Роль мантии в формировании вольфрама
Вольфрам (W) — твёрдый, жаропрочный и устойчивый к коррозии металл, незаменимый в современной высокотехнологичной промышленности: от аэрокосмической и оборонной до вычислительной. Хотя его распределение по земному шару неравномерно, большинство месторождений вольфрама имеют общие геологические черты:
* тесная связь с высокоразвитыми гранитами, богатыми летучими компонентами;
* образование из расплавленных осадочных пород (анатексис) в гранитоидах, богатых вольфрамом;
* залегание в зонах за тылом или внутри плит, а не на конвергентных тектонических границах.
Эти особенности долгое время поддерживали теории о чисто коровом происхождении минерализации вольфрама.
Однако новое исследование ставит под сомнение этот взгляд, подчёркивая значительный вклад мантии в рудообразующие флюиды. Опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, исследование под руководством профессора Ян Цзехуа из Института геохимии Китайской академии наук (IGCAS) при участии члена CAS профессора Ху Жуйчжуна и профессора Чжоу Мэйфу показывает, что активность мантии играет критически важную, ранее недооценённую роль в металлогении вольфрама.
Команда учёных раскрыла ключевую загадку
Команда учёных разобралась в ключевой загадке: почему изотопы гелия (He) и аргона (Ar) в глобальных месторождениях вольфрама указывают на участие мантии в рудообразующих флюидах, даже когда связанные с ними граниты демонстрируют признаки корового происхождения. Это «изотопное разделение» никогда ранее систематически не исследовалось, оставляя роль мантии в формировании вольфрама неясной.
Для изучения вопроса исследователи проанализировали изотопы ртути (Hg), He и Ar в рудных минералах и гранитоидах из репрезентативных месторождений вольфрама в Южном Китае. Они также собрали глобальные наборы данных по Hg, He, Ar, стронцию (Sr) и неодиму (Nd) из основных вольфрамовых провинций, объединив статистический анализ, геохимическое моделирование и машинное обучение для расшифровки вклада мантии в глобальные вольфрамовые циклы.
Глобальные данные по изотопам He-Ar показывают значительный вклад мантии в рудообразующие флюиды: около 10% в месторождениях вольфрама в Южном Китае и более 40% в других местах. В Южном Китае положительные аномалии Δ¹⁹⁹Hg в богатых вольфрамом гранитоидах и долгосрочные тренды изотопов Sr-Nd в основных породах указывают на то, что откат плиты Палео-Тихого океана изменил древнюю литосферную мантию региона. Это вызвало интенсивное взаимодействие коры и мантии, что имеет решающее значение для масштабной минерализации вольфрама.
Машинное обучение выявило высокоразвитые геохимические характеристики как отличительные черты богатых вольфрамом (а не бесплодных) гранитоидов. Объединив данные по всему объёму пород, изотопные данные и распределение глобальных месторождений, команда предложила обобщённую модель: расширение, связанное с океанической субдукцией, более способствует крупномасштабной минерализации вольфрама, чем такие процессы, как континентальное столкновение или внутриконтинентальный рифтинг.
В этой модели мантия обеспечивает тепло для «деволатилизации» плиты, высвобождая He, Ar, Hg и фтор (F) в кору, что способствует дифференциации магмы и минерализации вольфрама.
Моделирование возраста Nd
Собранные модельные возраста Nd (TDM2) из глобальных гранитоидов, богатых вольфрамом, и шеелитов достигают пика в 1,8–1,2 миллиарда лет, что совпадает со сборкой и распадом суперконтинента Нуна. Как умеренно «сидерофильный» (любящий металлы) элемент, вольфрам из земного ядра, вероятно, достиг коры через мантийные плюмы в этот период, что подтверждается концентрациями вольфрама и рутений-вольфрамовыми изотопами в океанических базальтах (OIB)-подобных породах.
Примечательно, что исключительный запас вольфрама в Южном Китае обусловлен уникальным сочетанием: высокой долей предварительно обогащённой коры и интенсивной коры-мантийной взаимодействием, вызванным постсубдукционным расширением.
Исследование идентифицирует гранитоиды, сформировавшиеся 1,8–1,2 миллиарда лет назад (TDM2) в зонах постсубдукционного расширения, как объекты с высоким потенциалом. Исследователи предлагают стратегию разведки, основанную на данных, сочетающую картирование изотопов Nd, геохимические аномалии (вольфрам, олово, Zr/Hf, Nb/Ta соотношения) и машинное обучение. Перспективные регионы включают Тихоокеанский пояс (Дальний Восток России, Аляска, северо-западная Канада), Центрально-Азиатский орогенный пояс и восточный Тетийский пояс.
Предоставлено Китайской академией наук.