地球圈層相互作用不僅為生命活動(dòng)提供了適宜的大氣環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也為人類社會(huì)文明的繁榮發(fā)展提供了大量的Au、Cu和Ag等貴金屬資源。通過(guò)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，大量的碳和硫等揮發(fā)分可以通過(guò)蝕變洋殼再循環(huán)到深部地幔，引起深部地幔的氧逸度和熔融行為的顯著改變，進(jìn)而影響硫化物的穩(wěn)定性。而硫化物作為地幔中親銅元素的主要載體，其穩(wěn)定性是影響親銅元素遷移進(jìn)入熔體的關(guān)鍵因素之一。因此，了解富含揮發(fā)分的循環(huán)洋殼中硫化物的穩(wěn)定性，以及循環(huán)洋殼熔/流體如何影響地幔Cu-Ag-Au-PGEs 等親銅元素的釋放、遷移和富集過(guò)程至關(guān)重要。
富含碳揮發(fā)分的漢諾壩堿性玄武顯示出強(qiáng)烈的再循環(huán)蝕變洋殼印記（圖1），且攜帶大量的地幔包體快速噴發(fā)至地表，表明未經(jīng)歷顯著的分離結(jié)晶，是研究上述問(wèn)題的理想樣品。由于玄武巖的硫元素經(jīng)歷了脫氣過(guò)程，很難直接通過(guò)硫元素約束源區(qū)親銅元素的釋放效率。而親銅金屬元素及其比值受控于硫化物，具有反演源區(qū)硫化物類型以及判別源區(qū)硫化物是否穩(wěn)定存在的潛力。為此，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地幔地球化學(xué)學(xué)科組鄒宗琪博士、徐義剛院士聯(lián)合中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）汪在聰教授對(duì)漢諾壩堿性玄武巖進(jìn)行親銅元素分析，主要取得以下認(rèn)識(shí)：
（1）碳酸鹽化榴輝巖的初始熔體具有虧損Cu-Ag-Au-Re-PGEs的特征（圖2）。同時(shí)，該熔體的Cu和Ag顯著分異，具有低Cu/Ag的特征（<1000），與MORB具有明顯的區(qū)別（3600）。這些特征表明源區(qū)的結(jié)晶態(tài)硫化物（MSS）穩(wěn)定存在（圖2-3）。因此，俯沖板片中親銅金屬元素的釋放受控于結(jié)晶態(tài)硫化物和熔體/流體之間的分配。
（2）由于源區(qū)大量硫化物的穩(wěn)定存在，大部分強(qiáng)親銅性金屬元素（如Cu，Ag，Au，PGE等）儲(chǔ)存在硫化物中，并隨著洋殼高效地循環(huán)至深部地幔。循環(huán)洋殼低程度熔融形成硫化物飽和的初始巖漿。該熔體可以富集碳和硫等揮發(fā)分（取決于溶解度），但是貧強(qiáng)親銅性金屬元素（圖4-5）。雖然在熔體遷移過(guò)程中榴輝巖熔體由于減壓等因素導(dǎo)致不飽和，從而與橄欖巖反應(yīng)可以消耗小部分圍巖的硫化物，但是反應(yīng)熔體仍然具有相對(duì)MORBs和原始地幔虧損的強(qiáng)親銅元素特征（圖2，5）。這些結(jié)果說(shuō)明強(qiáng)親銅元素從俯沖板片中釋放和遷移的效率低。
（3）來(lái)自俯沖板片的熔/流體在遷移過(guò)程中會(huì)與上覆地幔反應(yīng)，形成交代富集地幔。該富集地幔或者來(lái)自該源區(qū)的富金屬巖漿通常被認(rèn)為是形成大型Au，Cu，Ag，Mo等礦床的關(guān)鍵。由來(lái)自俯沖板片的交代介質(zhì)的親銅元素組成特征可知，該交代作用可以使交代地幔顯著富集揮發(fā)分但不一定富集強(qiáng)親銅金屬元素（圖5）。即便該交代過(guò)程可以導(dǎo)致交代地幔的氧逸度升高，交代地幔中的硫元素仍然可以以硫化物的形式存在。由于交代地幔中硫化物的增加（親銅元素分配系數(shù)增加），強(qiáng)親銅金屬元素不顯著增加，因此需要一些能導(dǎo)致硫化物消耗的過(guò)程（如高程度部分熔融或者高的氧逸度）或者促進(jìn)金屬元素與熔/流體中揮發(fā)分絡(luò)合的條件來(lái)高效提取交代地幔的強(qiáng)親銅金屬元素，進(jìn)而促進(jìn)金屬元素富集成礦（圖4）。
該研究已發(fā)表在國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上，本研究受自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目(42288201)、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)以及國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目等基金的聯(lián)合資助。
論文信息：Zou, Zongqi (鄒宗琪), Wang, Zaicong (汪在聰)*, Xu, Yi-Gang (徐義剛), Foley, Stephen, Cheng, Huai (程懷), Ma, Liang (馬亮), Wang, Xiang (汪翔), Chen, Kang (陳康), Hu, Zhaochu (胡兆初), Liu, Yongsheng (劉勇勝), Liu, Yanhong (劉艷紅), (2024) Deep mantle cycle of chalcophile metals and sulfur in subducted oceanic crust. Geochim. Cosmochim. Acta. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.02.007.
