黄金是世界上最重要经济矿产资源之一，研究大型-超大型金矿床的物质来源以及成矿机制非常重要。近年来，交代岩石圈地幔对大型金矿省的控制作用得到了国内外学者们的密切关注：来源于对流地幔或俯冲板片物质的交代作用可能会导致地幔中金属和挥发份的异常富集（如交代橄榄岩中的自然金，Tassara et al., 2017），而这种异常富集的源区或来自这种源区的富Au岩浆通常被认为是形成大型金矿床的关键。然而，全球地幔橄榄岩，包括受到强烈交代的样品，整体显示出较低的Au含量（~ 1.2 ng/g, Saunders et al., 2018）。考虑到交代岩石圈地幔的不均一性，一些富Au的橄榄岩/辉石岩能否反映岩石圈地幔普遍富集Au，还是仅仅代表非常局部的特征还具有争议。此外，Au在交代岩石圈地幔中的异常富集是否是形成大型金矿床的前提条件也还不太清楚。

世界闻名的华北克拉通东部胶东巨量金矿床（> 5000吨）爆发性地形成于120 Ma，与华北克拉通破坏峰期、大规模的地壳伸展变形以及大规模的幔源岩浆作用时间基本一致。成矿流体中大量的同位素（如S-C-H-O-He-Ar）以及金属元素含量证据指示这些金矿的成矿流体和物质主要来源于强烈交代的岩石圈地幔（e.g., Deng et al., 2020; Zhu et al., 2015），而不是地壳的变质脱挥发份作用（e.g., Goldfarb et al., 2014; Wang et al., 2021）。因此，胶东金矿省是研究交代岩石圈地幔控制大规模金成矿作用的绝佳实例。针对上述问题，在前期工作的基础上，中国地质大学（武汉）博士生汪翔在汪在聪教授的指导下，与团队成员和其他合作者，对华北克拉通东部胶东半岛广泛出露的、与金矿床具有紧密时空联系的煌斑岩和镁铁质脉岩进行了系统性的PGE-Au-Cu-S等亲铜元素含量研究（图1），进一步揭示了交代岩石圈地幔控制大规模金成矿的关键因素。

图1. 煌斑岩和镁铁质岩脉样品的分布及典型地球化学特征。其中煌斑岩形成时间（130-120 Ma）略早于金成矿作用峰期（~ 120 Ma），来源于交代的岩石圈地幔源区；镁铁质脉岩来源于新生的岩石圈地幔源区，形成时间晚于金成矿作用峰期。

相比于地幔橄榄岩或辉石岩，幔源岩浆岩能够反映更大范围的地幔源区特征，有效降低地幔源区岩石不均一性的影响。Wang et al.（2020）对华北克拉通东部广泛出露的玄武岩和橄榄岩进行了系统性的金属元素含量研究，发现交代岩石圈地幔并没有异常的富集Au，并认为Au在交代岩石圈地幔中的异常富集并不是形成大规模金矿床的关键因素。然而，这些玄武岩或橄榄岩与华北东部主要的金矿集区具有一定的距离，考虑到华北克拉通东部交代岩石圈地幔的显著不均一性，这些岩石能否直接反映金矿区下部的交代岩石圈地幔源区特征还有待证实。

煌斑岩通常与大型的脉型金矿床具有紧密的时空联系（Müller and Groves, 2016），尽管这些脉岩对金成矿作用没有物质上的直接贡献，但它们可能与幔源Au成矿流体的母岩浆来源于相似的交代岩石圈地幔源区。因此，煌斑岩不仅能够提供地幔源区Au含量的信息，也能够为交代岩石圈地幔来源的初始岩浆Au含量提供一定的指示。而胶东半岛广泛出露的煌斑岩，尤其是一些形成时间略早于或与金成矿作用近同期的煌斑岩（130-121 Ma），更能够有效揭示胶东金矿下部、略早于金成矿作用之前的交代岩石圈地幔源区金属的特征（图1）。这里需要注意的是，煌斑岩通常容易受到后期成矿流体的改造而显示出异常高的次生Au含量（图2）。因此，在野外采集样品的时候要非常注意煌斑岩与矿脉的接触关系。

图2. 新鲜煌斑岩与成矿流体叠加煌斑岩的野外岩相学特征及亲铜元素含量和比值特征。受到成矿流体叠加的煌斑岩往往具有异常高的Au含量和Au/Cu比值。

在详细的岩相学工作基础上，作者发现这些形成时间略早于成矿作用、富水且较为氧化的煌斑岩，尽管来源于强烈交代的岩石圈地幔源区，但却具有整体较低的Au（~1-3 ng/g）和Cu含量（图3）。模拟计算研究表明，其交代岩石圈地幔源区的Au含量可能主要在0.5-1.5 ng/g范围内变化，并没有异常的富集（图4）。这表明，尽管交代岩石圈地幔局部可能富集Au（如自然金），但整体上Au的富集程度非常有限。因此，Au在交代岩石圈地幔以及幔源初始岩浆中的异常富集可能并不是形成大型金矿床的关键因素。然而，大量的同位素研究仍然显示成矿流体以及可能的金属主要来源于交代岩石圈地幔，那么，未富集Au的交代岩石圈地幔究竟是如何控制大规模金矿床形成的？

