新聞動態(tài)廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心揭示華北克拉通五龍金礦金的來源和富集過程
華北克拉通是我國最重要的金成礦省，也是全球金礦重要的產(chǎn)地之一。全球太古宙克拉通中賦存的金礦多形成于晚太古代-古元古代，與克拉通的形成和穩(wěn)定相關(guān)，而華北克拉通中產(chǎn)出的金礦則集中形成于中生代早白堊世，具有爆發(fā)成礦的特點(diǎn)。雖然已有的研究一致認(rèn)為，華北克拉通中生代金礦的形成與克拉通破壞密切相關(guān)，但對于金和流體的來源，仍然存在諸多爭議，例如花崗質(zhì)巖漿-熱液、太古宙基底巖石、板塊俯沖釋放的流體、幔源巖漿熔/流體等。此外，很多對于金的富集過程的研究，多強(qiáng)調(diào)富金的來源（巖漿或地層）對成礦的重要性。
近期，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的魏博副研究員、王焰研究員和譚偉助理研究員選擇了華北克拉通遼東地區(qū)早白堊世五龍石英脈型金礦為研究對象，與夏小平研究員合作開展了原位離子探針多硫同位素分析，與中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）汪在聰教授合作開展了全巖高精度低本底金含量分析，論證了五龍金礦的金主要來自于地幔，富金的來源并不是成礦的必要條件，指出即使流體中的金未達(dá)到飽和，如果流體中出現(xiàn)鉍（碲）熔體，也可以強(qiáng)烈萃取金而成礦。
圖1 (A) 五龍金礦含金石英脈與古元古代遼河群硫化物的Δ33S和δ34S組成；（B，C）五龍金礦含金石英脈，五龍地區(qū)早白堊世火成巖，古元古代遼河群中硫化物的Pb同位素組成；（D）五龍金礦含金石英脈硫化物（黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦），以及五龍地區(qū)早白堊世火成巖（花崗巖及其暗色包體、輝綠巖脈、閃長質(zhì)巖脈、煌斑巖脈）中黃鐵礦的δ34S組成
在中-低鹽度和中溫流體中，Au主要以Au(HS)2-絡(luò)合物的形式存在，因此通過硫同位素示蹤硫的來源，可以間接示蹤金的來源。五龍金礦含金石英脈的Δ33S為-0.1到+0.2‰（n=344）（圖1A），嚴(yán)格位于質(zhì)量分餾區(qū)域，表明金成礦過程中不存在明顯太古宙沉積硫的加入。此外，含金石英脈硫化物的δ34S值（-0.9 to +3.3‰）具有類似的地幔δ34S特點(diǎn)，與古元古代遼河群硫化物的δ34S值明顯不同（圖1A），而且二者也具有完全不同的Pb同位素組成（圖1B, C），表明遼河群也不可能是金的主要來源。同時，在五龍地區(qū)出露的所有早白堊世火成巖中（包括花崗巖、暗色包體，以及各類巖脈），只有輝綠巖脈硫化物的δ34S（+1.7 to +2.0‰）與含金石英脈的δ34S近乎一致。但是，野外穿插關(guān)系以及前人定年結(jié)果表明，輝綠巖脈形成稍晚于含金石英脈幾個百萬年，因此成礦流體不可能直接由輝綠巖脈出溶而形成。更為可能的是，成礦流體與輝綠巖脈均來自于交代地幔，當(dāng)華北克拉通發(fā)生破壞時，富水的交代地幔發(fā)生熔融不僅產(chǎn)生了幔源巖漿，而且生成了成礦流體，二者沿著相同的切穿地殼的深大斷裂運(yùn)移到地殼淺部就位，這與含金石英脈和基性巖脈空間上伴生的野外特點(diǎn)一致。
圖2 (A) 五龍金礦含金石英脈中黃鐵礦，磁黃鐵礦，黃銅礦的金含量；（B）五龍金礦含金石英脈黃鐵礦的As-Au圖解；（C）五龍金礦含金石英脈全巖Bi含量和Au含量呈正相關(guān)
圖3 (A) 五龍金礦含金石英（Qz）脈中自然金（Au）與自然鉍（Bi），硫碲鉍礦（JoB）和磁黃鐵礦（Po）緊密共生；（B）自然金，黃銅礦（Cpy），硫碲鉍礦呈細(xì)脈穿插早期形成的黃鐵礦（Py）；（C）石英磁黃鐵礦階段中，自然金、自然鉍、硫碲鉍礦共生產(chǎn)于磁黃鐵礦邊緣，少量輝鉍礦（Bism）沿著自然鉍邊緣發(fā)生交代作用；（D），石英磁黃鐵礦階段中，自然金與自然鉍和硫碲鉍礦具有平直的共結(jié)邊
五龍金礦各個成礦階段主要的硫化物（黃鐵礦，磁黃鐵礦，黃銅礦）Au含量基本都低于1個ppm（圖2A），黃鐵礦中Au含量遠(yuǎn)于Au的飽和曲線（圖2B），這都表明當(dāng)流體沉淀出硫化物時，金并未達(dá)到飽和。同時，含金石英脈全巖的Au和Bi含量具有明顯的正相關(guān)（圖2C），而且金以自然金的形式和鉍化物緊密共生（圖3），這表明Bi可能控制了Au的富集過程。已有的熱力學(xué)平衡計(jì)算結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及天然樣品的研究表明，由于Bi的熔點(diǎn)很低，在中溫?zé)嵋旱臈l件下，Bi在流體中能夠以熔體的形式存在，并且Au在鉍熔體中的分配系數(shù)極高，即使流體中只存在不到0.5 ppb的Au，一旦出現(xiàn)鉍熔體，熔體中Au含量可富集到5 wt.%。五龍金礦含金石英脈中含鉍礦物主要有自然鉍，硫碲鉍礦，以及少量輝鉍礦（圖3C, D），并且主要與磁黃鐵礦共生（圖3A），形成明顯晚于黃鐵礦（圖3B）。這表明五龍金礦成礦流體中的鉍（碲）熔體形成于相對還原的磁黃鐵礦階段。五龍金礦含金石英脈中不同硫化物的δ34S分異不明顯（圖1C），磁黃鐵礦階段石英流體包裹體中出現(xiàn)還原性的甲烷，鉍碲硫化合物具有Bi/(Te+S)比值均大于1，這些特點(diǎn)一致指示了成礦流體具有還原性的特點(diǎn)。成礦流體中鉍（碲）熔體的出現(xiàn)以及萃取富集金的過程，均與流體還原作用密切相關(guān)。
該研究結(jié)果表明，華北克拉通遼東地區(qū)的五龍金礦可能是幔源流體成礦的典型代表。此外，華北克拉通其他地區(qū)的金礦（例如膠東），其成礦流體特征不同于五龍金礦，這種差異是繼承于地幔源區(qū)、還是巖漿-流體作用過程不同而導(dǎo)致的，需要進(jìn)一步工作來探究。
該研究受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFC0600103）的資助，研究成果近期發(fā)表于《Ore Geology Reviews》上。
相關(guān)信息：Wei, B., Wang, C.Y. *, Wang, Z.C., Cheng, H., Xia, X.P., Tan, W., 2021, Mantle-derived gold scavenged by bismuth-(tellurium)-rich melts: evidence from the Mesozoic Wulong gold deposit in the North China Craton, Ore Geology Reviews, v. 131, 104047.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2021.104047
?。ㄖ袊茖W(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
