氟是地球上电负性最强的元素，能跟几乎所有的元素发生反应，从而深刻影响地球深部物质的物理化学性质和关键元素的迁移、循环乃至成矿；氟同时也对气候和环境有着显著的影响，其化合物气体的温室效应强于二氧化碳100-20000倍，导致的地方病则危害全球超过5亿人。氟也是现代生活不可或缺的元素之一，在化工、医药、能源、材料、国防军工等方面有着广泛的用途；萤石作为氟的主要矿产，因而被我国、欧盟和美国等国家纳入关键矿产资源名单，甚至有地矿专家呼吁，我国应像重视稀土那样重视萤石！

　　华南是世界重要的稀有金属成矿区，也是氟异常富集的区域，发育有大量高氟岩浆岩（如高演化花岗岩、A型花岗岩及其他碱性岩）和萤石矿，其中萤石矿的储量占世界萤石储量的近十分之一。研究华南氟的起源和富集、成矿过程及背景，有助于我们深入了解关键元素在地球深部的分布、循环，也有助于我们深刻理解稀有金属成矿作用及相关岩浆岩的形成过程。为此，中国科学院广州地球化学研究所博士研究生严海波在丁兴副研究员和孙卫东研究员的指导下，对全球萤石矿的时空分布，尤其华南萤石矿的分布进行了多方面调研，获得了如下认识：

图1 世界萤石矿的时空分布图

　　（1）全球18万处萤石矿(点)的时空分布显示，萤石矿主要产于新、旧俯冲带上，其中环太平洋带的萤石矿占世界总储量的40%左右（图1）。这暗示氟的富集和成矿作用与板块俯冲有着密切的联系。在此基础上，我们发现华南240余处晚中生代萤石矿大多可被划入三条绵延700~1100 km的萤石矿带（图2）。由于单个萤石矿可能形成于地壳浅层的流体循环，但成带或线性分布的萤石矿带只可能形成于板块俯冲或大陆裂谷环境。因此，进一步肯定了板块俯冲对华南氟超常富集及成矿作用的贡献。

图2 华南萤石矿时空分布及其矿带划分简略图

　　（2）考虑到俯冲带弧前及弧岩浆岩相对低氟，因此俯冲板片在弧前和弧下的脱水大多形成贫氟流体，这类流体助熔岩石圈或由此导致的地壳浅层岩浆、流体活动很难供应萤石矿带所需的巨量氟，除非壳内原有岩石已发生过氟的超常富集。而俯冲板片脱水形成富氟流体需要涉及硬柱石、蛇纹石、多硅白云母、磷灰石等富氟矿物的分解（图3）。这类矿物在普通冷俯冲过程中通常在250~330 km深度才能分解，由于过高的深度，氟从深部迁移至浅部的过程中不易于聚集，很难形成大规模的氟富集和萤石矿带；相反，这类矿物能够在热俯冲或板片回卷中发生热解，该过程可存在于较浅的深度，利于氟从深部迁移至浅部。因此，我们提出热俯冲和板片回卷是俯冲带形成大规模萤石矿带的主要机制，而含氟的碱性岩浆、超临界流体、含氟气体是氟迁移的主要介质。

　　（3）鉴于华南晚中生代萤石矿及相关岩石的产状、特征及时空分布，我们提出，中晚侏罗世的两条萤石矿带可能形成于（古）太平洋板块平板俯冲后的两次北东向回撤，而早白垩世的萤石矿带则可能形成于太平洋板块北西向的高角度热俯冲。其中，板片释放的富氟流体、幔源的碱性岩浆以及由此导致的壳内岩浆、高温热液活动在中晚侏罗世萤石矿带的形成中扮演了关键作用；而对于早白垩世萤石矿带而言，除了上述过程，弧下贫氟流体及浅层断裂控制的低温流体活动也发挥了重要作用。

　　（4）对于稳定的板块而言，其上的萤石矿带的展布方向很可能垂直于下覆俯冲板块的运动方向，因此，萤石矿带可作为重建板块运动历史和轨迹的矿床探针；而华南萤石矿带的时空分布暗示（古）太平洋板块俯冲过程在晚侏罗-早白垩世经历了重大转变。

图3 榴辉岩相俯冲板片中富氟矿物的P-T稳定区间图（a）和不同俯冲背景下富氟区域及岩浆弧的空间关系示意图（b）

　　本研究为晚中生代（古）太平洋板块与上覆欧亚大陆之间的相互作用提供了新的认识，同时也详细刻画了F的起源、迁移、富集与板块俯冲的潜在联系。研究成果近期发表于国际知名期刊《Ore Geology Reviews》上。该成果获得了国家重点研发计划项目（2016YFC0600204, 2016YFC0600408）、中国科学院战略性先导项目(XDB42000000)和广东省基础与应用基础研究重大项目(Grant No. 2019B030302013)等项目的资助。

　　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.

(同位素地球化学国家重点实验室供稿)