GSA Bulletin: 磷灰石“矿物探针”示踪造山型金矿床精细成矿过程

造山型金矿床是全球最重要的金矿类型之一，极具经济价值，受矿业界和学术界的高度重视。由于该类型矿床中一般经历了复杂的多期/多阶段成矿过程且普遍缺乏合适的定年矿物，其成矿时代和成矿过程一直是关注热点和研究难点。

磷灰石是一种常见的副矿物，广泛分布于各种岩浆岩、变质岩和热液矿床中。其特殊的晶体结构可容纳包括稀土、Y、Sr和Mn等元素在内的复杂微量元素的替换，是示踪岩浆演化和热液成矿过程中微量元素和同位素地球化学行为的理想载体。此外，磷灰石中含有较高的U和Th含量，常被用于各类地质事件的U-Pb年代学研究。因此，磷灰石的精细结构和微区元素-同位素特征可以有效示踪热液矿床的形成过程和相关的物理化学条件，是研究矿床成因和成矿过程的理想“矿物探针”。

最近，中国地质大学（武汉）资源学院和紧缺战略矿产资源协同创新中心蒋少涌教授团队的马盈博士，利用磷灰石“矿物探针”的方法，结合多种高精度微区分析手段，对位于我国华夏地块武夷山成矿带的双旗山造山型金矿床中的磷灰石开展了精细的微区结构-元素-Sr同位素研究，取得如下主要认识：

（1）根据阴极发光和微量元素特征，双旗山矿床变质和热液含金石英脉中发育三种类型的磷灰石（图1）：Ap1形成于成矿前变质阶段，Ap2和Ap3在热液成矿阶段形成。Ap1富集中稀土，具有显著的负Eu异常，表明其是从Eu²⁺占主导地位的相对还原的变质流体中直接沉淀形成（图1）；与金和含金硫化物紧密共生的Ap2和Ap3具有正Eu异常，显著区别于变质磷灰石（图1）。

图1双旗山矿床不同类型磷灰石的岩相学与稀土元素组成特征

（2）磷灰石U-Pb年代学结果显示，双旗山变质石英脉和含金热液石英脉分别形成于~461 Ma和~425 Ma（图2）。锆石U-Pb定年数据表明，矿区的花岗岩的侵位年龄为439 Ma，基性岩脉主要形成于427 Ma。因此，双旗山金矿化分别比区域变质事件和矿区花岗质岩浆活动晚35和14 Ma。金矿化与基性岩浆活动之间时间上的耦合可能从侧面印证含金热液流体具有地幔来源。

图2双旗山矿床变质（A）与热液磷灰石（B）的U-Pb年龄图解

（3）Ap1的高放射性Sr同位素组成（0.7178-0.7302），反映了变质流体的Sr同位素组成；热液磷灰石具有较高的Sr含量（Ap2: 1228-2884 ppm, Ap3: 2325-3169 ppm）和显著的正Eu异常（Eu/Eu*: Ap2 = 1.0-2.8, Ap3 = 2.0-4.3），但Ap2（0.7100-0.7165）和Ap3（0.7086-0.7116）的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值较低且变化范围较大，这可能与成矿过程中热液流体与变质围岩不同程度的水-岩交换作用有关。流体-围岩相互作用可能造成了热液磷灰石中显著的正Eu异常（图3）。

图3双旗山成矿系统中磷灰石的形成和演化示意图

本研究表明，磷灰石是造山型金矿床成矿体系中变质-热液演化的有效“矿物探针”，其精细结构-年代学-元素-同位素特征可以有效约束造山型金矿床成矿体系的成矿时代和变质-热液成矿过程。该研究成果发表在地质学国际知名期刊《Geological Society of America Bulletin》上，论文第一作者为中国地质大学（武汉）的马盈博士，通讯作者为蒋少涌教授。

论文信息：

MaYing, Jiang Shao-Yong*, Hartwig Frimmel. 2023. Apatite records metamorphic and hydrothermal fluid evolution at the large Shuangqishan orogenic gold deposit, SE China.Geological Society of America Bulletin, 135, https://doi.org/10.1130/B36642.1