科研动态 | 我院博士研究生丁正鹏在JAES上发表文章：热力学模拟解释藏南造山型金矿床的成矿物质来源
造山型金矿床指产于区域上各个时代变质地体中，在时间和空间上与增生造山或碰撞造山密切相关，形成于汇聚板块边界上的受到韧-脆性断裂控制的脉型和浸染型金矿床。造山型金矿床作为世界上最重要的金矿类型，其探明储量占全球金储量的30%以上，但是其金的来源至今还存在大量争议。传统主流观点广泛使用变质脱水模型解释造山型金矿床中金的来源，该模型认为金主要来源于区域上的变质岩，岩石进变质过程中通过绿片岩-角闪岩相的变质作用导致岩石内的黄铁矿向磁黄铁矿转变, 并释放金进入变质流体中最终向上迁移成矿。近年来，部分学者认为造山型金矿床的金可能存在其他的来源，例如地幔、岩体和下地壳等。造成这种分歧的主要原因是无法定量判断区域上的变质岩能否在进变质过程中提供足够的金并迁移成矿，此外矿石的同位素数据所指示的源区具有多解性。
作为中国最重要的造山型金矿区之一，位于西藏南部的雅鲁藏布江缝合带（IYZSZ）在解决这个科学问题中起着关键作用（图1）。IYZSZ地区已探明金储量约为200吨，内部的造山型金矿床通常赋存于三叠纪变质沉积岩（朗杰学群）中，该地区的西侧出露一套以雅拉香波穹窿为中心的低绿片岩相-角闪岩相的完整变质带，其变质事件年龄和金成矿年龄一致。值得一提的是IYZSZ中除穹窿外仅出露少量辉绿岩脉，在前人的研究中两者均不存在金含量异常，因此可以排除它们在造山型金矿床的成矿过程中可能存在的潜在贡献，这为解决上述科学问题提供了重要的研究前提。
图 1 IYZSZ地质简图
成矿流体的热力学模拟作为一种新颖研究手段被广泛应用在矿床学领域中，模拟结果能够很好地揭示岩石在不同的P-T条件下释放的流体成分组成及元素释放量。我院博士研究生丁正鹏在导师孙晓明教授的指导下，对IYZSZ的变质带进行系统性采样，并与北京科技大学的钟日晨教授、于畅博士合作开展了详细的岩相学、矿物学分析，同时在以上地质事实的基础上使用变质砂岩的全岩组分进行了变质岩的视剖面相平衡模拟和不同变质温压条件下流体及金属释放量计算，从而定性定量判断IYZSZ的变质岩能否作为造山型金矿床金的源区。
研究结果显示: IYZSZ的变质砂岩在经历低地温梯度（~25°C/km）的进变质作用时，绿泥石、白云母、石英、金红石、黄铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、蓝晶石和夕线石是不同等级变质岩中的主要矿物。随着温度压力增加，部分矿物发生转变形成新的矿物（图2）。这些变化对应了我们在镜下观察到在黑色板岩、千枚岩和云母片岩样品中的实际变质矿物组合。在变质岩P-T视剖图的基础上，我们提取了不同变质矿物转变过程中金属、硫和水的释放量（图3）。黄铁矿转变为磁黄铁矿、绿泥石和白云母的分解均能在变质过程中释放金属进入成矿流体中。然而，在低地温梯度下，变质沉积岩经历角闪岩相-麻粒岩相变质过程（下地壳深度）中绿泥石的分解是唯一能够释放大量金及其他元素的反应。我们进一步通过定量计算得知，下地壳变质沉积岩能够在该梯度下能够向矿石流体中释放至少1.5 ppb Au、5.2 ppm Cu、4.3 ppm Pb、5.0 ppm Zn和20 ppm S。通过进一步的质量平衡计算，我们发现1km3变质沉积岩中可迁移出4.05 t Au、14040 t Cu、11600 t Pb和13500 t Zn。尽管这个级别的金属释放量无法形成大型Cu、Pb和Zn矿床，但足以形成大型的造山型金矿床。因此，IYZSZ的下地壳变质沉积岩能够视作金的主要源区。综上所述，我们认为下地壳变质沉积岩能够提供足够的金及其他元素以形成IYZSZ金矿带以及世界范围内其他变质沉积岩容矿的造山型金矿床。
图 2 热力学温压计算及视剖面相平衡模拟结果
图 3 变质带各变质等级手标本照片及金和部分元素释放量的视剖面
本研究得到国家自然科学基金项目(No：91855213)资助. 上述研究成果以丁正鹏为第一作者，孙晓明教授为通讯作者于2023年6月在《Journal of Asian Earth Sciences》期刊（中科院分区二区）上发表。论文信息：Ding, Z., Sun, X., Zhong, R., Yu, C., Miao, F., Yang, C., Ran, M., Liu, Y., Wu, Z. & Su, Y. (2023). Prograde metamorphism provides gold and base metals to orogenic gold deposits in southern Tibet: Insights from thermodynamic modeling. Journal of Asian Earth Sciences. 255, 105766. (DOI: doi.org/10.1016/j.jseaes.2023.105766).
编辑：吕娟霞
初审：黄荣
审核：张照
审核发布：何晓钟
