GCA: 地球''钨(W)''储库探究：对壳-幔W同位素循环及在W矿的应用潜力

编者语: 近年，随着W同位素分析方法的建立与应用，无论是对各地质单元W同位素储库的了解，还是地质过程中W同位素与其含量变化内在机理的理解，都提供了一种新的认识途径和方式。本文对地壳和地幔岩石内主要矿物相和蚀变组合的W和高场强元素进行了原位浓度和全岩W浓度测定，探讨如何利用W同位素反演岩石成因。

        我国华南地区具有极其丰富的W矿产，是否可以利用钨矿中的W元素及同位素来示踪物质来源，对矿产成因机制进行制约？如何推广应用到全球不同类型的钨矿床上呢？还有许多科学问题值得进一步深入探究。

        近年来，W同位素比值的高精度测量成功地检测出一些冥古宙-太古宙岩石中微小的W同位素异常，使得对地球早期演化过程的探测成为可能。然而，当用W同位素数据去理解与这些岩石形成有关的地球动力学过程时，关键在于评估测得的W含量和同位素组成是反应了原岩还是受到了次生输入/移动的影响。理解熔融与交代过程中W是如何在不同矿物间分配的关键，在于理清W在这些过程中可能的源与汇。此外，理解地壳和地幔中W主要的寄主岩石对约束W在壳-幔地球化学循环中是如何被循环与存储的也至关重要。

图1 地幔和地壳岩石原位矿物W浓度 

 

        针对上述科学问题，中国地质大学（北京）“ 刘金高教授与其合作者，对地壳和地幔岩石内主要的矿物相和蚀变组合的W和其它高场强元素（HFSEs）进行了原位浓度测量（图1）和全岩W浓度测定，取得下述新认识： 

图2 片岩和角闪岩矿物元素原始地幔标准化分布

        （1）对片麻岩、角闪岩以及未受强烈交代影响的基性、超基性岩，全岩W含量主要赋存于造岩矿物中，而对受交代作用影响的超基性岩，W大量寄生在颗粒边缘或存在于隐藏的含W微相中（图2-6）。

图3  麻粒岩矿物元素原始地幔标准化分布图

        （2）对经历了后期W富集/蚀变的岩石，其W同位素组成可能不一定代表了其地幔源区，可能主要反映后期输入。

图4 不同辉石岩矿物元素原始地幔标准化分布图

        （3）岩石圈地幔具有储存大量W的潜力，巨厚的大陆岩石圈地幔储库可作为地壳中W矿化的W源，并通过富W熔体/流体的渗滤来实现。

图5 不同方辉橄榄岩矿物元素原始地幔标准化分布图

        （4）地球化学性质相关联的W、Nb、Ta等元素，在壳-幔岩石中具有不同的分布特征（图7），使利用这些元素示踪壳-幔物质循环成为可能。

 图6 不同岩石矿物元素原始地幔标准化分布图

        该项研究的核心贡献在于，用大量数据揭示了W在不同岩石中的活动性，提出只有在确定岩石中的W含量和W同位素组成能够反映其原岩组成特征的基础上，才能利用岩石W同位素组成反演与岩石成因密切相关的地球早期演化过程。

图7  壳-幔岩石及矿物W/U与Nb/Ta和W含量关系图

        基于该文研究，编者认为W同位素及其原位微量元素联用，对于我国W矿床乃至全球不同类型W矿物质来源的限定，可能会提供一种新的途径和认识。

上述成果发表在著名国际地球化学领域期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Liu, J.G.*, Pearson, D.G., Chacko, T., Luo, Y., 2018. A reconnaissance view of tungsten reservoirs in some crustal and mantle rocks: Implications for interpreting W isotopic compositions and crust-mantle W cycling. Geochimica et Cosmochimica Acta 223, 300-318.链接：https:///10.1016/j.gca.2017.12.015