崔路凯，牛 霆，谢 伟，高路恒

(1.东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌330013;2.核工业二0三研究所，陕西 西安712000;3.浙江省第一地质大队，浙江 杭州310016;4.西北大学地质学系，陕西 西安710069)

Rodder在1965年首次发现地幔岩中原生和次生两类CO2流体包裹体，到70年代Tounet在挪威南部麻粒岩中发现大量富CO2的流体包裹体，人们对地幔流体的研究便日益加深。地慢不均一性是地球化学领域中的一个极富争议的问题，而大量存在于碱性岩和金伯利岩中捕虏体的岩石学及地球化学研究表明，地慢流体的参与是产生岩石圈内同位素与地球化学不均一性的最重要机制(樊祺诚等，1992;肖庆辉等，1995;张鸿翔等，2000)。地幔流体是一种重要成矿介质，因与幔源流体有关的矿床具有丰富的深源流体贮存库，可携带大量成矿物质，并且成矿时间的长期持续为大型、超大型矿床形成奠定了物质基础，因而研究地幔流体成矿作用是大型、超大型找矿工作有所突破的有效途径。

1 地幔流体的基本特征

地幔流体是由富含地球内部原始的气体元素(如He、Ar等)和富挥发份(如地幔CO2、陨石S、深源H2O等)组成的气体、稀溶液和挥发份饱和的富碱(K、Na、Li等)硅酸盐熔体。

1.1 地幔流体的物理化学性质

临界态的地幔流体物理化学性质具有独特的溶解和输运能力，极强的渗透能、化学反应能及反应速度极高的热容、萃取能力和分相不混溶性(邓平等，2003;邓平，2005;刘慧卿，2011)，是地球内部能量与物质向外传输的重要载体，其化学组成随地幔演化过程的不同而具有明显的差异;可划分出上地幔原始流体和交代作用流体等，上地幔原始流体组成与地幔源区密切相关，似原始地幔源区以CO为主，其次为CO2、H2，亏损地幔源区以CO2为主，其次为CO、H2，富集地幔源区含有较高的H2;中国东部上地幔交代作用过程中存在以CO2为主的再循环地壳交代流体;地幔流体自身含有一定数量的CH4和C2H6等烷烃组分及重烃组分，包括一定数量的原始烷烃组分;地幔流体含有较高的H2和热量，可为有机质生烃作用提供充足的氢源、热源及运移源动力(张铭杰等，2006)。

1.2 地幔流体的地球化学性质

研究地幔流体地球化学的重要性质是多方面的(曹荣龙1996)，主要包括:(1)易溶于硅酸盐熔体。这是因为地幔挥发分具有高的熔体/固体分配系数。尤其对富碱的硅酸盐熔体更是如此。从而促进低熔点并饱和挥发分的富钾原始岩浆(金伯利岩、钾镁煌斑岩及富碱熔岩等)以及地幔交代熔体的形成。(2)对于微量元素的高的溶解度，如大离子半径亲石元素(Ca、K、Rb、Sr、Na)和高价阳离子和稀土元素(Ta、Nb、Ti、LREE)等。因为绝大部分不相容元素和活动元素具有很高的流体/固体分配系数。所以，地幔流体对于弱亏损或富集地幔中的“杂质元素”起清扫净化作用。(3)地幔流体具有使溶质及各种微量元素沉淀、聚集的特性，即再沉淀作用。地幔流体和地幔熔体通过地幔交代作用使已亏损的地幔重新获得活动元素和不相容元素的补给和充填，导致地幔富集事件。

1.3 地幔流体的类型

地幔流体在地球内部垂向上的分布将其分为4个类型(杜乐天1989)，自下而上或由内向外分别是:①氢流;②氢型幔汁(H－HACONS流体);③碱型幔汁(A－HACONS流体);④氧型幔汁(O－HA－CONS流体)。此外，路凤香(1996)则将地幔流体划分为:①超深流体;②软流层起源的流体;⑤与幔源岩浆有关的晚期流体。

2 地幔流体的来源及源区

2.1 俯冲板块发生的脱水脱气

新元古代以来，壳幔的循环机制由地壳底板垫托作用转为板块的俯冲作用，大陆增生模式由垂向增生向水平增生过渡。洋壳俯冲作用过程中，大洋岩石圈弯曲形成的构造盆地诱导了深海沉积物及洋壳玄武岩进人俯冲带，俯冲板块发生的脱水脱气作用是地幔流体产生的一个重要原因。俯冲板块使大量的水进人了更深的地幔环境，这些水可能以含水矿物或自由水的形式到达地幔不同深度，甚至加人到了软流圈中的物质循环。由于俯冲作用为显生宙以来最主要的壳幔循环机制，俯冲带也就成为地慢流体最为活跃的场所。根据活跃的程度，及其形式及控制条件归纳如表1。

2.2 地幔原始残留挥发份及地幔熔融作用

地幔环境为受多因素控制的非平衡地球化学状态，存在着流体运移(包括对流、扩散)、交代及地幔熔融作用等活跃的物理化学因素，在非平衡条件下将产生非线性的地球化学自组织现象，挥发份的存在与地幔熔融这两者互为作用，按协调论的观点，这一过程将发生正反馈现象。在地幔熔融过程中，存在于地幔环境中的 H2O、CO2、S2－(指与重金属离子构成硫化物赋存于深部地慢或地核中的S2－)、气态的C和N逃逸出来，它们往往高度溶/熔解于地慢硅酸盐熔体中，从而形成性质独特的地慢熔体/流体。

