华北克拉通是我国最重要的金成矿省，也是全球金矿重要的产地之一。全球太古宙克拉通中赋存的金矿多形成于晚太古代-古元古代，与克拉通的形成和稳定相关，而华北克拉通中产出的金矿则集中形成于中生代早白垩世，具有爆发成矿的特点。虽然已有的研究一致认为，华北克拉通中生代金矿的形成与克拉通破坏密切相关，但对于金和流体的来源，仍然存在诸多争议，例如花岗质岩浆-热液、太古宙基底岩石、板块俯冲释放的流体、幔源岩浆熔/流体等。此外，很多对于金的富集过程的研究，多强调富金的来源（岩浆或地层）对成矿的重要性。

　　近期，中国科学院广州地球化学研究所的魏博副研究员、王焰研究员和谭伟助理研究员选择了华北克拉通辽东地区早白垩世五龙石英脉型金矿为研究对象，与夏小平研究员合作开展了原位离子探针多硫同位素分析，与中国地质大学（武汉）汪在聪教授合作开展了全岩高精度低本底金含量分析，论证了五龙金矿的金主要来自于地幔，富金的来源并不是成矿的必要条件，指出即使流体中的金未达到饱和，如果流体中出现铋（碲）熔体，也可以强烈萃取金而成矿。

　图1 (A) 五龙金矿含金石英脉与古元古代辽河群硫化物的Δ³³S和δ³⁴S组成；（B，C）五龙金矿含金石英脉，五龙地区早白垩世火成岩，古元古代辽河群中硫化物的Pb同位素组成；（D）五龙金矿含金石英脉硫化物（黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿），以及五龙地区早白垩世火成岩（花岗岩及其暗色包体、辉绿岩脉、闪长质岩脉、煌斑岩脉）中黄铁矿的δ³⁴S组成

　　在中-低盐度和中温流体中，Au主要以Au(HS)₂-络合物的形式存在，因此通过硫同位素示踪硫的来源，可以间接示踪金的来源。五龙金矿含金石英脉的Δ³³S为-0.1到+0.2‰（n=344）（图1A），严格位于质量分馏区域，表明金成矿过程中不存在明显太古宙沉积硫的加入。此外，含金石英脉硫化物的δ³⁴S值（-0.9 to +3.3‰）具有类似的地幔δ³⁴S特点，与古元古代辽河群硫化物的δ³⁴S值明显不同（图1A），而且二者也具有完全不同的Pb同位素组成（图1B, C），表明辽河群也不可能是金的主要来源。同时，在五龙地区出露的所有早白垩世火成岩中（包括花岗岩、暗色包体，以及各类岩脉），只有辉绿岩脉硫化物的δ³⁴S（+1.7 to +2.0‰）与含金石英脉的δ³⁴S近乎一致。但是，野外穿插关系以及前人定年结果表明，辉绿岩脉形成稍晚于含金石英脉几个百万年，因此成矿流体不可能直接由辉绿岩脉出溶而形成。更为可能的是，成矿流体与辉绿岩脉均来自于交代地幔，当华北克拉通发生破坏时，富水的交代地幔发生熔融不仅产生了幔源岩浆，而且生成了成矿流体，二者沿着相同的切穿地壳的深大断裂运移到地壳浅部就位，这与含金石英脉和基性岩脉空间上伴生的野外特点一致。

　图2 (A) 五龙金矿含金石英脉中黄铁矿，磁黄铁矿，黄铜矿的金含量；（B）五龙金矿含金石英脉黄铁矿的As-Au图解；（C）五龙金矿含金石英脉全岩Bi含量和Au含量呈正相关 

图3 (A) 五龙金矿含金石英（Qz）脉中自然金（Au）与自然铋（Bi），硫碲铋矿（JoB）和磁黄铁矿（Po）紧密共生；（B）自然金，黄铜矿（Cpy），硫碲铋矿呈细脉穿插早期形成的黄铁矿（Py）；（C）石英磁黄铁矿阶段中，自然金、自然铋、硫碲铋矿共生产于磁黄铁矿边缘，少量辉铋矿（Bism）沿着自然铋边缘发生交代作用；（D），石英磁黄铁矿阶段中，自然金与自然铋和硫碲铋矿具有平直的共结边

　　五龙金矿各个成矿阶段主要的硫化物（黄铁矿，磁黄铁矿，黄铜矿）Au含量基本都低于1个ppm（图2A），黄铁矿中Au含量远于Au的饱和曲线（图2B），这都表明当流体沉淀出硫化物时，金并未达到饱和。同时，含金石英脉全岩的Au和Bi含量具有明显的正相关（图2C），而且金以自然金的形式和铋化物紧密共生（图3），这表明Bi可能控制了Au的富集过程。已有的热力学平衡计算结果，实验结果以及天然样品的研究表明，由于Bi的熔点很低，在中温热液的条件下，Bi在流体中能够以熔体的形式存在，并且Au在铋熔体中的分配系数极高，即使流体中只存在不到0.5 ppb的Au，一旦出现铋熔体，熔体中Au含量可富集到5 wt.%。五龙金矿含金石英脉中含铋矿物主要有自然铋，硫碲铋矿，以及少量辉铋矿（图3C, D），并且主要与磁黄铁矿共生（图3A），形成明显晚于黄铁矿（图3B）。这表明五龙金矿成矿流体中的铋（碲）熔体形成于相对还原的磁黄铁矿阶段。五龙金矿含金石英脉中不同硫化物的δ³⁴S分异不明显（图1C），磁黄铁矿阶段石英流体包裹体中出现还原性的甲烷，铋碲硫化合物具有Bi/(Te+S)比值均大于1，这些特点一致指示了成矿流体具有还原性的特点。成矿流体中铋（碲）熔体的出现以及萃取富集金的过程，均与流体还原作用密切相关。

　　该研究结果表明，华北克拉通辽东地区的五龙金矿可能是幔源流体成矿的典型代表。此外，华北克拉通其他地区的金矿（例如胶东），其成矿流体特征不同于五龙金矿，这种差异是继承于地幔源区、还是岩浆-流体作用过程不同而导致的，需要进一步工作来探究。

　　该研究受国家重点研发计划课题（2016YFC0600103）的资助，研究成果近期发表于《Ore Geology Reviews》上。

　　相关信息：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.

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2021.104047

　　　　（中国科学院矿物学与成矿学重点实验室供稿）