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克拉通地壳含有丰富的金属矿藏，如金、铜和稀土，其下是富含挥发性碳、硫和水的厚地幔岩石圈。尽管已知挥发物是成矿作用的关键成分，但它们在克拉通岩石圈地幔中的分布方式和位置以及它们在金属初始富集中的作用尚未得到充分探索。2025年1月8日，中国地质大学（武汉）陈春飞团队在Nature在线发表题为“Sulfide-rich continental roots at cratonic margins formed by carbonated melts”的研究论文，该研究收集了全球克拉通橄榄岩的硫和铜含量，确定了克拉通边缘160-190公里深处富硫化物和富铜的大陆根源。
新的高压实验表明，来自软流圈的碳酸盐化硅酸盐熔体在与岩石圈橄榄岩反应过程中失去了硅酸盐组分，演化为碳酸盐化熔体，并在克拉通边缘富集。在此过程中，随着熔体中二氧化硅含量的减少，熔体中硫的溶解度大大降低，迫使硫化物沉淀，并在地幔岩石圈底部形成富含硫化物的大陆根。碳酸盐熔体向克拉通边缘的迁移为那里的大陆根部补充了硫，解释了岩浆金属矿床与靠近克拉通边缘的碳酸盐岩的共存。这些发现突出了碳酸盐熔体在成矿中的重要作用，并为金属矿勘探提供了一个潜在的平台。
克拉通的特征是作为独立单元的厚地幔岩石圈和构造不活动，至少在过去的20亿年中是如此。岩石圈地幔占克拉通厚度的80%以上，对大陆的地形表现、挥发物的储存以及钻石和金属矿床在地壳中的位置具有重要的控制作用。多种金属矿床类型，包括镍、铜和铂族元素(PGEs)，分布在具有厚地幔岩石圈根的克拉通边缘。尽管克拉通地幔岩石圈是一个巨大的挥发库，碳、硫和水占岩石圈总量的45%以上，但挥发物在成矿作用和地壳金属矿床形成过程中的作用尚未明确确定。碳酸岩的丰度显示出与克拉通边缘的关联与岩浆硫化物矿床的关联相似,但这种关联的原因尚不清楚。由于岩石圈厚度的阶梯，克拉通边缘经常是边缘驱动对流和热软流圈地幔活跃上涌的场所，并且在随后的构造-岩浆事件中容易再活化和断裂。在软流圈物质沿着岩石圈底部的反转山谷流动的减压过程中，熔融发生，初始的富含挥发物的熔融物优先向克拉通边缘迁移，将H2O和二氧化碳集中在岩石圈底部附近。然而，硫的命运却鲜为人知。碳酸岩、硫化物矿床和克拉通边缘之间的空间关系（图源自Nature）该研究通过对碳酸岩、硫化物矿床和克拉通的时空相关性分析，发现克拉通边缘区域同时富集火成碳酸岩和岩浆硫化物矿床，硫化物矿床与碳酸岩通常具有时空一致性，表明由碳酸盐熔体迁移形成的富硫化物大陆根控制了岩浆硫化物矿床的分布。该研究揭示了硫化物矿床与碳酸岩之间的成因关系，发现了克拉通边缘的富碳酸岩区域是关键金属的富集地，这一发现为未来矿产资源的勘探和开发提供了科学依据和重要方向。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08316-w
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