中國科大合作研究在造山型金成礦系統(tǒng)取得新進展

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院張海江教授與中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所侯增謙院士、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）王慶飛教授等合作，通過地球物理和地球化學(xué)學(xué)科交叉，發(fā)現(xiàn)巖石圈殼幔解耦形成的巖石圈立交橋構(gòu)造對造山型金礦帶具有控制作用。研究成果近期以“Lithosphere architecture characterized by crust–mantle decoupling controls the formation of orogenic gold deposits”為題發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《National Science Review》（國家科學(xué)評論）。

造山型金礦約占全球金礦資源30%，但是其成礦機理還存在爭議。此類金礦之前常被認(rèn)為廣泛發(fā)育于前寒武紀(jì)綠巖帶中，它們的含金流體被認(rèn)為是由進變質(zhì)過程中地殼巖石脫水產(chǎn)生。然而，越來越多的證據(jù)表明，太古代克拉通邊緣存在大量顯生宙造山型金礦，成礦流體顯示大量地幔來源的特征。研究團隊選擇位于青藏高原東南部的揚子克拉通西緣哀牢山造山型金礦帶（圖1）為例，綜合多種地球物理和地球化學(xué)手段，開展了造山型金礦帶成礦機制研究。

圖1 東亞造山型金礦帶的分布(a)以及云南哀牢山金礦帶的構(gòu)造框架(b)

多尺度地幔成像顯示，青藏高原東南部上地幔具有明顯的速度非均勻性。高Vp特征的印度巖石圈以高角度俯沖并到達(dá)地幔過渡帶；在俯沖的印度巖石圈東部，一個大型蘑菇狀低Vp特征的軟流圈物質(zhì)在剛性的亞洲地幔巖石圈下方橫向延伸(圖2)。高精度巖石圈地震聯(lián)合成像發(fā)現(xiàn)在金礦帶斜下方60-80km和30-40km處存在兩個高Vp/Vs異常（圖2）；分別解釋為被上涌軟流圈烘烤產(chǎn)生部分熔融的地幔巖石圈和含水基性巖漿在地殼底部底墊。大地電磁成像也揭示在金礦下方存在多個熱流通道穿過莫霍面。前人的遠(yuǎn)震橫波分裂各向異性分析發(fā)現(xiàn)在緯度～26°N以南，快波極化方向與地表變形方向大角度相交，表明這個區(qū)域殼幔變形是解耦的，呈現(xiàn)立交橋式的變形結(jié)構(gòu)。因此綜合地球物理結(jié)果顯示，哀牢山作為塊體邊界為部分熔融的地幔巖石圈提供了熱流通道，地殼和地幔變形之間的解耦促進了基性巖漿于地殼下部的聚集。

圖2 沿24°N剖面的(a)地幔Vp和(b)巖石圈Vp/Vs的變化。(a)中的紅色低速區(qū)表示上涌的軟流圈熱物質(zhì)；(b)中莫霍面（以虛線表示）上下的高Vp/Vs區(qū)域為部分熔融。

地球化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，與哀牢山金礦時空緊密伴生的煌斑巖中金云母的Cl/F比值在殼幔過渡帶的溫壓條件（1.2 GPa、1050°C）下表現(xiàn)出特別迅速的下降，表明通過殼幔過渡帶基性巖漿出現(xiàn)了大量的脫氣行為。哀牢山金礦石樣品具有相對較高的3He/4He比率（1.0至1.3 R/Ra）和3He/36Ar比率（2-8×10-3），證實了源于地幔的基性巖漿對成礦流體存在重要貢獻(xiàn)。石英脈金礦體礦物流體包裹體的Br/Cl摩爾比為0.7-1.2×10-3，I/Cl摩爾比為12-34×10-6，與地幔值相同，進一步表明成礦流體是由含水基性巖漿脫氣形成。

綜合哀牢山金礦區(qū)地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，研究團隊提出青藏高原東南緣巖石圈殼幔解耦對造山型金礦床的形成具有控制作用，并建立了成礦模式（圖3）。大陸俯沖引發(fā)軟流圈上涌、地幔部分熔融與殼幔運動解耦。熔融產(chǎn)生的基性巖漿在殼幔解耦處匯聚并產(chǎn)生成礦流體，成礦流體沿超殼斷裂遷移至上地殼沉淀成礦。殼幔解耦控制金成礦的地球動力學(xué)模式可以合理解釋多個顯生宙大型造山型金礦省的形成過程。本研究提出的造山型金礦成礦模式，有助于類似金礦系統(tǒng)的綜合地球物理和地球化學(xué)勘查。

圖3 青藏高原東緣殼幔解耦對造山型金礦系統(tǒng)的控制機制

本項工作是張海江教授課題組長期地球物理先進成像算法研發(fā)及在不同區(qū)域結(jié)構(gòu)成像相關(guān)研究的延續(xù)。近年來，該研究組發(fā)展了一系列先進地球物理成像算法，包括地震體波走時、面波頻散和接收函數(shù)聯(lián)合成像算法，并構(gòu)建了中國大陸巖石圈高分辨率統(tǒng)一速度模型USTClitho1.0(Xinet al., 2019)和USTClitho2.0(Hanet al., 2022)。