中科院科学家研究揭示大湖塘成矿区的深部结构及可能的成矿过程

来源：中国高科技

作为世界级的多金属矿床，位于赣西北的大湖塘成矿区的成矿规模及形成机制引发学界广泛关注。已有大量针对该区域地球化学特征和成矿作用的研究，例如，同位素定年及矿物学的研究认为该区的成矿表现为晚中生代（燕山期）的构造岩浆热液成矿事件，成矿的物源和热源可能由晚中生代岩浆侵入新元古代九岭花岗岩围岩的过程提供，且流体和氧逸度在成矿过程中发挥重要作用。尽管华南地区有较多大尺度的地球物理成像，但针对大湖塘成矿区的深部结构仍无较详实的研究资料。近年来发展的基于密集台阵的天然地震学方法可精细刻画近地表及地壳尺度的速度结构、泊松比结构，这些深部结构可能有利于解译该区的成矿机制。

为了获得大湖塘多金属矿床的深部结构及可能的成矿机制，2018年10月，中国科学院科学家团队——广州地球化学研究所博士生张周和特任研究员邓阳凡在跨大湖塘矿区布设50台短周期地震仪器，构建了台间距~2 km的线性密集地震台阵（图1）。研究人员利用密集台阵采集得到的地震数据开展了背景噪声成像、接收函数分析和联合反演等工作，对大湖塘矿区下方的多尺度剪切波速度结构、Vp/Vs值和莫霍面深度进行了估计。

多尺度剪切波速度（图2a,b）的分布显示，大湖塘矿区所在区域存在上地壳低速、中下地壳高速的模式。研究人员通过重力正演计算，认为这种速度分布的特征与大湖塘矿区低的重力异常相互匹配；相对矿区外部，Vp/Vs值在矿区内部有较高的特征。此外，联合反演的结果和接收函数H-κ叠加的结果（图2a,b）均显示沿密集台阵莫霍面的深度从南到北逐渐加深，这可能与晚中生代西太平洋板块俯冲造成的伸展环境有关。

依据上述结果，研究人员提出大湖塘多金属矿床壳幔尺度的可能成矿模式（图2c）。该模式认为，在晚中生代岩石圈拉张减薄的背景下，上地幔热源的作用导致下地壳底部物质出现部分熔融。热的熔体向上迁移并发生分异过程，高密度物质在中下地壳冷却形成地震学观测到的高速区域；低密度的组分侵入新元古代花岗岩中，形成晚中生代的花岗岩体，为钨铜钼锡多金属矿的进一步富集提供了热源及物质来源。

广州地化所硕士生宗建业、研究员姚军明和陈华勇是该研究的合作者。相关研究成果以An array based seismic image on the Dahutang deposit, South China: Insight into the mineralization为题，发表在Physics of the Earth and Planetary Interiors上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等的支持。

图1.（a）研究区所处位置和区域地质简图（改自Zhang et al，2018），红色方框标记了该研究的研究区域。（b）研究区地形底图，带黑线的浅蓝色三角形表示布设的地震台站，蓝点表示大湖塘矿区的采矿点，蓝线表示断层（Deng et al.，2003），黑色虚线（标记JSF）表示扬子地块和江南造山带之间的地质边界（Yao et al.，2013）。缩写：DHT：大湖塘矿床，JSF：九江-石台断裂，TWF：铜鼓-武宁断裂，JJF：九江-靖安断裂，YJF：宜丰-景德镇断裂

图2.（a）联合反演得到的沿测线剪切波速度。（b）单独面波反演得到的沿测线剪切波速度。图的顶部显示了地形（棕色线）和布格重力异常（蓝线）。红色箭头表示较大的低重力异常值，蓝色三角形表示断层（JJF和TWF），黑色三角形表示地质边界（JSF），带白线的红点表示H-κ叠加得到的地壳厚度，底部的黑色圆点表示联合反演的点。（c）大湖塘矿区可能的成矿机制示意图。晚中生代岩石圈伸展减薄过程为下地壳的熔融提供了热源，岩浆向上迁移并分异。致密组分在中下部地壳冷却形成高速区域。轻的组分在晚中生代侵入新元古代形成的花岗岩中，为大湖塘地区钨铜钼锡多金属矿的富集提供了热源和物质来源