研究亮点

碎屑锆石 Th/U 比值低于 0.7 表明其赋矿围岩中存在独居石；

赋矿围岩中的独居石指示了有利于造山型金矿床形成的压力—温度（P-T）条件；

造山型金矿床的赋矿围岩需要中等程度的地幔贡献（50%-75%）。

关键词

造山型金矿床

碎屑锆石

独居石

中亚造山带

文章摘要

造山型金矿床是全球最重要的金矿床类型之一，但其成因模型长期存在争议。传统观点认为，成矿流体主要来源于变质岩的脱水反应，围岩类型对金矿的分布影响较小。然而，在中亚造山带（Central Asian Orogenic Belt, CAOB）中，金矿床的空间分布却显示出明显的区域规律，暗示围岩及深部物质组成可能在成矿过程中扮演了更为重要的角色。

针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所曹根深博士在其导师陈华勇研究员的指导下，利用大规模地球化学与同位素数据库，对中亚造山带的造山型金矿床进行了系统分析。研究整合了97088条碎屑锆石U-Pb年龄数据与12757条Hf同位素数据（图1），并采用统计学（Kriging）插值方法及空间自相关分析（Moran’s I），绘制了区域Th/U比值与幔源成分的空间分布图（图2）。为定量评估围岩中幔源物质的比例，研究采用基于Hf同位素的二端元混合模型，进而探讨围岩性质与金矿床定位之间的关系。研究取得的具体认知如下。

（1）独居石是造山型金矿床的重要成矿指示矿物。研究表明，大多数造山型金矿床分布于碎屑锆石Th/U比小于0.7的区域（图2），指示围岩中存在独居石。独居石结晶通过其高Th分配系数优先富集Th，导致Th/U比下降，并影响碎屑锆石中的Th含量。由于独居石的结晶温度低于714 °C（图3），通常表明围岩经历了低级变质作用，这与低变质条件及流体-岩石相互作用密切相关。因此，围岩中的独居石可能促进了金的沉淀与金矿化过程。

（2）围岩适度的幔源物质输入有利于造山型金矿床形成。研究表明，当围岩的幔源物质贡献约为50%~75%时，造山型金矿最为集中。幔源物质的引入可为围岩提供丰富的Fe、Mg元素，使成矿流体中的金（主要以Au(HS)₂⁻络合物存在）更易析出。反应机制可简化为：

Fe2++2HS-→ FeS2(s)+ H2(g)

该反应降低了溶液中HS⁻的浓度，从而使金络合物不稳定并沉淀金。

（3）造山型金矿床的形成与构造演化密切相关。研究发现，CAOB造山型金矿床的成矿高峰期为200–350Ma，略晚于大陆碰撞高峰（图4）。碎屑锆石年龄集中在250–500Ma，比造山型金矿床形成时间接近但略早，且Th/U比值变化趋于平稳且普遍小于0.7（图4），表明这些锆石所代表的物质可能为造山型金矿床围岩的主要来源。研究推断，相关围岩形成于汇聚构造环境，而过高的幔源比例（例如后碰撞伸展背景）则不利于造山型金矿床的形成。

综上所述，本研究首次在区域尺度上揭示了碎屑锆石Th/U比值、Hf同位素幔源成分与造山型金矿床分布之间的定量关系。研究成果不仅深化了对造山型金矿床流体—围岩—深部物质相互作用机制的认识，也为区域地球化学找矿提供了新的数据支撑与判别体系。提出的“Th/U–Hf同位素双指标模型”为大数据驱动的金矿床预测提供了新的研究思路。

图1.中亚造山带简化构造图和碎屑锆石样品以及主要造山型金矿床位置

图2.中亚造山带碎屑锆石Th/U比值和幔源贡献同位素填图

图3.变质锆石和岩浆锆石Th/U比值与温度变化的关系

图4.中亚造山带造山型金矿床和碎屑锆石年龄分布图

原文信息

Monazite as an indicator for orogenic gold deposits: Constraints from detrital zircon Th/U ratio and isotope data in the Central Asian Orogenic Belt

Genshen Cao,Huayong Chen

https://doi.org/10.1016/j.gsf.2025.102155

Compared to typical orogenic gold deposits, the relationship between the host rocks and orogenic gold deposits in the Central Asian Orogenic Belt (CAOB) appears less pronounced. This study complies a dataset of 97088 U-Pb and 12757 Hf isotopic detrital zircon analyses, employing a combination of mapping and statistical analyses techniques, to investigate the connection. Results show that regions with a Th/U ratio below 0.7 and a mantle contribution calculated ranging from 50% to 75% are favorable zones for the localization of orogenic gold deposits. The findings indicate that the presence of monazite, along with a certain input of mantle material into the host rocks, is a favorable factor for the formation of orogenic gold deposits. Moreover, the host rocks of orogenic gold deposits predominantly form in convergent tectonic settings. This study not only reveals the relationship between orogenic gold deposits and host rocks, but also offers valuable exploration implications in CAOB.