淺析地幔流體組成及其成礦作用

張 鵬，朱 婧，謝海峰，李濕江，胡軍亮

（成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

地幔流體是一種在溫度、壓力、物相等方面與地幔環(huán)境處于相對平衡的超臨界流體，主要成分為CO2和H2O、大離子等不相容元素在地幔流體中相對富集、含有不定量地殼交代成分和地幔溶質(zhì)成分，與普通液體、氣體特征不同，在相對較高的溫度、壓力、密度下為非水溶液，也不屬于硅鋁酸鹽類地幔巖漿流體。

地幔流體的溶解和輸運(yùn)能力較強(qiáng)，研究表明板塊俯沖伴隨的脫氣作用、脫水作用能對地幔物質(zhì)產(chǎn)生較強(qiáng)的溶解和運(yùn)輸能力；地幔和地核的脫氣作用又進(jìn)一步增強(qiáng)了地幔流體的溶解和運(yùn)輸能力。本文就地幔流體組成及其成礦作用進(jìn)行簡要分析。

1 國內(nèi)外關(guān)于地幔流體組成的認(rèn)識(shí)

WallaceandGeren[1]認(rèn)為，在上地幔部位，壓力為1-2MPa時(shí)，地幔流體中CO2含量較多、H2O含量較少；當(dāng)?shù)蒯Ｉ疃仍龃?，壓力?.1MPa～3.2MPa時(shí)，隨溫度升高碳酸鹽吸收大量CO2角閃石吸收大量H2O，因而地幔自由流體相在此部位消失；當(dāng)?shù)蒯Ｉ疃壤^續(xù)增大，壓力大于3.2MPa時(shí)，地幔流體中H2O、CO2含量與上地幔部位相反，H2O含量較多、CO2含量較少；杜樂天[2]提出的幔汁(HACONS∶其中H代表氫、鹵素和熱，A代表堿金屬，C代表碳，O代表氧,N為氮，S為硫族)是指產(chǎn)生于地幔的氫、鹵素、堿、碳、氧、氮、硫間的化合物熱流體，其中不包括硅鋁酸鹽；Shmulovich[3]等認(rèn)為，地幔流體中地球內(nèi)部早期成分含量相對較多，同時(shí)地幔流體也包含不同時(shí)期地殼環(huán)物質(zhì)在臨界環(huán)境下的揮發(fā)份部分；孫豐月等[4]認(rèn)為，上地幔存在2個(gè)C-H-O的流體儲(chǔ)存區(qū)：一個(gè)是位于上地幔300km～66km的區(qū)間范圍內(nèi)，流體表現(xiàn)為溶解了大量K2O、SiO2、Al2O3等物質(zhì)；另一個(gè)是位于上地幔53km一莫霍面之間，溶質(zhì)含量相對較少。曹榮龍等[5]認(rèn)為地幔流體是由富含地球內(nèi)部原始的氣體元素(如3He、36Ar等)和揮發(fā)份(如地幔CO2、隕石S、深源H2O等)組成的氣體、稀溶液和揮發(fā)份飽和的富堿(K、Na、Li等)硅酸鹽熔體。

劉顯凡等[6]提出，地幔流體是深部過程—流體作用一成礦疊加三者主體地質(zhì)作用之間聯(lián)系的紐帶,其完整的流體作用過程可分為兩個(gè)階段：一為地幔交代作用，是伴隨地幔脫氣而在地幔內(nèi)發(fā)生的，其間大量成礦元素在地幔中聚集，從而有利于地幔流體交代作用的進(jìn)行，并為其提供物質(zhì)和能量；二為地幔流體交代作用，是流體上升侵入巖石圈過程中與圍巖發(fā)生的相互作用，在此過程中物化條件隨深度和圍巖環(huán)境的不同而變化，流體性質(zhì)由熔漿→超臨界流體→熱液轉(zhuǎn)化，同時(shí)流體在上升過程中溶解、遷移成礦物質(zhì)和元素至有利部位聚集，使得殼幔成礦物質(zhì)堆加成礦，進(jìn)而有利于深部成礦并形成大型和特大型礦床。

