岩石圈地幔是全球金（Au）、铜（Cu）以及铂族元素（PGE）等战略性金属资源的重要物质来源（Griffin et al., 2013; Holwell et al., 2019）。随着地幔部分熔融，易熔组分以及大部分成矿金属不断向浅部输出，就像一块海绵被挤干了水分一样，岩石圈地幔的成矿潜力终有一天会耗竭吗？在漫长的演化历史中，经历了多期次复杂水/熔岩反应的岩石圈地幔，是否通过特定过程实现金属元素的再富集？

为了解开此谜题，中国地质大学（北京）科学研究院王于健副教授与刘金高教授聚焦法国比利牛斯造山带地体样品。前期研究通过地球化学-热动力学模拟综合技术方法，精细刻画了硅酸盐熔体交代难熔方辉橄榄岩生成饱满的二辉橄榄岩的“地幔再富集过程”，证实了亲石元素能够借此实现“枯木逢春”（Wang and Liu, 2024, EPSL; 2025, GCA）。这自然引出一个更引人入胜的疑问：具有重大经济价值的成矿金属（PGE, Cu, Au等）能否同样在岩石圈地幔中重新富集？

我们结合地球化学与热力学模拟以及一维渗流模型，精准追踪了不同金属元素在地幔部分熔融和再富集过程中的行为。研究结果表明，不同的金属元素有着截然不同的“脾气”（图1）：

“固执”的铂族元素（PGE）：受初始部分熔融过程的绝对控制。即使后续交代熔体富集PGE，由于其极度亲硫，PGE被局限在熔体与岩石反应的极窄界面上，无法在地幔中实现广泛的重新富集 。

“活跃”的金和铜（Au-Cu）：作为中度不相容元素，在熔体渗透和交代过程中，表现出极强的流动性，能够系统且广泛地在整个岩石圈地幔中发生显著富集 。

综合全球岩石圈地幔的数据，我们揭示了一个有趣的全球“成矿分水岭”：俯冲带环境更容易孕育斑岩型铜金矿床，而克拉通边缘则更容易产出岩浆型PGE-Ni-Cu矿床（图2）。本研究为这一分布规律提供了直接的理论支撑：由于PGE的释放主要受控于部分熔融过程，而克拉通边缘在地质历史中更容易经历高程度的部分熔融，促使硫化物分解并将PGE高效释放到岩浆成矿。相反，在俯冲带或板块缝合带，强烈的壳幔相互作用使得岩石圈地幔像一块持续吸水的海绵，源源不断地富集Cu和Au，从而为后续的大型铜金成矿事件提供了生生不息的“动态金属储库”。

图1. 法国比利牛斯地幔地体的全岩硫和亲硫元素与 Al₂O₃ 的关系图 。 (A) S (ppm)；(B) Os/Ir ；(C) Pt/Ir；(D) Pd/Ir；(E) Au (ppb)；(F) Cu (ppm) 。粉色和红色实线分别代表对原始地幔 (PM) (McDonough and Sun, 1995; Becker et al., 2006) 的部分熔融模拟，该模拟分别使用了 Li and Ripley (2005) 提出的硫化物饱和时的硫含量 (SCSS) 计算模型和 900 ppm 的恒定值 。五角星代表原始地幔 (PM) 的成分；地幔再富集模型涉及难熔原岩（S1 和 S2）以及渗透熔体（M1、M2 和 M3），其详细成分及数据参考文献见附件。

图2. 全球斑岩-浅成低温热液型 Au-Cu-(Mo) 矿床（数据来源：Sinclair, 2007）与岩浆型铂族元素 (PGE) 矿床（数据来源：Maier and Groves, 2011）分布图。克拉通边界引自 Bleeker (2003)。

在此，我们需要澄清一个学术误区：地幔金属再富集的程度，真的需要达到“肉眼可见”的极端异常富集才算有效吗？

答案是否定的。以往学者因为没有发现极端异常的亲铜元素含量，便直接否定了成矿金属发生再富集的作用。然而，就像海绵吸水并非无止境一样，随着交代作用的进行，亲石元素和亲铜元素同时被引入难熔方辉橄榄岩中也是有物理极限的。通常，这种再富集过程最多只是让贫瘠的地幔恢复到饱满二辉橄榄岩-橄榄辉石岩的状态。然而，正是这种看似不那么极端的“恢复”，已足以赋予地幔强大的成矿潜力。

这项理论完美解释了华北克拉通东部巨型金矿省的成因机理。过去许多学者强调了地幔交代作用带来的挥发分在促进金属释放和迁移中的重要作用。我们毫不否认这一点，但我们的研究指出了一个更根本的底层逻辑：“巧妇难为无米之炊”。如果没有广泛的再富集预先注入Au、Cu等活动性强的亲铜金属，那么再多的挥发分加持也无法让 “无矿可提”的贫瘠地幔孕育出巨量的金属矿床。正是这种地幔再富集作用，使得该地区的岩石圈地幔“满血复活”，为随后形成世界级的巨型金矿提供了最关键的物质前提。

总而言之，岩石圈地幔绝非被动漂浮的死寂岩石，而是控制金属元素富集与分配的“动态过滤器” 。交代作用能有效提升地幔对流体活动性金属（如Au、Cu）的成矿潜力，但对PGE的作用微乎其微 。这一定量化的理论框架，不仅加深了对深地物质循环的理解，更为未来在全球范围内精准定位战略性金属矿产指明了方向 。

这项工作发表在地学领域著名期刊《Geology》期刊：Wang, Y., Huang, W., Yang, J., and Liu, J., 2026, Contrasting behavior of platinum-group elements and Au-Cu during mantle melting and refertilization: Implications for lithospheric metal fertility: Geology.

全文链接： https://doi.org/10.1130/G54334.1

参考文献

Griffin, W.L., Begg, G.C., and O’Reilly, S.Y., 2013, Continental-root control on the genesis of magmatic ore deposits: Nature Geoscience, v. 6, p. 905–910.

Holwell, D.A., Fiorentini, M., McDonald, I., Lu, Y., Giuliani, A., Smith, D.J., Keith, M., and Loc-melis, M., 2019, A metasomatized lithospheric mantle control on the metallogenic signature of post-subduction magmatism: Nature Commu-nications, v. 10, 3511.

Wang, Y., and Liu, J., 2024, Thermodynamic mod-elling and chronometric dating of melting and refertilization in the subcontinental lithospher-ic mantle: Earth and Planetary Science Letters, v. 640.

Wang, Y., and Liu, J., 2025, Deciphering multiple episodes of partial melting, metasomatic and remelting processes in the Eastern Pyrenean orogenic mantle massif: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 389, p. 14-29.