显生宙造山型金矿床主要分布于俯冲带大陆边缘，其成矿过程通常与岩石圈地幔的交代作用密切相关。然而，金元素如何从地幔深处释放迁移至地壳并最终富集成矿，一直是地球科学领域的重要难题。岩石圈地幔的交代作用通常与板块俯冲过程有关。洋壳俯冲可以将金元素从板片迁移至上覆地幔，但蚀变洋壳的交代作用会氧化地幔并导致部分熔融，使金元素向熔体或流体中运移。因此，洋壳俯冲通常不会导致金的富集，反而会使地幔中的金逐渐亏损。相比之下，富含有机质的陆源沉积物俯冲会形成还原地幔，促使金元素逐渐富集。然而，在还原地幔中，金元素往往与硫化物结合，保留在地幔中，无法迁移至地壳成矿。因此，金矿床的形成与壳幔相互作用的具体过程尚不清楚。煌斑岩是由岩石圈地幔的低程度部分熔融形成的，并与全球范围内的金矿床密切相关。它们与金矿床来自同一地幔源区，因此成为研究地幔交代作用与金成矿机制的理想对象。由于海相沉积物、陆源碎屑沉积物和地幔的锂同位素组成差异显著，锂同位素成为揭示俯冲作用和地幔交代的有效示踪剂。

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院邱昆峰教授、邓军教授联合国内外合作者以胶东金矿省为研究对象，结合野外地质调查和前人研究，针对该地区十余个金矿床，系统开展花岗岩、基底变质岩和煌斑岩的锂同位素研究，取得了以下重要认识：

1.胶东煌斑岩明显富集重锂同位素，相较全球煌斑岩具有独特特征。这表明古太平洋板块俯冲过程中，海洋碳酸盐循环至其地幔源区，引发地幔氧化，提供了岩石圈地幔氧化的直接证据。

2.胶东岩石圈地幔经历了两个独立的交代事件：早期由俯冲的含金陆源沉积物主导，形成了一个富含金的还原性地幔；而后，海洋碳酸盐的加入导致地幔氧化，促使金元素从硫化物中释放。

3.挥发分物质能够有效地从地幔中释放并转移金元素，但如果地幔源区的金含量较低，生成的流体或熔体中金的富集程度将受到限制。因此，形成大型金矿床需要金元素在岩石圈地幔形成预富集，并通过氧化作用充分释放，从而迁移至上覆地壳成矿。

这项研究为岩石圈地幔氧化在金迁移中的关键作用提供了地球化学证据，并揭示了俯冲碳酸盐在该过程中扮演的重要角色。研究结果不仅为全球其他金矿床的形成机制提供了新的科学视角，还展示了锂同位素分析在矿床成因研究中的广泛潜力，为未来的矿产勘探提供了新的理论工具和方向。

图1  锂同位素组成（δ⁷Li）与锂含量关系图，显示胶东煌斑岩具有偏重的锂同位素组成，指示循环碳酸盐对其地幔源区的影响

图2  锂同位素组成与钕同位素组成（εNd）关系图，揭示胶东煌斑岩的地幔源区受到两次交代事件的影响

图3  （A）不同类型岩体氧逸度（△FMQ）对比图，显示胶东煌斑岩具有高度氧化的特征;（B）胶东煌斑岩Sr、Au含量和Au/Cu比值数据统计图，显示胶北地区岩石圈地幔具有相对更高的金含量

本研究受到国家自然科学基金（42130801，42261134535）、国家重点研发计划（2023YFF0804200）、深时数字地球前沿科学中心“深时数字地球”中央高校科技领军人才团队项目（2652023001）、和111 计划（BP0719021）联合资助。发表在国际权威期刊《Science Advances》：Kun-Feng Qiu*, Rolf L. Romer, Zheng-Yu Long, Anthony E. Williams-Jones, Hao-Cheng Yu, Simon Turner, Qing-Fei Wang, Shan-Shan Li, Jing-Yuan Zhang, Hao-Ran Duan, Jun Deng*, 2024, The role of an oxidized lithospheric mantle in gold mobilization. Science Advances, 10, eado6262. [IF2023= 11.7]

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ado6262