北京大学地空学院李扬在《地质学》和《自然-地球科学》发表论文，通过石英解读成矿过程和地球演化历史

　　2023年2月7日，《地质学》（Geology）在线发表北京大学地球与空间科学学院副教授李扬与合作者完成的题为《长寿的热液演化与快速锡成矿作用》（“Transient tin mineralization from cooling of magmatic fluids in a long-lived system”）的研究成果；2月8日，《自然-地球科学》（Nature Geoscience）刊出李扬与合作者题为《石英的时空之旅》（“Quartz for all time”）的邀请论文。

　　矿物是地球演化过程的亲历者与记录者，蕴藏着丰富的信息等待解译。基于微区分析技术，通过空间换取时间的思路，对矿物晶体由核到边开展氧等同位素分析，再通过扩散年代学约束时间，李扬与合作者建立起地质过程高时间分辨率解析技术体系（图1）。该技术具有广阔的应用前景，李扬与合作者在该领域开展了系列创新性研究，如通过石英和锡石等矿物约束成矿作用的时间和节律、探究高原隆升的机制等。这些研究得到国内外同行的广泛关注和认可，作为地质年代学和矿床地球化学领域活跃的青年学者，应《自然-地球科学》邀请，李扬以石英这一广泛存在的矿物为例，为“All minerals considered”专栏撰写论文，讲述石英参与并记录的地球演化历史、早期产氧过程和成矿作用等，及其作为人类祖先赖以生存的工具和现代科技领域重要原材料，服务于人类创新发展的故事。

　　图1 通过空间换取时间实现对地质过程的高时间分辨率解析

　　岩浆热液体系不仅孕育了巨量的金属资源，也是地球能量从深部向浅部转移的重要载体，相关地质过程深刻影响着大陆生长、地貌和气候演化以及物质循环，与人类生存和发展息息相关。作为研究程度最高的成矿体系，岩浆热液体系的成矿模型已经基本建立，但成矿作用的持续时间和节律等基本参数仍缺乏深入研究。一般假设热液体系的活动时长代表成矿时间，但矿石矿物仅在热液体系演化的特定阶段形成，该假设显然高估了成矿时间。

　　为解决这一问题，李扬与合作者以内蒙维拉斯托脉状钨锡矿为研究对象，基于图1所示的地质过程高时间分辨率解析技术，建立起脉石和矿石矿物结晶生长的完整过程（图2A）。通过石英和锡石晶体由核到边的离子探针氧同位素分析，恢复了成矿流体和不成矿流体的演化全过程。进一步的石英Al扩散年代学显示（图2B—D），整个热液系统的演化时间超过20万年，而矿石沉淀时间约为5千年，不足热液体系寿命的5%（图2E）。这是首次提出成矿有效时间这一内涵并给出准确约束，相关结果表明现有的成矿速率和效率等参数存在数量级的低估，亟待更新。

　　图2 通过微区分析技术实现成矿过程的高时间分辨率解析。(A)石英和锡石的阴极发光图像约束矿物生长历史与共生关系；(B)纳米离子探针石英Al含量分布成像；(C)石英Al扩散曲线拟合；(D)石英Al扩散年代学模拟计算；(E)热液体系不同阶段的时间尺度

　　北京大学为上述研究成果第一完成单位，李扬为论文第一和通讯作者。合作者包括中国科学院地质与地球物理研究所李献华院士、吴黎光博士，南京大学潘君屹博士，核工业北京地质研究院何升工程师，瑞士苏黎世联邦理工学院Olivier Bachmann教授。该研究得到国家自然科学基金项目（42022022，92062220）和国家重点研发计划“面向矿床学研究的变革性原位分析新技术”资助。

　　（来源：https://news.pku.edu.cn/jxky/a2ebaaf348924e29a2de99051100db0c.htm）