圖1，研究樣品為漢諾壩堿性玄武巖。低MgO，低CaO/Al2O3和高Dy/Yb特征的樣品來(lái)自碳酸鹽化榴輝巖部分熔融，該熔體與巖石圈相互作用，使其成分被進(jìn)一步改造。
圖2，漢諾壩堿性玄武巖整體上具有相較MORBs和原始地幔低的強(qiáng)親銅元素含量。漢諾壩堿性玄武巖具有平坦的PGEs配分模式，無(wú)法用硫化物（富集強(qiáng)親銅元素）分離結(jié)晶解釋。同時(shí)，Cu/Ag和Cu/Pd比值偏離經(jīng)歷了液態(tài)硫化物分離結(jié)晶的MORB演化趨勢(shì)。Cu和Ag在液態(tài)硫化物分離結(jié)晶過(guò)程中分配行為相似，因此，液態(tài)硫化物分離結(jié)晶不會(huì)導(dǎo)致Cu和Ag的分異。相反，Cu在結(jié)晶態(tài)硫化物(MSS)和硅酸鹽熔體之間的分配系數(shù)大于Ag。因此，MSS的存在會(huì)顯著分異Cu和Ag。Cu/Ag和 Nd之間的線性關(guān)系也進(jìn)一步支持了金屬元素成分的變化是兩個(gè)不同端元相互作用導(dǎo)致的。極低PGEs含量的初始熔體消耗圍巖硫化物導(dǎo)致了漢諾壩堿性玄武巖平坦的PGEs配分模式。
圖3，漢諾壩堿性玄武巖遷移過(guò)程中的溫度和壓力條件位于硫化物熔點(diǎn)上方，表明在遷移過(guò)程中未經(jīng)歷MSS的分離結(jié)晶。這說(shuō)明低的Cu/Ag繼承自源區(qū)或者源區(qū)部分熔融過(guò)程。榴輝巖源區(qū)具有和地幔值一致的Cu/Ag比值，且源區(qū)硫化物分解不會(huì)分異Cu和Ag（元素完全釋放進(jìn)入熔體）。而源區(qū)在MSS穩(wěn)定存在的情況下，部分熔融會(huì)生成低Cu/Ag比值的熔體。這說(shuō)明源區(qū)的硫化物穩(wěn)定存在（MSS）。
圖4 由于源區(qū)大量硫化物的穩(wěn)定存在，因此強(qiáng)親銅性金屬元素賦存在板片的硫化物中。從而導(dǎo)致來(lái)自俯沖板片的交代介質(zhì)可以富集揮發(fā)分但是貧強(qiáng)親銅性金屬元素。(a)受交代的橄欖巖可以富集S，但是其強(qiáng)親銅性金屬元素不會(huì)顯著富集。(b) 這也與交代橄欖巖中硫化物的強(qiáng)親銅性金屬元素含量顯著低于地幔橄欖巖硫化物包裹體中強(qiáng)親銅性金屬元素的含量相一致。(c-d) 由于富硫交代介質(zhì)的加入導(dǎo)致交代地幔硫化物的增加，進(jìn)而導(dǎo)致分配系數(shù)增加。因此，相同熔融條件下，強(qiáng)親銅性金屬元素的釋放效率降低。
圖5 俯沖洋殼中親銅元素的深部循環(huán)模式圖。
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