图3. 煌斑岩、镁铁质脉岩以及统计的典型镁铁质岩浆岩的Au和Cu含量特征。

图4. 部分熔融程度和硫化物饱和溶解度（SCSS）对硅酸盐熔体中Au含量的影响。部分熔融模拟显示地幔在相对氧化和富水的条件下，即使源区不富集Au（0.5-1.5 ng/g），也能够形成富含Au的岩浆（1-16 ng/g）。

大量的天然样品研究表明，地幔交代作用不仅会引入一定的金属，还会加入大量的挥发份，并可能对地幔源区的氧逸度产生显著的影响。而高温高压实验显示，在富水且较为氧化的条件下，即使地幔并不富含Au，也能够熔融形成较高Au含量的岩浆，其中挥发份和氧逸度起着关键的作用（图4，e.g., Botcharnikov et al., 2011，Li et al., 2019）。华北东部岩石圈地幔经历了显著的地幔交代作用，且来源于交代岩石圈地幔的煌斑岩以及玄武岩均具有明显高于来源于新生岩石圈地幔的镁铁质脉岩和玄武岩的Au含量（图3），这表明尽管交代岩石圈地幔相对于正常的上地幔并不异常富集Au，但能够通过消耗交代易熔组份而释放更多的Au，为成矿提供足量的金属和大量的挥发份，促进大规模金矿的形成。其中，交代组份（尤其是挥发份）和跨岩石圈尺度的断裂系统可能扮演着最为关键的角色：这些来源于交代岩石圈地幔的大量挥发份能够促使Au从地幔有效的释放到幔源富水岩浆中、诱导Au在跨岩石圈尺度断裂中的迁移以及岩浆-热液演化过程中的进一步富集，最终形成富含Au的热液。这些幔源热液流体在有利的构造空间内通过高效、快速的沉淀作用，会在短时间内形成大规模、高品位的金矿床（图5）。而胶东金矿床一致的成矿年龄（~120 Ma）和构造背景，以及幔源组份的显著贡献也揭示了幔源成矿流体在同一跨岩石圈尺度的断裂系统中高效、快速的沉淀作用（e.g., Fan et al., 2021）。

图5. 华北克拉通交代岩石圈地幔、跨岩石圈尺度的郯庐断裂系统、煌斑岩与胶东巨量金成矿作用关系的示意图。尽管华北克拉通岩石圈地幔经历了强烈的地幔交代作用，但整体上Au含量不高（< 0.5-1.5 ng/g）。在~120 Ma华北克拉通破坏峰期，交代岩石圈地幔经历了大规模熔融作用，并形成了大量的幔源富挥发份的岩浆。尽管这些岩浆可能并不异常富集Au（~1-4 ng/g），但却能够有效提取并进一步富集交代岩石圈地幔中的Au，以及为成矿提供大量的热液流体。在随后的岩浆-热液演化过程中，Au可能经历成百上千倍的富集，并最终在有利的断裂带中高效沉淀，形成大规模的胶东金矿床。

本文认为交代岩石圈地幔控制大规模金成矿的关键不在于地幔源区是否显著富集金属，而是地幔交代组份扮演着重要作用：它们促进Au从地幔源区有效释放，诱导含Au岩浆热液沿着构造薄弱带快速迁移演化，最终促成Au的大规模富集成矿（图5）。与之类似的，最近相关的其他研究也表明，促使大规模成矿作用的幔源初始岩浆中金属元素含量的高低并不是那么的重要，而挥发份所介导的岩浆-热液演化以及相关的金属富集沉淀过程更为关键（e.g., Chiaradia, 2021; Wang et al., 2021）。

上述工作得益于中国科学家对华北克拉通演化和胶东金矿床长期深入的研究，受国家自然科学基金项目（41722302, 41673027）和“国家重点研发计划” 深地资源勘查开采’重点专项(2016YFC0600103)资助，发表在国际地学一流期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。

文章信息：Wang, Xiang, Wang, Zaicong*, Cheng, Huai, Zong, Keqing, Wang, Christina Yan, Ma, Liang, Cai, Yachun, Foley, Stephen and Hu, Zhaochu. (2021) Gold endowment of the metasomatized lithospheric mantle for giant gold deposits: Insights from lamprophyre dykes. Geochim. Cosmochim. Acta https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.10.006

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