表1 俯冲带脱水脱气作用的形式及控制条件 (据张鸿翔等，2000)

2.3 地幔流体的源区

通过对稀有气体的He－Ar同位素体系研究表明，地幔流体主要有3种源区:①地幔柱型源区;②洋中脊玄武岩型源区;③岛弧型源区。此外，地幔流体尚受两个浅部源区组分的混染，即④大气圈型源区;⑤地壳型源区(Kaneoka等1985)。

3 地幔交代作用

Bailey(1970)最早定义地幔交代作用是指在不发生部分熔融的情况下，通过流体(富H2O或富CO2流体)与地幔岩石或矿物相互作用而发生的物质带入、带出现象。

Hart(1987)认为地慢交代作用是指外来新物质的加入造成地慢岩石成分富集变化的过程。他明确提出，虽然在大多数情况下交代渗透的物质是富H2O或CO2流体，但熔体也可使岩石发生交代作用，这种熔体渗透交代不同于简单的熔浆挤入以及由此引起的原始岩石与熔体之间相互作用造成的浸染现象。并且将地幔交代作用分为两种:①金伯利岩型;②碧玄岩型。

目前，大多数学者所谈的地慢交代作用，是指由于熔体或流体的介入使地慢岩石化学组分发生富集并最终导致地慢化学不均一的过程(徐学义，1996)。

地幔中不同温度压力下发生的地幔交代作用往往伴随着不同的交代矿物。Bailey认为在高压低温下(类似于金伯利岩形成条件)碳酸盐是最可能出现的矿物;而在高温低压下(类似于碧玄岩形成条件)单斜辉石是最可能出现的交代矿物。金伯利岩、黄长岩及其中的地幔捕虏体中的含水矿物主要为金云母。碧玄岩浆及其中的地幔捕虏体含水矿物主要为角闪石，暗示了碧玄岩浆起源于地幔较浅部位。总之，交代矿物的温压条件直接反映了交代作用发生的温压条件。

4 地幔流体成矿作用

地幔流体的成矿作用愈来愈引起人们的关注，因为地幔流体具有充足的物质储备、庞大的流体库和稳定的热源供给，具备形成大型、特大型矿床的必要条件。我国也开始逐渐开始重视其研究，并取得了一定成果。曹荣龙等(1994)认为内蒙古白云鄂博稀土矿是一个国内外罕见的地幔流体交代矿床。曹荣龙等(2000)新疆尉犁县且干布拉克超大型蛭石矿则是地幔流体交代成因的非金属矿床。孙月丰等(1995)和毛景文等(2002)认为幔源C－H－O流体在胶东金矿成矿过程中具有重要作用;毛景文等(1997)系统论证了湖南万古金矿床是一例以地幔流体为主形成的金矿床;胡瑞忠等(1999)通过云南老王寨、墨江和大坪金矿流体包裹体中He－Ar同位素研究后认为地幔流体参与了金矿成矿作用;赵葵东等(2002)对广西大厂锡矿中黄铁矿的He－Ar同位素研究也认为该矿床的形成有地幔流体的加入。

4.1 成矿作用特征

据刘丛强(2001)，地幔流体成矿作用具有如下特征:具有深大断裂构造背景;有地幔来源岩浆活动伴生;形成大型、超大型矿床或矿集区;成矿流体和成矿物质具有多源特征;围岩蚀变以碱交代蚀变作用为特征;成矿流体的氢、氧同位素组成相似于原始岩浆水值，气相组分以 H2O和 CO2为主;成矿温度较高，多以中高温热液矿床为主。

地幔流体成矿表现形式:地幔流体本身成矿;地幔流体提供成矿物质;地幔流体提供成矿流体;地幔流体提供碱质和硅质;地幔流体提供热源。

4.2 成矿方式

地幔流体是通过大型超壳断裂带、韧性剪切带或所谓的幔柱构造上侵，并在这些构造(带)中发生成矿作用的。根据地幔流体在成矿作用中所起的重要性进行理想地划分为3种:①地幔流体交代地幔岩石，促使某些贵金属元素富集成矿;②地幔流体溶解地幔物质形成含矿溶液并迁移至浅部成矿;③地幔流体交代地壳物质，激发、活化地壳中的成矿元素，导致地壳物质成矿。实际情况远远比这个复杂，成矿过程可能是以一种方式为主，也可能是多种方式联合作用(丁振举，1997;刘慧卿，2011)。

5 结语

地幔流体具有充足的物质储备、庞大的流体库和稳定的热源供给，具备形成大型、特大型矿床的必要条件。因而对地幔流体的研究，也是对于寻找大型矿床的有效突破途径。地幔流体的成矿原因是非常复杂的，对于在高温、高压等条件下的流体，很多条件结论都存在推测，影响了对地幔流体成矿的理解。总的来说，地幔流体的成矿研究是一个具有很大前景的研究领域，通过对基础研究的加深，才能在以后使地幔流体的研究到达新的高度。

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