崔路凱，牛 霆，謝 偉，高路恒

(1.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌330013;2.核工業(yè)二0三研究所，陜西 西安712000;3.浙江省第一地質(zhì)大隊，浙江 杭州310016;4.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

Rodder在1965年首次發(fā)現(xiàn)地幔巖中原生和次生兩類CO2流體包裹體，到70年代Tounet在挪威南部麻粒巖中發(fā)現(xiàn)大量富CO2的流體包裹體，人們對地幔流體的研究便日益加深。地慢不均一性是地球化學(xué)領(lǐng)域中的一個極富爭議的問題，而大量存在于堿性巖和金伯利巖中捕虜體的巖石學(xué)及地球化學(xué)研究表明，地慢流體的參與是產(chǎn)生巖石圈內(nèi)同位素與地球化學(xué)不均一性的最重要機制(樊祺誠等，1992;肖慶輝等，1995;張鴻翔等，2000)。地幔流體是一種重要成礦介質(zhì)，因與幔源流體有關(guān)的礦床具有豐富的深源流體貯存庫，可攜帶大量成礦物質(zhì)，并且成礦時間的長期持續(xù)為大型、超大型礦床形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，因而研究地幔流體成礦作用是大型、超大型找礦工作有所突破的有效途徑。

1 地幔流體的基本特征

地幔流體是由富含地球內(nèi)部原始的氣體元素(如He、Ar等)和富揮發(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。

1.1 地幔流體的物理化學(xué)性質(zhì)

臨界態(tài)的地幔流體物理化學(xué)性質(zhì)具有獨特的溶解和輸運能力，極強的滲透能、化學(xué)反應(yīng)能及反應(yīng)速度極高的熱容、萃取能力和分相不混溶性(鄧平等，2003;鄧平，2005;劉慧卿，2011)，是地球內(nèi)部能量與物質(zhì)向外傳輸?shù)闹匾d體，其化學(xué)組成隨地幔演化過程的不同而具有明顯的差異;可劃分出上地幔原始流體和交代作用流體等，上地幔原始流體組成與地幔源區(qū)密切相關(guān)，似原始地幔源區(qū)以CO為主，其次為CO2、H2，虧損地幔源區(qū)以CO2為主，其次為CO、H2，富集地幔源區(qū)含有較高的H2;中國東部上地幔交代作用過程中存在以CO2為主的再循環(huán)地殼交代流體;地幔流體自身含有一定數(shù)量的CH4和C2H6等烷烴組分及重?zé)N組分，包括一定數(shù)量的原始烷烴組分;地幔流體含有較高的H2和熱量，可為有機質(zhì)生烴作用提供充足的氫源、熱源及運移源動力(張銘杰等，2006)。

1.2 地幔流體的地球化學(xué)性質(zhì)

研究地幔流體地球化學(xué)的重要性質(zhì)是多方面的(曹榮龍1996)，主要包括:(1)易溶于硅酸鹽熔體。這是因為地幔揮發(fā)分具有高的熔體/固體分配系數(shù)。尤其對富堿的硅酸鹽熔體更是如此。從而促進低熔點并飽和揮發(fā)分的富鉀原始巖漿(金伯利巖、鉀鎂煌斑巖及富堿熔巖等)以及地幔交代熔體的形成。(2)對于微量元素的高的溶解度，如大離子半徑親石元素(Ca、K、Rb、Sr、Na)和高價陽離子和稀土元素(Ta、Nb、Ti、LREE)等。因為絕大部分不相容元素和活動元素具有很高的流體/固體分配系數(shù)。所以，地幔流體對于弱虧損或富集地幔中的“雜質(zhì)元素”起清掃凈化作用。(3)地幔流體具有使溶質(zhì)及各種微量元素沉淀、聚集的特性，即再沉淀作用。地幔流體和地幔熔體通過地幔交代作用使已虧損的地幔重新獲得活動元素和不相容元素的補給和充填，導(dǎo)致地幔富集事件。

1.3 地幔流體的類型

地幔流體在地球內(nèi)部垂向上的分布將其分為4個類型(杜樂天1989)，自下而上或由內(nèi)向外分別是:①氫流;②氫型幔汁(H－HACONS流體);③堿型幔汁(A－HACONS流體);④氧型幔汁(O－HA－CONS流體)。此外，路鳳香(1996)則將地幔流體劃分為:①超深流體;②軟流層起源的流體;⑤與幔源巖漿有關(guān)的晚期流體。

2 地幔流體的來源及源區(qū)

2.1 俯沖板塊發(fā)生的脫水脫氣

新元古代以來，殼幔的循環(huán)機制由地殼底板墊托作用轉(zhuǎn)為板塊的俯沖作用，大陸增生模式由垂向增生向水平增生過渡。洋殼俯沖作用過程中，大洋巖石圈彎曲形成的構(gòu)造盆地誘導(dǎo)了深海沉積物及洋殼玄武巖進人俯沖帶，俯沖板塊發(fā)生的脫水脫氣作用是地幔流體產(chǎn)生的一個重要原因。俯沖板塊使大量的水進人了更深的地幔環(huán)境，這些水可能以含水礦物或自由水的形式到達地幔不同深度，甚至加人到了軟流圈中的物質(zhì)循環(huán)。由于俯沖作用為顯生宙以來最主要的殼幔循環(huán)機制，俯沖帶也就成為地慢流體最為活躍的場所。根據(jù)活躍的程度，及其形式及控制條件歸納如表1。

