刘向冲等-AG-富CO2热液的pH缓冲效应与钨远距离迁移

　　白钨矿是两种最主要钨矿石矿物之一，常产在矽卡岩型钨矿和许多脉型钨矿中，也是斑岩型钼钨矿、造山型金矿中的重要矿石矿物。形成白钨矿的热液流体常含CO2，但白钨矿在这种流体的沉淀机制却缺乏系统研究。另一个有趣的现象是，国内外许多白钨矿床产在距离成矿母岩较远或缺少花岗岩的地区。为服务于新一轮找矿突破战略行动，中国地质科学院地质力学研究所与中国地质大学（武汉）联合培养硕士研究生刘昊在刘向冲研究员的指导下，完成白钨矿黑钨矿在NaCl–H2O–CO2体系的热力学理论计算，取得以下新认识（Liu et al. 2024）：

　　1. 白钨矿在富CO2热液中的溶解度高度依赖压力。在钨矿常见成矿深度（3-8 km），自静岩至静水压力的流体泄压可使造成大量CO2逃逸和pH升高，使白钨矿溶解度平均降幅达到>70%。因而，伴随水力破裂的CO2逃逸是白钨矿沉淀的有效机制（图1）；

　　2. 由于pH缓冲效应，白钨矿溶解度对温度不敏感甚至出现倒溶解度模式，这可促使富CO2热液将钨迁移至远离源区的地方（如成矿母岩）。这种远距离迁移机制可解释脉型白钨矿或矽卡岩钨矿为什么能产在距离花岗岩较远的位置（>1 km）（图1）；

　　3. CO2在成矿热液中只起到pH缓冲作用，因而pH缓冲效应还适用于其他相似的、溶解度对pH敏感的矿物（如锡石等）。

　　4. 结合白钨矿在中低温条件下的溶解度总是高于黑钨矿（图2，见Liu et al., 2021），二者可形成如下分带：随着成矿热液降温降压，白钨矿更易发育在矿床的外围，而黑钨矿大概率发育在矿体的中心；在钙、铁、锰等阳离子供给充足的条件下，白钨矿-黑钨矿这两种最重要的钨矿石矿物可在同一矿床共存，且形成从外围指向矿体中心的矿物分带，这对钨矿找矿勘查具有指导价值。

　　

　　 

　　图1 白钨矿在NaCl–H2O–CO2体系的溶解度

　　

　　 

　　图2白钨矿与黑钨矿（a. 钨铁矿；b. 钨锰矿）在NaCl–H2O体系的相对溶解度等值线

　　ΣCa, ΣFe, ΣMn 分别代表白钨矿、钨铁矿、钨锰矿在热液中的溶解度。等值线的0值代表白钨矿与钨铁矿（或钨锰矿）的溶解度相等。当热液中log⁡( ΣCa/ΣFe)（或log⁡( ΣCa/ΣMn）高于等值线，热液将沉淀出白钨矿；当热液中log⁡( ΣCa/ΣFe)（或log⁡( ΣCa/ΣMn）低于等值线，热液将沉淀出钨铁矿（或钨锰矿）。图中箭头指示了白钨矿交代钨铁矿或钨锰矿的两种机制。

　　

　　1. Liu, H.（刘昊）, Liu, X.C.*（刘向冲）, Zhang, D.H.（张德会）, Zhou, Z.J.（周振菊）, Han, F.B.（韩凤斌）, 2024. The precipitation mechanisms of scheelite from CO2-rich hydrothermal fluids: Insight from thermodynamic modeling. Applied Geochemistry, 175: 106187.

　　2. Liu, X.C.（刘向冲）, Xiao, C.H.（肖昌浩）, Wang, Y.（王永）, 2021. The relative solubilities of wolframite and scheelite in hydrothermal fluids: Insights from thermodynamic modeling. Chemical Geology, 584(4): 120488.