廣州地化所揭示大湖塘成礦區的深部結構及可能的成礦過程
作為世界級的多金屬礦床，位于贛西北的大湖塘成礦區的成礦規模及形成機制引起了地球科學領域的廣泛關注。這一區域現已有大量針對地球化學特征和成礦作用的研究，例如同位素定年以及礦物學的研究認為該區的成礦表現為晚中生代（燕山期）的構造巖漿熱液成礦事件，成礦的物源和熱源可能由晚中生代巖漿侵入到新元古代九嶺花崗巖圍巖的過程提供，且流體和氧逸度在成礦過程中有重要作用。盡管華南地區有許多大尺度的地球物理成像，但針對大湖塘成礦區的深部結構還沒有較為詳實的研究資料。近年來發展的基于密集臺陣的天然地震學方法可以對近地表以及地殼尺度的速度結構和泊松比結構進行精細地刻畫，這些深部結構有可能助力于解譯該區的成礦機制。
為了獲得大湖塘多金屬礦床的深部結構及可能的成礦機制，廣州地球化學研究所的博士生張周和鄧陽凡特任研究員等人，于2018年10月份跨大湖塘礦區布設了50臺短周期地震儀器構建了臺間距~2km的線性密集地震臺陣（圖1）。利用密集臺陣采集得到的地震數據開展了背景噪聲成像，接收函數分析以及聯合反演等工作，對大湖塘礦區下方的多尺度剪切波速度結構，Vp/Vs值以及莫霍面深度進行了估計。
多尺度剪切波速度（圖2a,b）的分布顯示了大湖塘礦區所在區域存在上地殼低速，中下地殼高速的模式。通過重力正演計算認為這種速度分布的特征與大湖塘礦區低的重力異常相互匹配。而Vp/Vs值在礦區內部相對礦區外部有較高的特征。此外，聯合反演的結果以及接收函數H-κ疊加的結果（圖2a,b）均顯示沿密集臺陣莫霍面的深度從南到北逐漸加深，這可能與晚中生代西太平洋板塊俯沖所造成的伸展環境有關。
依據上述結果，該研究提出了大湖塘多金屬礦床殼幔尺度的可能成礦模式（圖2c）。該模式認為在晚中生代巖石圈拉張減薄的背景下，由于上地幔熱源的作用導致下地殼底部物質出現部分熔融。熱的熔體向上遷移并發生分異過程，高密度物質在中下地殼冷卻形成地震學觀測到的高速區域；低密度的組分侵入到新元古代花崗巖中，形成了晚中生代的花崗巖體，為鎢銅鉬錫多金屬礦的進一步富集過程提供了熱源以及物質來源。
本項研究的合作者有碩士生宗建業，姚軍明研究員和陳華勇研究員。該項研究近期發表在國際知名地學期刊Physics of the Earth and Planetary Interiors上，得到國家重點研發計劃（2016YFC0600402），國家自然科學基金（41874106, 41672079, 42021002），中國科學院青年創新促進會（YIPA2018385）等資助。
圖1 (a) 研究區所處位置和區域地質簡圖（改自Zhang et al，2018）。紅色方框標記了我們的研究區域。(b) 研究區地形底圖。帶黑線的淺藍色三角形表示布設的地震臺站，藍點表示大湖塘礦區的采礦點，藍線表示斷層（Deng et al.，2003），黑色虛線（標記JSF）表示揚子地塊和江南造山帶之間的地質邊界（Yao et al.，2013）。縮寫：DHT，大湖塘礦床；JSF，九江—石臺斷裂；TWF，銅鼓—武寧斷裂；JJF，九江—靖安斷裂；YJF，宜豐—景德鎮斷裂。
圖2 (a) 聯合反演得到的沿測線剪切波速度。(b) 單獨面波反演得到的沿測線剪切波速度。圖的頂部顯示了地形（棕色線）和布格重力異常（藍線）。紅色箭頭表示較大的低重力異常值，藍色三角形表示斷層（JJF和TWF），黑色三角形表示地質邊界（JSF），帶白線的紅點表示H-κ疊加得到的地殼厚度，底部的黑色圓點表示聯合反演的點。(c) 大湖塘礦區可能的成礦機制示意圖。晚中生代巖石圈伸展減薄過程為下地殼的熔融提供了熱源，巖漿向上遷移并分異。致密組分在中下部地殼冷卻形成高速區域。輕的組分在晚中生代侵入到新元古代形成的花崗巖中，為大湖塘地區鎢銅鉬錫多金屬礦的富集提供了熱源和物質來源。
論文信息：Zhang, Z., Deng, Y.*, Yao, J., Zong, J., Chen, H., 2021. An array based seismic image on the Dahutang deposit, South China: Insight into the mineralization. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 310, 106617. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2020.106617
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920120303770
