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(duì)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(píng)論）。
造山型金礦約占全球金礦資源30%，但是其成礦機(jī)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(jìn)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(tuán)隊(duì)選擇位于青藏高原東南部的揚(yáng)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(jī)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)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?yàn)椴糠秩廴凇?/p>
地球化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，與哀牢山金礦時(shí)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(duì)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(shí)了源于地幔的基性巖漿對(duì)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(jìn)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(tuán)隊(duì)提出青藏高原東南緣巖石圈殼幔解耦對(duì)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(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)模式可以合理解釋多個(gè)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(duì)造山型金礦系統(tǒng)的控制機(jī)制
本項(xiàng)工作是張海江教授課題組長期地球物理先進(jìn)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(jìn)地球物理成像算法，包括地震體波走時(shí)、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)。
本論文共同通訊作者為侯增謙院士、王慶飛教授和張海江教授。合作者還包括許博教授、余年教授、王瑞教授、D.I Groves教授、鄭遠(yuǎn)川教授、韓守誠博士、高磊博士和楊林副教授。該項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培育基金等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac257
（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）