2 地幔流體的性質(zhì)

地幔流體具有獨(dú)特的溶解特征，是一種超臨界流體。在臨界環(huán)境下，一些常溫常壓下呈現(xiàn)難溶性的物質(zhì)變得易溶，同時(shí)一些常溫常壓下呈現(xiàn)易溶性的物質(zhì)又變得難以溶解。地幔流體可通過控制溫度和壓力來約束反應(yīng)環(huán)境，因而可加速發(fā)生在其內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)速率。

例如，冀西北地區(qū)金銀多金屬礦產(chǎn)的成礦作用受地幔熱流的控制與制約。研究發(fā)現(xiàn)，在臨界區(qū)內(nèi)熱液體系中的熱傳遞速率和流體通量值最大，因此地幔流體具備良好的運(yùn)輸能力。

3 地幔流體成礦作用

3.1 地幔流體本身成礦優(yōu)勢

隨著地學(xué)工作者對地幔流體的深入研究，越來越多的地學(xué)工作者認(rèn)識(shí)到地幔流體在成礦過程中具有至關(guān)重要的作用。超強(qiáng)的物質(zhì)溶解性是地幔流體的一大重要特征，地幔流體的龐大規(guī)模和超高溫又可以為成礦作用的繼續(xù)進(jìn)行和大型、特大型礦床以及大型礦集區(qū)提供物質(zhì)和能量；例如，地幔流體參與成礦過程而形成的加拿大CentralSuprior金礦。

其次，地幔流體極強(qiáng)的溶解和運(yùn)輸能力可以溶解和遷移地慢中成礦元素并在地表適宜部位富集，并隨時(shí)間遷移形成大型、特大型礦床以及礦集區(qū)。

3.2 地幔流體成礦交代基本類型

地幔流體的成礦交代作用可劃分為3種基本類型為：

（1）地幔中地幔流體交代地幔巖石，從而促使礦元素富集；

（2）地幔流體溶解地幔巖包體并遷移淺部成礦；

（3）地幔流體交代地殼成礦元素富集成礦。地幔流體的成礦作用具有多期次、多階段的特點(diǎn)，成礦作用持續(xù)進(jìn)行，多形成大型和特大型礦床以及大型礦集區(qū)；例如，冀西北眾多金銀礦床、云南“三江”金礦成礦帶、華南鈾礦帶等。

4 結(jié)語

地幔流體作為一種重要的成礦流體，近些年來受到國內(nèi)外地學(xué)專家的廣泛關(guān)注。

經(jīng)過長期調(diào)查研究，人們對地幔流體組成及其成礦作用已有初步認(rèn)識(shí)，并提出了一系列新問題、新觀點(diǎn)和新的學(xué)術(shù)思想，如由我國地學(xué)工作者通過廣泛實(shí)踐提出的“地幔流體成礦說”。

但對其參與成礦過程的理解上仍然有不夠全面的地方，且國內(nèi)外仍未對地幔流體組成極其成礦作用實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一分類，地幔流體極其成礦性質(zhì)仍需要國內(nèi)外地學(xué)工作者的進(jìn)一步探索與研究。

[1]Wallace M E,Green D H,1988.An experimental determination of peimary carbonatite composition.Nature.335:343-345.

[2]杜樂天.幔汁H-A-C-O-N-S流體[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué),1988,12(1):87-94.

[3]Shmulovich K I,Yardley B W D,Gonchar G G.Fluids in the crust[M].Moscow:chapman and Hall Press,1995.

[4]孫豐月,石準(zhǔn)立.試論幔源C-H-O流體與大陸板內(nèi)某些地質(zhì)作用[J].地學(xué)前緣,1995,2(1-2):167-174.

[5]曹榮龍,朱壽華.地幔流體與成礦作用[J].地球科學(xué)進(jìn)展,1995,10(4):324-329.

[6]劉顯凡,蔡水文,盧秋霞,陶專,趙甫峰,蔡飛躍,李春輝,宋祥峰.2010.滇西地區(qū)富堿斑巖中地幔流體作用蹤跡及其成礦作用意義.地學(xué)前緣,17(1):114-136.