華北克拉通五龍金礦金的來源和富集過程獲揭示
華北克拉通是我國最重要的金成礦省，也是全球金礦重要的產地之一。全球太古宙克拉通中賦存的金礦多形成于晚太古代-古元古代，與克拉通的形成和穩定相關，而華北克拉通中產出的金礦則集中形成于中生代早白堊世，具有爆發成礦的特點。雖然已有的研究一致認為，華北克拉通中生代金礦的形成與克拉通破壞密切相關，但對于金和流體的來源，仍然存在諸多爭議，例如花崗質巖漿-熱液、太古宙基底巖石、板塊俯沖釋放的流體、幔源巖漿熔/流體等。此外，很多對于金的富集過程的研究，多強調富金的來源（巖漿或地層）對成礦的重要性。
近期，中國科學院廣州地球化學研究所的魏博副研究員、王焰研究員和譚偉助理研究員選擇了華北克拉通遼東地區早白堊世五龍石英脈型金礦為研究對象，與夏小平研究員合作開展了原位離子探針多硫同位素分析，與中國地質大學（武漢）汪在聰教授合作開展了全巖高精度低本底金含量分析，論證了五龍金礦的金主要來自于地幔，富金的來源并不是成礦的必要條件，指出即使流體中的金未達到飽和，如果流體中出現鉍（碲）熔體，也可以強烈萃取金而成礦。
圖1 (A) 五龍金礦含金石英脈與古元古代遼河群硫化物的Δ33S和δ34S組成；（B，C）五龍金礦含金石英脈，五龍地區早白堊世火成巖，古元古代遼河群中硫化物的Pb同位素組成；（D）五龍金礦含金石英脈硫化物（黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦），以及五龍地區早白堊世火成巖（花崗巖及其暗色包體、輝綠巖脈、閃長質巖脈、煌斑巖脈）中黃鐵礦的δ34S組成
在中-低鹽度和中溫流體中，Au主要以Au(HS)2-絡合物的形式存在，因此通過硫同位素示蹤硫的來源，可以間接示蹤金的來源。五龍金礦含金石英脈的Δ33S為-0.1到+0.2‰（n=344）（圖1A），嚴格位于質量分餾區域，表明金成礦過程中不存在明顯太古宙沉積硫的加入。此外，含金石英脈硫化物的δ34S值（-0.9 to +3.3‰）具有類似的地幔δ34S特點，與古元古代遼河群硫化物的δ34S值明顯不同（圖1A），而且二者也具有完全不同的Pb同位素組成（圖1B, C），表明遼河群也不可能是金的主要來源。同時，在五龍地區出露的所有早白堊世火成巖中（包括花崗巖、暗色包體，以及各類巖脈），只有輝綠巖脈硫化物的δ34S（+1.7 to +2.0‰）與含金石英脈的δ34S近乎一致。但是，野外穿插關系以及前人定年結果表明，輝綠巖脈形成稍晚于含金石英脈幾個百萬年，因此成礦流體不可能直接由輝綠巖脈出溶而形成。更為可能的是，成礦流體與輝綠巖脈均來自于交代地幔，當華北克拉通發生破壞時，富水的交代地幔發生熔融不僅產生了幔源巖漿，而且生成了成礦流體，二者沿著相同的切穿地殼的深大斷裂運移到地殼淺部就位，這與含金石英脈和基性巖脈空間上伴生的野外特點一致。
圖2 (A) 五龍金礦含金石英脈中黃鐵礦，磁黃鐵礦，黃銅礦的金含量；（B）五龍金礦含金石英脈黃鐵礦的As-Au圖解；（C）五龍金礦含金石英脈全巖Bi含量和Au含量呈正相關
圖3 (A) 五龍金礦含金石英（Qz）脈中自然金（Au）與自然鉍（Bi），硫碲鉍礦（JoB）和磁黃鐵礦（Po）緊密共生；（B）自然金，黃銅礦（Cpy），硫碲鉍礦呈細脈穿插早期形成的黃鐵礦（Py）；（C）石英磁黃鐵礦階段中，自然金、自然鉍、硫碲鉍礦共生產于磁黃鐵礦邊緣，少量輝鉍礦（Bism）沿著自然鉍邊緣發生交代作用；（D），石英磁黃鐵礦階段中，自然金與自然鉍和硫碲鉍礦具有平直的共結邊
五龍金礦各個成礦階段主要的硫化物（黃鐵礦，磁黃鐵礦，黃銅礦）Au含量基本都低于1個ppm（圖2A），黃鐵礦中Au含量遠于Au的飽和曲線（圖2B），這都表明當流體沉淀出硫化物時，金并未達到飽和。同時，含金石英脈全巖的Au和Bi含量具有明顯的正相關（圖2C），而且金以自然金的形式和鉍化物緊密共生（圖3），這表明Bi可能控制了Au的富集過程。已有的熱力學平衡計算結果，實驗結果以及天然樣品的研究表明，由于Bi的熔點很低，在中溫熱液的條件下，Bi在流體中能夠以熔體的形式存在，并且Au在鉍熔體中的分配系數極高，即使流體中只存在不到0.5 ppb的Au，一旦出現鉍熔體，熔體中Au含量可富集到5 wt.%。五龍金礦含金石英脈中含鉍礦物主要有自然鉍，硫碲鉍礦，以及少量輝鉍礦（圖3C, D），并且主要與磁黃鐵礦共生（圖3A），形成明顯晚于黃鐵礦（圖3B）。這表明五龍金礦成礦流體中的鉍（碲）熔體形成于相對還原的磁黃鐵礦階段。五龍金礦含金石英脈中不同硫化物的δ34S分異不明顯（圖1C），磁黃鐵礦階段石英流體包裹體中出現還原性的甲烷，鉍碲硫化合物具有Bi/(Te+S)比值均大于1，這些特點一致指示了成礦流體具有還原性的特點。成礦流體中鉍（碲）熔體的出現以及萃取富集金的過程，均與流體還原作用密切相關。
該研究結果表明，華北克拉通遼東地區的五龍金礦可能是幔源流體成礦的典型代表。此外，華北克拉通其他地區的金礦（例如膠東），其成礦流體特征不同于五龍金礦，這種差異是繼承于地幔源區、還是巖漿-流體作用過程不同而導致的，需要進一步工作來探究。
該研究受國家重點研發計劃課題的資助，研究成果近期發表于《Ore Geology Reviews》上。
相關信息：Wei, B., Wang, C.Y. *, Wang, Z.C., Cheng, H., Xia, X.P., Tan, W., 2021, Mantle-derived gold scavenged by bismuth-(tellurium)-rich melts: evidence from the Mesozoic Wulong gold deposit in the North China Craton, Ore Geology Reviews, v. 131, 104047.
