硫化物液体对橄榄石的润湿作用：以中国西北部中亚造山带为例

《Geoscience Frontiers》：Wetting of olivine by sulfide liquid: an example from the Central Asian Orogenic belt in NW China

本研究发现丹?ng?超镁铁岩体中存在橄榄石-硫化物斑块，通过X射线荧光和计算机断层扫描分析，证实硫化液润湿了橄榄石，形成机械聚集体，并揭示其受熔岩层流控制，支持动态熔岩管成矿机制。

　　在地质学和矿物学领域，研究者们发现硫化物和橄榄石之间的相互作用可以形成独特的地质结构。这些结构通常被称为硫化物-橄榄石斑块（SOPs），它们在橄榄石岩（lherzolite）中呈现出特定的形态和成分特征，为理解高温岩浆系统中硫化物的运移与沉积机制提供了重要线索。本文通过对西北中国华北地台北缘的达黄山（Dahuangshan）辉长-超基性岩复合体中SOPs的详细分析，揭示了硫化物液在橄榄石晶簇中可能发生的润湿现象，并探讨了这种现象在岩浆通道中的动态意义。

### 硫化物-橄榄石斑块的发现与特征

在达黄山复合体中，研究者们观察到了大量的SOPs，这些斑块嵌入在橄榄石岩中，显示出一种显著的层状结构。通过二维（2D）微束X射线荧光（micro-XRF）成像技术和三维（3D）高分辨率X射线断层扫描（HRXCT）技术，研究人员发现这些SOPs的尺寸范围广泛，长度为1.0至4.8厘米，宽度为0.3至2.3厘米，厚度为0.2至2.0厘米。这些斑块在橄榄石岩基质中具有清晰的边界，表明它们在形成过程中可能经历了特定的物理和化学条件。

SOPs主要由橄榄石（Fo 75.5至81.9）组成，这些橄榄石嵌入在硫化物的间隙中。硫化物以黄铁矿为主（超过94%的体积），其次为针硫铁矿（小于6%的体积）和少量的黄铜矿。硫化物中（Ni + Cu + Co）的总含量在1.1至1.9%之间。值得注意的是，橄榄石与硫化物之间的二面角（dihedral angles）较低，平均为44.9度，这表明橄榄石在这些斑块中被硫化物液润湿。这种润湿现象在自然界中较为罕见，但通过实验研究已知在特定条件下可能实现。

### 橄榄石晶粒尺寸分布的差异

通过分析橄榄石的晶粒尺寸分布（CSDs），研究者们发现SOPs中的橄榄石晶粒尺寸分布与橄榄石岩基质中的分布存在显著差异。SOPs中的橄榄石晶粒尺寸更小，而橄榄石岩基质中的晶粒尺寸较大。这种差异可能是由于橄榄石在硫化物液的润湿作用下被拉伸和细化，或者是因为这些斑块是由之前形成的硫化物-橄榄石积聚体在流动的岩浆中被重新捕获并沉积形成的。此外，SOPs中橄榄石的晶粒分布更加均匀，而橄榄石岩基质中的晶粒则显示出更大的变异性，这进一步支持了SOPs可能是由机械聚集形成的假设。

### 硫化物的组成与分布

通过TIMA（TESCAN集成矿物分析仪）和HRXCT技术，研究者们对SOPs中的硫化物进行了详细的成分和分布分析。结果显示，SOPs中的硫化物主要由黄铁矿组成，其含量高达94.9至96.9%，而针硫铁矿和黄铜矿的含量相对较低。黄铁矿中的Ni含量在0至0.201%之间，Co含量在0至0.044%之间，Cu含量在0至0.057%之间。这些数据表明，SOPs中的硫化物液在化学组成上相对贫乏，但其润湿能力可能与其氧逸度有关。实验研究表明，当硫化物液的氧逸度高于ΔQFM-0.7时，其润湿能力会显著增强。

### 动态意义与形成机制

研究者们认为，这些SOPs的形成与岩浆流动的动态过程密切相关。在达黄山复合体中，SOPs呈现出明显的平行层状结构，这表明它们在流动的岩浆中被拉伸和重新排列。此外，SOPs在橄榄石岩基质中显示出相对较高的橄榄石含量，而橄榄石岩基质中的橄榄石含量较低，这可能是因为SOPs在形成过程中被富含橄榄石的岩浆所携带并沉积。这种现象与传统认为的硫化物液通过橄榄石晶簇向下渗透形成“网状纹理”的观点有所不同，因为SOPs显示出更强的机械稳定性，可能是由硫化物液与橄榄石之间的润湿作用形成的。

### 地质背景与研究区域

达黄山复合体位于中国西北部的华北地台北缘，处于中亚造山带（CAOB）的南部边缘。该地区是重要的镍-铜硫化物矿化带，形成了多个经济型矿床，如黄山、黄山东、黄山南、吐拉尔根、图敦和 Hulu 等。此外，该区域还分布着许多次经济型的硫化物矿化辉长-超基性岩复合体。研究者们通过对达黄山复合体的详细地质调查和样品分析，揭示了其复杂的矿物组合和矿化特征。

### 硫化物-橄榄石斑块的形成机制

研究者们提出，SOPs的形成可能与硫化物-橄榄石熔融体在岩浆通道中的捕获和重新沉积有关。在岩浆流动过程中，这些熔融体可能被携带并沉积在橄榄石岩基质中，形成特定的斑块结构。此外，硫化物液的润湿作用可能在这一过程中起到了关键作用，使得橄榄石与硫化物之间能够形成稳定的界面。这种现象在实验条件下已被证实，但在自然环境中较为罕见。

### 结论与意义

综上所述，达黄山复合体中的SOPs为理解硫化物液在高温岩浆系统中的行为提供了重要的自然证据。这些斑块的形成可能涉及硫化物液与橄榄石之间的润湿作用，以及岩浆流动过程中的机械捕获和沉积。通过这些研究，科学家们进一步揭示了硫化物矿化过程的动态性，为未来的矿床研究和资源勘探提供了新的视角。此外，这些发现也为理解岩浆系统中矿物的分布和迁移提供了重要的理论支持。