怀俄明州布拉德利峰绿岩地块中针茅科马蒂岩基性玄武岩的成岩作用及其矿化潜力

《Precambrian Research》：Petrogenesis and mineralization potential of spinifex komatiitic basalts in the Bradley Peak greenstone terrane, Wyoming Province

通过地质调查、同位素测年（2.72 Ga）和地球化学分析，揭示了怀俄明省Bradley Peak绿岩带komatiitic玄武岩的成因及成矿潜力。研究显示这些玄武岩可能源自地幔部分熔融（3-4 GPa，15-25%熔融度），并部分 assimilated层状铁锰矿（BIF），但未发现磁铁矿化证据。其Sm-Nd同位素显示未受地壳混染，Au含量极低（<1 ppb）提示可作为区域构造金矿的潜在源岩。该成果为Archean绿岩带成矿研究提供了新证据。

　　在这项研究中，科学家们对位于美国怀俄明省的布拉德利峰超镁铁质火山岩进行了深入分析，旨在探讨其形成时间与成因，以及其在矿产资源勘探中的潜在价值。这些火山岩作为镍硫化物矿化的重要载体，同时也记录了早期地球的演化过程，但在全球范围内的研究较少。研究团队结合实地观察、岩石学特征、地质年代学和地球化学分析，对布拉德利峰绿片岩区的火山岩进行了详细研究。

通过分析两个先前未测定单元中的碎屑和火成岩锆石的铀-铅（U-Pb）年龄，研究确定了布拉德利峰火山岩的喷发年龄为27.2亿年前。这与已发表的年龄数据一致，并进一步支持了该区域的地质年代。在火山岩流中，研究人员绘制了地层图，并收集了36个样本，包括积聚岩、绿片岩和具有“刺铁”结构的岩石。通过岩石地球化学分析，这些具有“刺铁”结构的样本被归类为铝未耗尽的超镁铁质玄武岩，其氧化镁（MgO）含量在11至17 wt%之间。铂族元素（PGE）浓度与全球其他类似的岩石相似，但PGE/Ti比值未显示这些火山岩可能富含硫化物矿化的迹象。

通过初始ε_Nd值的分析，这些玄武岩被认为来源于亏损的地幔源区，并且几乎没有经历地壳演化过程的污染。研究还估计了这些超镁铁质玄武岩的原始岩浆成分，其MgO含量约为19 wt%，可能来源于地幔部分熔融（约15至25%）在3至4 GPa的压力下形成。微量元素地球化学和热力学建模表明，原始岩浆可能吸收了当地的条带状铁建造（BIF）物质。尽管布拉德利峰的超镁铁质玄武岩未显示出明显的硫化物矿化证据，但其内部的金（Au）含量较低，这表明它们可能是附近造山型金矿的来源。

在研究中，科学家们还对布拉德利峰绿片岩区的火山岩流进行了详细的地层、矿物学和岩石学特征分析。在靠近Sunday Morning Creek的山脊上，发现了至少五层具有“刺铁”和积聚结构的超镁铁质岩流，其厚度范围为2至37米。这些岩流的纹理和厚度变化表明，它们并非结构重复的单一岩流，而是类似于其他超镁铁质玄武岩流场中观察到的重叠相变。大多数研究样本都来自这一区域，以确保化学特征与岩流和岩石学纹理之间有明确的关联。

对于“刺铁”结构的岩石，研究发现其中含有针状的角闪石，其结构表明它们是原始辉石的假晶，而非橄榄石的假晶。此外，这些“刺铁”针状结构具有高铬（Cr）含量，且呈现针状而非片状，这与橄榄石“刺铁”结构不同。因此，研究团队认为这些“刺铁”结构应称为“辉石刺铁”以反映其原始矿物学特征。同时，一些“刺铁”针状结构表现出铁富集的核心和钙富集的边缘，这表明原始辉石可能具有一个类似“鸽羽辉石”（pigeonite）的核心和“辉石”（augite）的边缘，这是超镁铁质玄武岩流中常见的现象。