2.2 地幔原始殘留揮發(fā)份及地幔熔融作用

地幔環(huán)境為受多因素控制的非平衡地球化學(xué)狀態(tài)，存在著流體運移(包括對流、擴散)、交代及地幔熔融作用等活躍的物理化學(xué)因素，在非平衡條件下將產(chǎn)生非線性的地球化學(xué)自組織現(xiàn)象，揮發(fā)份的存在與地幔熔融這兩者互為作用，按協(xié)調(diào)論的觀點，這一過程將發(fā)生正反饋現(xiàn)象。在地幔熔融過程中，存在于地幔環(huán)境中的 H2O、CO2、S2－(指與重金屬離子構(gòu)成硫化物賦存于深部地慢或地核中的S2－)、氣態(tài)的C和N逃逸出來，它們往往高度溶/熔解于地慢硅酸鹽熔體中，從而形成性質(zhì)獨特的地慢熔體/流體。

表1 俯沖帶脫水脫氣作用的形式及控制條件 (據(jù)張鴻翔等，2000)

2.3 地幔流體的源區(qū)

通過對稀有氣體的He－Ar同位素體系研究表明，地幔流體主要有3種源區(qū):①地幔柱型源區(qū);②洋中脊玄武巖型源區(qū);③島弧型源區(qū)。此外，地幔流體尚受兩個淺部源區(qū)組分的混染，即④大氣圈型源區(qū);⑤地殼型源區(qū)(Kaneoka等1985)。

3 地幔交代作用

Bailey(1970)最早定義地幔交代作用是指在不發(fā)生部分熔融的情況下，通過流體(富H2O或富CO2流體)與地幔巖石或礦物相互作用而發(fā)生的物質(zhì)帶入、帶出現(xiàn)象。

Hart(1987)認為地慢交代作用是指外來新物質(zhì)的加入造成地慢巖石成分富集變化的過程。他明確提出，雖然在大多數(shù)情況下交代滲透的物質(zhì)是富H2O或CO2流體，但熔體也可使巖石發(fā)生交代作用，這種熔體滲透交代不同于簡單的熔漿擠入以及由此引起的原始巖石與熔體之間相互作用造成的浸染現(xiàn)象。并且將地幔交代作用分為兩種:①金伯利巖型;②碧玄巖型。

目前，大多數(shù)學(xué)者所談的地慢交代作用，是指由于熔體或流體的介入使地慢巖石化學(xué)組分發(fā)生富集并最終導(dǎo)致地慢化學(xué)不均一的過程(徐學(xué)義，1996)。

地幔中不同溫度壓力下發(fā)生的地幔交代作用往往伴隨著不同的交代礦物。Bailey認為在高壓低溫下(類似于金伯利巖形成條件)碳酸鹽是最可能出現(xiàn)的礦物;而在高溫低壓下(類似于碧玄巖形成條件)單斜輝石是最可能出現(xiàn)的交代礦物。金伯利巖、黃長巖及其中的地幔捕虜體中的含水礦物主要為金云母。碧玄巖漿及其中的地幔捕虜體含水礦物主要為角閃石，暗示了碧玄巖漿起源于地幔較淺部位?？傊?，交代礦物的溫壓條件直接反映了交代作用發(fā)生的溫壓條件。

4 地幔流體成礦作用

地幔流體的成礦作用愈來愈引起人們的關(guān)注，因為地幔流體具有充足的物質(zhì)儲備、龐大的流體庫和穩(wěn)定的熱源供給，具備形成大型、特大型礦床的必要條件。我國也開始逐漸開始重視其研究，并取得了一定成果。曹榮龍等(1994)認為內(nèi)蒙古白云鄂博稀土礦是一個國內(nèi)外罕見的地幔流體交代礦床。曹榮龍等(2000)新疆尉犁縣且干布拉克超大型蛭石礦則是地幔流體交代成因的非金屬礦床。孫月豐等(1995)和毛景文等(2002)認為幔源C－H－O流體在膠東金礦成礦過程中具有重要作用;毛景文等(1997)系統(tǒng)論證了湖南萬古金礦床是一例以地幔流體為主形成的金礦床;胡瑞忠等(1999)通過云南老王寨、墨江和大坪金礦流體包裹體中He－Ar同位素研究后認為地幔流體參與了金礦成礦作用;趙葵東等(2002)對廣西大廠錫礦中黃鐵礦的He－Ar同位素研究也認為該礦床的形成有地幔流體的加入。

4.1 成礦作用特征

據(jù)劉叢強(2001)，地幔流體成礦作用具有如下特征:具有深大斷裂構(gòu)造背景;有地幔來源巖漿活動伴生;形成大型、超大型礦床或礦集區(qū);成礦流體和成礦物質(zhì)具有多源特征;圍巖蝕變以堿交代蝕變作用為特征;成礦流體的氫、氧同位素組成相似于原始巖漿水值，氣相組分以 H2O和 CO2為主;成礦溫度較高，多以中高溫?zé)嵋旱V床為主。

