1月9日，我校地球科學學院陳春飛教授與長江大學劉勇勝教授、澳大利亞麥考瑞大學Stephen Foley教授等科學家合作，在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發表了題為《克拉通邊緣碳酸鹽熔體遷移形成富硫化物大陸根》（Sulfide-rich continental roots at cratonic margins formed by carbonated melts）的研究論文。陳春飛教授為通訊作者和第一作者。

該論文通過高溫高壓實驗模擬克拉通（古老大陸）邊緣深部巖漿的演化過程，發現了克拉通邊緣區域深部存在富硫化物大陸根，結合全球火成碳酸巖和巖漿硫化物礦床的時空分布特征以及地球化學統計分析，揭示了富硫化物大陸根對火成碳酸巖和硫化物礦產形成與演化的控制作用。

文章提出，克拉通邊緣火成碳酸巖分布區域很有可能是關鍵金屬資源的潛在分布區。這一重大發現，對于理解礦產資源的成因機制提供了全新的視角，同時對未來勘探關鍵金屬資源具有重要指示意義。

全球碳酸巖、硫化物礦床和克拉通分布特征

隨著科技進步和產業升級，當前對銅、稀土等關鍵金屬的需求已大幅超出供應能力，這種供需關系迫使研究者將目光投向尚未充分探索的區域，尋找不同地質過程中形成的新資源。

克拉通是最為古老和穩定的、成碗狀結構的大陸板塊，是大陸最厚的區域，也是重要的礦產儲藏區，尤其是金屬礦藏和能源礦藏。此外，克拉通由于長期的地質演化和深部熱力學過程，成為深部揮發性物質（如碳、硫及其他氣體）的富集地。

盡管揮發性物質在金屬礦產的形成過程中發揮著關鍵作用，克拉通地區揮發性物質與金屬礦產之間的聯系一直沒有得到足夠重視，亟需進行深入研究。

起源于克拉通之下、深部地幔的初始巖漿，富含碳酸鹽成分，向上遷移時會橫向流動至邊緣區域，從而導致巖石圈厚度相對較小的邊緣地區火山活動頻繁。該論文通過高溫高壓實驗模擬了這種邊緣巖漿的演化過程，發現當富含碳酸鹽巖漿從克拉通下方向上遷移時，其中的硅酸鹽成分發生沉淀，導致巖漿中的硅逐漸被去除，最終轉變為幾乎純的碳酸鹽巖漿，即火成碳酸巖。當巖漿中的硅酸鹽發生沉淀時，其中蘊含的金屬和硫元素也以硫化物的形式從巖漿中沉淀出來，最終在克拉通邊緣形成金屬和硫的異常富集帶，即具有硫化物富集特征的大陸根。

研究人員通過對克拉通邊緣區域火山噴發攜帶的地幔樣品進行統計分析，發現在克拉通底部約160公里至190公里處的地幔中，硫和銅均顯著富集，進一步支持了克拉通邊緣區域具有富硫化物的大陸根這一發現。

深部富碳巖漿演化過程與富硫化物大陸根的形成

該論文通過對碳酸巖、硫化物礦床和克拉通的時空相關性分析，發現克拉通邊緣區域同時富集火成碳酸巖和巖漿硫化物礦床，硫化物礦床與碳酸巖通常具有時空一致性，表明由碳酸鹽熔體遷移形成的富硫化物大陸根控制了巖漿硫化物礦床的分布。該研究揭示了硫化物礦床與碳酸巖之間的成因關系，發現了克拉通邊緣的富碳酸巖區域是關鍵金屬的富集地，這一發現為未來礦產資源的勘探和開發提供了科學依據和重要方向。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08316-w