含水多阶段地幔熔融控制辉绿质科马德克弧岩浆中的金富集

为什么被掩埋的火山与黄金有关

一些已知最富集的金矿并不位于陆地，而是位于俯冲带上方的深海海底——在那里一个板块潜没到另一个板块之下。在新西兰的科马德克弧，海底火山承载着异常富金的矿床，但为何供给这些火山的岩浆含有如此多黄金一直不清楚。本研究通过对弧上不同地点的年轻火山玻璃取样，表明关键在于更深处的地幔：富水的、反复发生的熔融过程在熔体到达海底之前就集中并富集了黄金。

海下的隐形传送带

科马德克弧在新西兰与汤加之间延伸约1,300公里。这里，太平洋板块俯冲到澳大利亚板块之下，驱动岩浆产生与海底火山活动。许多这些海底火山喷出高温、含金属的流体，其中一些形成的硫化物矿床相较于中洋脊地区异常富含黄金。作者从17座弧火山及毗邻的哈弗背弧槽共采集了66个新鲜火山玻璃样品——由迅速冷却的岩浆形成。由于这些玻璃直接由喷发的岩浆形成，其化学成分保留了地幔如何熔融以及黄金、铜、银、硒等金属在上升过程中行为的详细记录。

黄金与硫的拉锯战

黄金倾向于与硫结合，常以微小的硫化物液滴形式潜藏于地幔深处。当这些硫化物存在时，它们往往锁住金、铜和银；而当硫化物被消耗或不存在时，黄金则表现得更像不相容元素，在熔体中浓集。通过在玻璃中比较黄金与其他亲硫元素，作者表明大多数科马德克岩浆起初为高温、富水的熔体，温度高于硫化物液滴熔化的阈值。在这样的条件下，高度熔融会迅速消耗少量的硫化物液体，释放出黄金和铜进入岩浆。随着岩浆在接近地表时冷却结晶，新的硫化物和铁钛矿物形成，更有效地剥夺铜而非黄金和银，从而进一步使某些岩浆具备供给富金属热液系统的预condition。

地幔不止一次被熔融

科马德克玻璃中含金量可达约每克熔体六纳克，并显示出显著高于典型中洋脊玄武岩或富含金属地幔的金铜比。来自普通地幔源的一次性熔融难以达到这些数值。相反，化学模式表明地幔经历了先熔融并在硫化物和铜上被耗尽，然后在含水、氧化的条件下再次熔融。在第一次熔融过程中，硫化物液体优先从残余地幔中移除铜相对于黄金。当这种部分耗尽的地幔被重新熔融时，生成的岩浆即使总体金属含量仍在地幔熔融可产生的范围内，也会继承更高的金铜比。最强的金富集出现在科马德克弧的北段，那里地球物理与地球化学数据也显示弧前置地幔特别耗竭。

俯冲板块的作用有限

因为来自俯冲板块的流体可以携带金属，一个显而易见的可能性是黄金直接从下沉板片加入到楔状地幔中。团队通过将黄金与已知在板片源流体中高度可迁移的元素（如氯、钡、铀和铅）进行比较来检验这一点。黄金与这些流体高迁移性示踪元素仅表现出微弱或不一致的关联，且位于富含黄金的海洋高原之下的弧段并不系统地产生更富金的岩浆。综合这些观测表明，板片流体主要提供水并帮助氧化地幔——这类条件有利于大规模熔融和高硫溶解度——而不是直接输送大量额外的黄金。

从深部熔融到海底宝藏

研究结论是，科马德克岩浆惊人地富金，主要受弧下地幔状态和经历的控制。富水、高温、多阶段地幔熔融作用于一个已被耗竭且氧化的楔状地幔源，能够产生具有足以供给特殊海底矿床的黄金浓度与高金铜比的岩浆，而无需大量金直接来自俯冲板块或再循环的地壳硫化物。简言之，科马德克弧下的地幔经受了不止一次的“烘烤”式含水熔融，剥离了富铜硫化物，留下了一个自然会产生富金岩浆的源区——为海洋中一些最富饶的隐蔽矿床提供原料。

引用: Timm, C., Portnyagin, M., de Ronde, C.E.J. et al. Hydrous multi-stage mantle melting controls gold enrichment in mafic Kermadec arc magmas. Commun Earth Environ 7, 281 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03338-w

关键词: 俯冲带, 地幔熔融, 金矿床, 科马德克弧, 海底火山活动