氟的起源、成礦與板塊俯沖的時空聯系獲揭示
氟是地球上電負性最強的元素，能跟幾乎所有的元素發生反應，從而深刻影響地球深部物質的物理化學性質和關鍵元素的遷移、循環乃至成礦；氟同時也對氣候和環境有著顯著的影響，其化合物氣體的溫室效應強于二氧化碳100-20000倍，導致的地方病則危害全球超過5億人。氟也是現代生活不可或缺的元素之一，在化工、醫藥、能源、材料、國防軍工等方面有著廣泛的用途；螢石作為氟的主要礦產，因而被我國、歐盟和美國等國家納入關鍵礦產資源名單，甚至有地礦專家呼吁，我國應像重視稀土那樣重視螢石！
華南是世界重要的稀有金屬成礦區，也是氟異常富集的區域，發育有大量高氟巖漿巖（如高演化花崗巖、A型花崗巖及其他堿性巖）和螢石礦，其中螢石礦的儲量占世界螢石儲量的近十分之一。研究華南氟的起源和富集、成礦過程及背景，有助于我們深入了解關鍵元素在地球深部的分布、循環，也有助于我們深刻理解稀有金屬成礦作用及相關巖漿巖的形成過程。為此，中國科學院廣州地球化學研究所博士研究生嚴海波在丁興副研究員和孫衛東研究員的指導下，對全球螢石礦的時空分布，尤其華南螢石礦的分布進行了多方面調研，獲得了如下認識：
圖1 世界螢石礦的時空分布圖
（1）全球18萬處螢石礦(點)的時空分布顯示，螢石礦主要產于新、舊俯沖帶上，其中環太平洋帶的螢石礦占世界總儲量的40%左右（圖1）。這暗示氟的富集和成礦作用與板塊俯沖有著密切的聯系。在此基礎上，我們發現華南240余處晚中生代螢石礦大多可被劃入三條綿延700~1100 km的螢石礦帶（圖2）。由于單個螢石礦可能形成于地殼淺層的流體循環，但成帶或線性分布的螢石礦帶只可能形成于板塊俯沖或大陸裂谷環境。因此，進一步肯定了板塊俯沖對華南氟超常富集及成礦作用的貢獻。
圖2 華南螢石礦時空分布及其礦帶劃分簡略圖
（2）考慮到俯沖帶弧前及弧巖漿巖相對低氟，因此俯沖板片在弧前和弧下的脫水大多形成貧氟流體，這類流體助熔巖石圈或由此導致的地殼淺層巖漿、流體活動很難供應螢石礦帶所需的巨量氟，除非殼內原有巖石已發生過氟的超常富集。而俯沖板片脫水形成富氟流體需要涉及硬柱石、蛇紋石、多硅白云母、磷灰石等富氟礦物的分解（圖3）。這類礦物在普通冷俯沖過程中通常在250~330 km深度才能分解，由于過高的深度，氟從深部遷移至淺部的過程中不易于聚集，很難形成大規模的氟富集和螢石礦帶；相反，這類礦物能夠在熱俯沖或板片回卷中發生熱解，該過程可存在于較淺的深度，利于氟從深部遷移至淺部。因此，我們提出熱俯沖和板片回卷是俯沖帶形成大規模螢石礦帶的主要機制，而含氟的堿性巖漿、超臨界流體、含氟氣體是氟遷移的主要介質。
（3）鑒于華南晚中生代螢石礦及相關巖石的產狀、特征及時空分布，我們提出，中晚侏羅世的兩條螢石礦帶可能形成于（古）太平洋板塊平板俯沖后的兩次北東向回撤，而早白堊世的螢石礦帶則可能形成于太平洋板塊北西向的高角度熱俯沖。其中，板片釋放的富氟流體、幔源的堿性巖漿以及由此導致的殼內巖漿、高溫熱液活動在中晚侏羅世螢石礦帶的形成中扮演了關鍵作用；而對于早白堊世螢石礦帶而言，除了上述過程，弧下貧氟流體及淺層斷裂控制的低溫流體活動也發揮了重要作用。
（4）對于穩定的板塊而言，其上的螢石礦帶的展布方向很可能垂直于下覆俯沖板塊的運動方向，因此，螢石礦帶可作為重建板塊運動歷史和軌跡的礦床探針；而華南螢石礦帶的時空分布暗示（古）太平洋板塊俯沖過程在晚侏羅-早白堊世經歷了重大轉變。
圖3 榴輝巖相俯沖板片中富氟礦物的P-T穩定區間圖（a）和不同俯沖背景下富氟區域及巖漿弧的空間關系示意圖（b）
本研究為晚中生代（古）太平洋板塊與上覆歐亞大陸之間的相互作用提供了新的認識，同時也詳細刻畫了F的起源、遷移、富集與板塊俯沖的潛在聯系。研究成果近期發表于國際知名期刊《Ore Geology Reviews》上。該成果獲得了國家重點研發計劃項目、中國科學院戰略性先導項目和廣東省基礎與應用基礎研究重大項目等項目的資助。
Yan HB, Ding X, Ling MX, Li CY, Daniel E H, Sun WD. Three late-Mesozoic fluorite deposit belts in southeast China and links to subduction of the (paleo-) Pacific plate. Ore Geology Reviews, 2021, 129, 103865, doi: 10.1016/j.oregeorev.2020.103865.
