黄金是国家战略资源之一，研究金矿床成矿机理对提升找矿潜力具有举足轻重的作用。华北克拉通在早白垩世（140-120 Ma）短时间内发生了大规模的金成矿作用，使华北的金探明储量占全国50%以上，其中仅胶东金矿集区就已探明4000-5000吨黄金。华北中生代巨量金矿的成因一直是国际研究的焦点，但是也是难点。

     绝大多数国内外矿床学家认为，华北克拉通金矿不能由造山型金矿床成矿模型解释，因为华北克拉通的高级变质作用发生在前寒武纪，远远早于金成矿作用发生的中生代；而且早期的高级变质作用已使地壳极度亏损金和迁移金的流体，不利于后期的成矿(1)。另外，华北克拉通金矿床成矿时代与华北克拉通破坏峰期（~120 Ma）一致(2-4)。在综合华北克拉通破坏和金成矿的大量研究成果后，中国科学家将此归结为克拉通破坏型金矿床，认为华北克拉通岩石圈地幔经历了多期次俯冲交代，该交代富集地幔部分熔融产生的富含挥发分的幔源岩浆提供了金元素和迁移金所需的挥发分(4)。最近几年国际同行也逐渐认识到，世界上其他地区也可能存在类似的情况，即克拉通岩石圈交代地幔对大规模的金成矿（省）起着关键的作用(5, 6)。其中，华北克拉通可能是研究交代岩石圈地幔与巨量金矿床关系的最佳实例。然而，强烈的交代地幔是否富含金，以及交代地幔对金成矿贡献的具体机制仍然不清楚。

     针对该重要问题，中国地质大学（武汉）汪在聪教授团队及其合作者，建立了低本底高精度准确分析地质样品中金和铂族元素含量的方法，应用于华北克拉通不同演化阶段的地幔橄榄包体（N=28）以及中新生代玄武岩（N=47），系统理解华北岩石圈地幔金含量随时间的演变以及地幔部分熔融形成玄武岩过程中金的释放效率。博士生程怀经过大量的摸索，通过王水熔样，阳离子树脂分馏提纯，结合高灵敏度电感耦合等离子质谱(HR-ICP-MS, Element XR)，实现了对极低金含量地质样品的高精度测试，金全流程本底小于5 pg。对于同一样品，内标法和标准加入法两种独立分析方法获得的金含量在分析误差内相同；不同岩性不同金含量的国际地质标样的重复测试结果非常稳定，而且与推荐值或报道值一致（图1）。

图1.不同国际地质标样的Au含量测试结果。（a）标准加入法与内标法测得不同地质标样Au含量的结果对比。（b）TDB-1的Au含量测试结果与推荐值、报道值对比。

   结果显示（图2），代表华北克拉通中生代成矿前岩石圈地幔的鹤壁和蒙阴地幔橄榄岩经历了强烈的地幔交代，硫含量有显著增加，金和其他不相容性金属也有所增加（表现为Au/Pd(N)比值相对于原始地幔的升高），但是金加入的量有限（全岩< 0.5 ppb）；代表中生代成矿后的、新生地幔的山旺地幔橄榄岩金含量与全球其他地区的地幔橄榄岩结果一致。这些结果表明，华北克拉通岩石圈地幔从太古代到新生代并不富含金，而与世界其他地区的地幔没有显著的区别（图3a）。

图2. 华北克拉通蒙阴、鹤壁、山旺地区地幔橄榄岩中PGE、Au、Cu和S含量地幔归一化图。

图3. 华北克拉通与成矿近同期和成矿后的玄武岩的Au含量（a）和Au/Pd(N)比值（b）。

     地幔交代作用导致岩石圈地幔中挥发分的含量和氧逸度升高，促使金在部分熔融过程中优先向岩浆迁移，从而导致Au在130-120 Ma玄武质岩浆中相对富集。新生的岩石圈地幔含有低挥发分含量，所以<110 Ma的玄武岩含有低的金和铂族元素含量（图4）。该结果意味着富含挥发分的交代岩石圈地幔虽然并不异常富集金，但是可以释放更多的金进入原始岩浆。

结合金矿床中成矿流体具有明显的地幔挥发分的贡献，作者认为在华北克拉通交代岩石圈地幔减薄和熔融过程中，地幔交代过程中富集的挥发分促进了金的释放。富金的含挥发分原始岩浆沿着郯庐断裂带等构造薄弱带上升，并分异演化出继承地幔挥发分的富金流体，从而在极度亏损金的高级变质地壳中形成了巨量的金矿床。

图4. 华北克拉通岩石圈地幔的时间演化及其与中生代巨量金成矿的关系。横坐标为玄武岩和地幔包体围岩喷出的年龄。

   因此, 岩石圈地幔中金的强烈富集并不是形成超大型金矿床的前提条件。地幔源区不需要异常富集金也能成巨型金矿，其中交代的挥发分起着关键作用。这些交代组分可以促进金从地幔中的释放，也对后期形成含金热液流体至关重要，但是需要进一步的工作来理解岩浆热液流体演化中金的具体迁移富集和成矿作用。相关工作也有益于认识克拉通长期演化对地幔金属元素含量的影响（图4）。

   上述成果得益于中国科学家对华北克拉通演化和金矿床长期深入的研究，受“国家重点研发计划‘深地资源勘查开采’重点专项(2016YFC0600103)”资助，发表在Geostandards and Geoanalytical Research 和Geology。

References:

1. R. J. Goldfarb, M. Santosh, The dilemma of the Jiaodong gold deposits: Are they unique? Geoscience Frontiers 5, 139-153 (2014).

2. J.-W. Li et al., Giant Mesozoic gold provinces related to the destruction of the North China craton. Earth Planet. Sci. Lett. 349–350, 26-37 (2012).

3. J. Deng, Q. Wang, Gold mineralization in China: Metallogenic provinces, deposit types and tectonic framework. Gondwana Res. 36, 219-274 (2016).

4. R. Zhu et al., Decratonic gold deposits. Science China Earth Sciences 58, 1523-1537 (2015).

5. W. L. Griffin, G. C. Begg, S. Y. O'Reilly, Continental-root control on the genesis of magmatic ore deposits. Nature Geosci 6, 905-910 (2013).

6. J. M. A. Hronsky, D. I. Groves, R. R. Loucks, G. C. Begg, A unified model for gold mineralisation in accretionary orogens and implications for regional-scale exploration targeting methods. Mineral. Deposita 47, 339-358 (2012).

文章信息：

Wang, Z.*, Cheng, H., Zong, K., Geng, X., Liu, Y., Yang, J., Wu, F., Becker, H., Foley, S., Wang, C.Y., 2020. Metasomatized lithospheric mantle for Mesozoic giant gold deposits in the North China craton. Geology 48 (2): 169-173. https://doi.org/10.1130/G46662.1

Cheng, H., Wang, Z.*, Chen, K., Zong, K., Zou, Z., He, T., Hu, Z., Fischer-Gödde, M., Liu, Y., 2019. High-precision Determination of Gold Mass Fractions in Geological Reference Materials by Internal Standardisation. Geostandards and Geoanalytical Research 43 (4): 663-680. https://doi.org/10.1111/ggr.12284