学与资源学院求真博士后刘思岐，在合作导师赵志丹教授支持下，受郑远川教授优青项目的资助赴德国拜罗伊特大学拜仁地质研究所（BGI）与Hans Keppler教授合作，开展高温高压实验来直接测定Cu、Zn、Mo、W在俯冲洋壳释放流体与平衡固相之间的分配系数，取得如下创新性认识：

（1）俯冲洋壳释放的富盐流体能够有效迁移Cu进入地幔楔，按照实验测定的分配系数（7.7），假设有5%的流体进入地幔楔，简单计算表明弧岩浆源区近一半的Cu由流体贡献。俯冲洋壳释放流体能够为弧岩浆源区贡献Cu与原生弧玄武岩和MORB具有相似Cu含量不矛盾，因为可能受到源区硫化物的缓冲，源区Cu增加不一定导致熔体Cu成比例的增加。另外，弧岩浆的地幔源区时常经历多次的熔体抽离，有可能导致源区中Cu被耗尽，无法成矿。俯冲洋壳释放流体对地幔楔的金属富集过程会产生重要的Cu补给，这使得即使对于经历多次熔体抽离的地幔源区，仍具有成Cu矿床的潜力。

（2）对于Mo，无论各种盐度，俯冲洋壳释放的流体总能有效迁移Mo进入地幔楔。俯冲洋壳的Mo含量为460 ppb，相较于亏损地幔（Mo: 25 ppb）预富集了近20倍，因此，俯冲洋壳释放的流体能导致显著的源区富集。考虑到在上地幔条件下Mo在硫化物与硅酸盐熔体间的分配系数不高（即Mo不会强烈分配进入硫化物相），因此，Mo在源区中的显著富集会导致原生弧岩浆中金属相应的富集，这对大型斑岩Mo成矿可能具有至关重要的作用。

（3）残余固相中金红石的存在与否会严重影响流体对W的迁移能力。在缺乏金红石的情况下，俯冲洋壳释放的流体能够有效迁移W进入地幔楔。但这一结论是否对弧环境下的斑岩W成矿有指示意义尚不明确，因为W矿床的形成主要与地壳物质的重熔有关，而与经典的弧岩浆作用无关。对于弧岩浆的Zn成矿，俯冲洋壳释放的流体没有导致金属在源区的富集，因此不具有重要的贡献。

本研究提出弧环境斑岩矿床成矿金属的新源区，揭示出斑岩成矿的复杂性，丰富和创新了斑岩矿床成矿理论。

图1 实验样品仓设计

图2 实验固相产物的背散射图像

图3 实验流体相的LA-ICP-MS信号

图4 Cu、Zn、Mo、W在俯冲洋壳释放流体与平衡固相之间的分配系数

上述研究还受到“深时数字地球”中央高校科技领军人才团队项目（2652023001）和国家留学基金委（CSC）的资助，研究成果发表在国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Liu, S.Q., Keppler, H., 2023. The mobility of copper, zinc, molybdenum, and tungsten in subduction zone fluids. Geochimica et Cosmochimica Acta 365, 174–185. [IF2022=5.0]

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2023.11.009