地幔流體成礦表現(xiàn)形式:地幔流體本身成礦;地幔流體提供成礦物質(zhì);地幔流體提供成礦流體;地幔流體提供堿質(zhì)和硅質(zhì);地幔流體提供熱源。

4.2 成礦方式

地幔流體是通過大型超殼斷裂帶、韌性剪切帶或所謂的幔柱構(gòu)造上侵，并在這些構(gòu)造(帶)中發(fā)生成礦作用的。根據(jù)地幔流體在成礦作用中所起的重要性進行理想地劃分為3種:①地幔流體交代地幔巖石，促使某些貴金屬元素富集成礦;②地幔流體溶解地幔物質(zhì)形成含礦溶液并遷移至淺部成礦;③地幔流體交代地殼物質(zhì)，激發(fā)、活化地殼中的成礦元素，導(dǎo)致地殼物質(zhì)成礦。實際情況遠遠比這個復(fù)雜，成礦過程可能是以一種方式為主，也可能是多種方式聯(lián)合作用(丁振舉，1997;劉慧卿，2011)。

5 結(jié)語

地幔流體具有充足的物質(zhì)儲備、龐大的流體庫和穩(wěn)定的熱源供給，具備形成大型、特大型礦床的必要條件。因而對地幔流體的研究，也是對于尋找大型礦床的有效突破途徑。地幔流體的成礦原因是非常復(fù)雜的，對于在高溫、高壓等條件下的流體，很多條件結(jié)論都存在推測，影響了對地幔流體成礦的理解?？偟膩碚f，地幔流體的成礦研究是一個具有很大前景的研究領(lǐng)域，通過對基礎(chǔ)研究的加深，才能在以后使地幔流體的研究到達新的高度。

［1］樊祺誠，劉若新，彭禮貴.我國東南沿海地區(qū)地幔流體性質(zhì)及其意義［J］.科學(xué)通報.1992，37(17):1584－1587.

［2］肖慶輝，李樹臣.當(dāng)代地質(zhì)前沿的重大問題［M］.北京:地質(zhì)出版社.1995，1－67.

［3］張鴻翔，徐志方，黃智龍，等.地慢流體基本特征及成因［J］.地質(zhì)地球化學(xué).2000，28(2):1－7.

［4］曹榮龍.地幔流體的前緣研究［J］.地學(xué)前緣.1996，3(9):161－171.

［5］杜樂天.幔汁(HACONS)流體的重大意義［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué).1989，(1):91－99.

［6］路鳳香.深部地幔與深部流體［J］.地學(xué)前緣.1996，3(3－4):181－186.

［7］Kaneoka I，Takaoka N.Noble——gas state in the Earths interiorsome constrains on the present state.Chemical Geology，1985，52:75－95.

［8］劉叢強，黃智龍，李和平，等.地幔流體及其成礦作用.地學(xué)前緣.2001，8(4):231－244.

［9］孫豐月，石準立，馮本智，等.膠東金礦地質(zhì)及幔源 C－H－O流體分異成巖成礦［M］.長春:吉林人民出版社.1995.

［10］毛景文，赫英，丁悌平.膠東金礦形成期間地幔流體參與成礦過程的碳氧氫同位素證據(jù)［J］.礦床地質(zhì).2002，21:121－128.

［11］毛景文，李延和，李紅艷，等.湖南萬古金礦床深部流體成因的氦同位素證據(jù)［J］.地質(zhì)論評.1997，43:646－649.

［12］胡瑞忠，畢獻武，TURNER G，等.哀牢山金礦帶金成礦流體He和Ar同位素地球化學(xué)［J］.中國科學(xué)(D).1999，29:321－330.

［13］趙葵東，蔣少涌，肖紅泉，等.大廠錫多金屬礦床成礦流體來源的氦同位素證據(jù)［J］.科學(xué)通報.2002，47:632－635.

［14］丁振舉，姚書振，方金云.地幔流體及其成礦作用［J］.地質(zhì)科技通報.1997，16:72－76.

［15］Bailey D K.Volatile flux，heat focusing and the generation of magma.Geol.J .Sepc，1970，2;177－186.

［16］Hart B.Metasomatic and enrichment Phenomena in garnet peridotite facies mantle xenoliths form the Matosoku kitnberlite pipe，Lesotho.In，Menzies M A，Hawkesworth C J eds.Mantle Metasomatism.Academic Press，1987.125－153.

［17］鄧平，等.地幔流體與鈾成礦作用:以下莊礦田仙石鈾礦床為例［J］.地球化學(xué).2003，32:520－528.

［18］鄧平，等.粵北石土嶺鈾礦床堿交代作用成因探討［J］.地質(zhì)論評.2005，51:557－565.

［19］劉慧卿.芻議地幔流體的組成、性質(zhì)及其成礦作用［J］.煤炭技術(shù).2011，30:121－122.