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 地球科學學院，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能力較強，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產生較強的溶解和運輸能力；地幔和地核的脫氣作用又進一步增強了地幔流體的溶解和運輸能力。本文就地幔流體組成及其成礦作用進行簡要分析。

1 國內外關于地幔流體組成的認識

WallaceandGeren[1]認為，在上地幔部位，壓力為1-2MPa時，地幔流體中CO2含量較多、H2O含量較少；當地幔深度增大，壓力為2.1MPa～3.2MPa時，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；當地幔深度繼續增大，壓力大于3.2MPa時，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]等認為，地幔流體中地球內部早期成分含量相對較多，同時地幔流體也包含不同時期地殼環物質在臨界環境下的揮發份部分；孫豐月等[4]認為，上地幔存在2個C-H-O的流體儲存區：一個是位于上地幔300km～66km的區間范圍內，流體表現為溶解了大量K2O、SiO2、Al2O3等物質；另一個是位于上地幔53km一莫霍面之間，溶質含量相對較少。曹榮龍等[5]認為地幔流體是由富含地球內部原始的氣體元素(如3He、36Ar等)和揮發份(如地幔CO2、隕石S、深源H2O等)組成的氣體、稀溶液和揮發份飽和的富堿(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作用之間聯系的紐帶,其完整的流體作用過程可分為兩個階段：一為地幔交代作用，是伴隨地幔脫氣而在地幔內發生的，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行，并為其提供物質和能量；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生的相互作用，在此過程中物化條件隨深度和圍巖環境的不同而變化，流體性質由熔漿→超臨界流體→熱液轉化，同時流體在上升過程中溶解、遷移成礦物質和元素至有利部位聚集，使得殼幔成礦物質堆加成礦，進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

地幔流體具有獨特的溶解特征，是一種超臨界流體。在臨界環境下，一些常溫常壓下呈現難溶性的物質變得易溶，同時一些常溫常壓下呈現易溶性的物質又變得難以溶解。地幔流體可通過控制溫度和壓力來約束反應環境，因而可加速發生在其內的化學反應速率。

例如，冀西北地區金銀多金屬礦產的成礦作用受地幔熱流的控制與制約。研究發現，在臨界區內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輸能力。

3 地幔流體成礦作用

3.1 地幔流體本身成礦優勢

隨著地學工作者對地幔流體的深入研究，越來越多的地學工作者認識到地幔流體在成礦過程中具有至關重要的作用。超強的物質溶解性是地幔流體的一大重要特征，地幔流體的龐大規模和超高溫又可以為成礦作用的繼續進行和大型、特大型礦床以及大型礦集區提供物質和能量；例如，地幔流體參與成礦過程而形成的加拿大CentralSuprior金礦。

其次，地幔流體極強的溶解和運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，并隨時間遷移形成大型、特大型礦床以及礦集區。

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，成礦作用持續進行，多形成大型和特大型礦床以及大型礦集區；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 結語

地幔流體作為一種重要的成礦流體，近些年來受到國內外地學專家的廣泛關注。

經過長期調查研究，人們對地幔流體組成及其成礦作用已有初步認識，并提出了一系列新問題、新觀點和新的學術思想，如由我國地學工作者通過廣泛實踐提出的“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，且國內外仍未對地幔流體組成極其成礦作用實現統一分類，地幔流體極其成礦性質仍需要國內外地學工作者的進一步探索與研究。

[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].大地構造與成礦學,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,石準立.試論幔源C-H-O流體與大陸板內某些地質作用[J].地學前緣,1995,2(1-2):167-174.

[5]曹榮龍,朱壽華.地幔流體與成礦作用[J].地球科學進展,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.滇西地區富堿斑巖中地幔流體作用蹤跡及其成礦作用意義.地學前緣,17(1):114-136.