黄石地幔柱热效应对地壳氦释放的调控机制及其资源勘探意义

本研究针对地壳氦(He)释放与热流关系的科学空白，以黄石国家公园(YNP)及周边热泉为研究对象，通过43组气体与稀有气体地球化学数据，揭示了地幔柱热效应驱动下氦同位素(3He/4He)分异规律，提出"远岩浆区适度热流"的氦资源勘探新策略，为低碳技术关键资源开发提供理论支撑。

　　

氦(He)作为核磁共振、半导体制造等尖端技术不可替代的战略资源，其全球供应短缺问题日益严峻。尽管已知大洋中脊等地质环境中氦释放与热流存在关联，但地幔柱等古老火成活动对现今地壳氦释放的长期影响机制仍是未解之谜。黄石国家公园(YNP)这一超级火山系统，因其活跃的地热活动和清晰的地幔柱轨迹，成为破解这一科学难题的天然实验室。

由加州理工学院领衔的国际研究团队在《Geochimica et Cosmochimica Acta》发表的研究，创新性地将热流数据与43组热泉气体样本的体相气体(N₂/CO₂)及稀有气体同位素(³He/⁴He)分析相结合。通过铜管取样法采集黄石及周边6州热泉气体，结合质谱分析技术，系统对比了火山口区与外围 plume track（地幔柱轨迹）的气体组成差异。

Geologic History
研究区作为北美板块移动留下的"火山链"，记录了17Ma以来黄石地幔柱(YSP)的演化史。这种独特的地质背景为研究长期热扰动对地壳氦储集的影响提供了时空标尺。

Volatile Sources
同位素指纹揭示：火山口内样品显示高达16 Ra（大气比值）的³He/⁴He值，证实幔源氦主导；而250km外样品降至0.02 Ra，反映古老克拉通地壳的放射成因⁴He释放。这种空间分异暗示热历史差异控制氦源区。

Results
关键发现包括：1) 火山口内CO₂富集与幔源挥发分输入相关；2) 前缘喷发中心区⁴He异常富集，反映长期积累的壳源氦在近期热事件中释放；3) 高热流区反成氦"流失区"，颠覆传统认知。

Conclusions
研究提出革命性勘探模型：1) 应优先勘查远离活跃火山区（未完全脱气）且具中等热流(40-70mW/m²)的区域；2) 同位素模型可有效约束地下水-岩石相互作用对氦富集的影响。该成果不仅为全球氦资源勘探提供新范式，更深化了对地幔-地壳挥发分循环的理解，对预测类似地质背景下的氦储集区具有重要指导价值。