在研究中，还对布拉德利峰超镁铁质岩流中的橄榄石积聚样品进行了详细分析。这些积聚样品大部分已被蛇纹岩完全交代，但有三个样品保留了新鲜的、未分带的橄榄石。新鲜橄榄石显示出火成岩的纹理，且不包含与变质橄榄石相关的特征，如新形成的或锯齿状的橄榄石。这些橄榄石的化学成分与地幔来源一致，表明它们的形成与原始岩浆有关。此外，研究发现这些橄榄石的镁橄榄石含量（Fo）相对较低，介于Fo_78.4至Fo_82.5之间，低于整个布拉德利峰岩套的平均橄榄石含量（Fo_86.5），这可能表明这些橄榄石经历了不同程度的交代或与其他矿物的相互作用。

通过地球化学分析，研究团队还对布拉德利峰超镁铁质岩流的稀土元素（REE）含量进行了探讨。这些超镁铁质玄武岩表现出轻稀土元素（LREE）亏损、重稀土元素（HREE）平坦的分布趋势，并且LREE相对于HREE有所富集。这些特征与全球铝未耗尽的超镁铁质玄武岩相似，特别是Munro型原始岩浆。然而，与Munro型岩浆相比，布拉德利峰的超镁铁质玄武岩的LREE略有富集。相比之下，积聚岩和绿片岩的REE含量变化较大，表现出显著的亏损和富集现象，但总体上低于超镁铁质玄武岩的REE含量。

在铂族元素和硫化物亲和元素的分析中，研究发现布拉德利峰的超镁铁质玄武岩的铂族元素（PGE）含量相对于原始地幔有所富集，特别是在钯（Pd）和铂（Pt）方面，而铱（Ir）和锇（Os）则相对亏损。这种富集趋势与全球铝未耗尽的超镁铁质玄武岩相似，但布拉德利峰的样品显示出更明显的富集现象。此外，铂/钯（Pt/Pd）比值在布拉德利峰的样品中高于全球数据集的75百分位，表明其铂族元素含量较高。然而，这些比值与氧化镁（MgO）含量无显著相关性，表明其成因与硫化物矿物化关系不大。

在对硫化物亲和元素的分析中，布拉德利峰的超镁铁质玄武岩和积聚岩中的金（Au）含量低于其检测限或显著低于全球未矿化的样品。这表明这些超镁铁质玄武岩可能不是金矿化的主要来源，但它们的金含量较低，暗示它们可能是附近造山型金矿的潜在来源。铜（Cu）的含量也显示出一定的亏损，这可能意味着铜在这些岩石中经历了某种迁移过程。

研究还通过钐-钕（Sm-Nd）同位素分析，探讨了布拉德利峰超镁铁质玄武岩的来源。结果显示，这些玄武岩的初始ε_Nd值在-0.5至+4.7之间，表明它们来源于亏损的地幔，并且没有显著的地壳污染。这些同位素数据与全球铝未耗尽的超镁铁质玄武岩相似，特别是来自阿比提比绿片岩区的样品。通过分析REE和微量元素比值，研究进一步排除了这些玄武岩与地壳物质混合的可能性，从而支持了它们来源于地幔的观点。

综合来看，布拉德利峰的超镁铁质玄武岩可能来源于地幔部分熔融，随后与BIF发生相互作用。这一过程可能导致了REE的富集和某些微量元素的亏损。此外，这些玄武岩的成因与阿比提比绿片岩区的同期超镁铁质玄武岩流相似，这表明它们可能与同一地幔柱活动有关。尽管这些玄武岩未显示出明显的硫化物矿化证据，但其金含量较低，暗示它们可能是附近造山型金矿的来源。研究团队认为，这些玄武岩在成矿过程中可能起到了提供金属元素的作用，但具体的矿化机制仍需进一步研究。

研究的结论指出，布拉德利峰的超镁铁质玄武岩在地质和地球化学特征上与全球其他超镁铁质玄武岩相似，其形成与地幔部分熔融和BIF的相互作用有关。通过综合分析，研究确认了这些玄武岩的喷发年龄为27.2亿年前，并且它们可能与阿比提比绿片岩区的同期玄武岩流有潜在的联系。尽管这些玄武岩本身并未显示出显著的硫化物矿化特征，但它们的金含量较低，表明它们可能是区域造山型金矿的来源。因此，这项研究为未来在该地区的矿产勘探提供了重要的地球化学依据，并强调了进一步分析这些岩石与区域矿化过程之间关系的必要性。