Мантия Земли играет ключевую роль в формировании месторождений вольфрама, опровергая старые теории

Обобщённая модель динамики минерализации вольфрама. Автор: группа профессора Ян Цзехуа

Вольфрам (W) — твёрдый, термостойкий и коррозионностойкий металл, незаменимый в современных высокотехнологичных отраслях: от аэрокосмической промышленности и оборонного комплекса до вычислительной техники. Хотя его глобальное распределение неравномерно, большинство месторождений вольфрама имеют общие геологические черты: тесную связь с высокоэволюционированными, богатыми летучими веществами гранитами; образование из расплавленных осадочных пород (анатексис) в вольфрамсодержащих гранитоидах; и расположение в задуговых или внутриплитных зонах, а не на конвергентных тектонических границах. Эти особенности долгое время поддерживали теории исключительно корового происхождения минерализации вольфрама.

Однако новое исследование ставит эту точку зрения под сомнение, подчёркивая значительный вклад мантии в формирование рудообразующих флюидов. Опубликованная в журнале Communications Earth & Environment работа, проведённая под руководством профессора Ян Цзехуа из Института геохимии Китайской академии наук (IGCAS) при участии профессора Ху Жуйчжуна и профессора Чжоу Мэйфу, показывает, что активность мантии играет критическую, ранее недооценённую роль в металлогении вольфрама.

Команда исследовала ключевую загадку: почему изотопы гелия (He) и аргона (Ar) в глобальных месторождениях вольфрама указывают на участие мантии в рудообразующих флюидах, тогда как связанные с ними граниты демонстрируют коровые сигнатуры. Это «изотопное рассогласование» ранее не изучалось систематически, оставляя роль мантии в формировании вольфрама неясной.

Для исследования учёные проанализировали изотопы ртути (Hg), гелия и аргона в рудных минералах и гранитоидах из типичных месторождений Южного Китая. Они также собрали глобальные данные по изотопам Hg, He, Ar, стронция (Sr) и неодима (Nd) из основных вольфрамовых провинций, сочетая статистический анализ, геохимическое моделирование и машинное обучение для расшифровки вклада мантии в глобальные циклы вольфрама.

Глобальные данные по изотопам He-Ar показывают значительный вклад мантии в рудообразующие флюиды: около 10% в месторождениях Южного Китая и более 40% в других регионах. В Южном Китае положительные аномалии Δ¹⁹⁹Hg в богатых вольфрамом гранитоидах и долгосрочные тренды изотопов Sr-Nd в мафических породах указывают на то, что откат плиты Палеотихоокеанской плиты изменил древнюю литосферную мантию региона. Это вызвало интенсивное взаимодействие коры и мантии, критически важное для масштабной минерализации вольфрама.

Машинное обучение выявило высокоэволюционированные геохимические признаки как отличительные черты богатых вольфрамом (а не бесплодных) гранитоидов. Интегрировав данные по химическому составу пород, изотопным данным и глобальному распределению месторождений, команда предложила обобщённую модель: растяжение, связанное с океанической субдукцией, более благоприятно для крупномасштабной минерализации вольфрама, чем процессы вроде континентальной коллизии или внутриконтинентального рифтогенеза. В этой модели мантия поставляет тепло для «дегазации» плиты, высвобождая He, Ar, Hg и фтор (F) в кору, что стимулирует дифференциацию магмы и минерализацию вольфрама.

Собранные Nd-модельные возрасты (T_DM2) из глобальных богатых вольфрамом гранитоидов и шеелитов достигают пика в 1,8–1,2 миллиарда лет, совпадая с формированием и распадом суперконтинента Нуна. Как умеренно «сидерофильный» (любящий металлы) элемент, вольфрам из ядра Земли, вероятно, достиг коры через мантийные плюмы в этот период, что подтверждается концентрациями вольфрама и изотопами рутений-вольфрам в породах, подобных океаническим островным базальтам (OIB). Примечательно, что Катайзийский блок Южного Китая, некогда бывший частью внутренних областей Нуны, подвергся выветриванию древних богатых вольфрамом пород, создав предварительно обогащённую коровую основу, что подготовило почву для мезозойских месторождений вольфрама.

Сравнительный анализ изотопов Nd в глобальных вольфрамовых провинциях показал, что аккреционные орогены (образованные «сшиванием» тектонических плит) содержат более крупные месторождения, чем коллизионные орогены, несмотря на то, что последние имеют более богатую вольфрамом кору. Исключительная вольфрамоносность Южного Китая объясняется уникальным сочетанием: высокой долей предварительно обогащённой коры и интенсивного взаимодействия коры и мантии, вызванного постсубдукционным растяжением.

Исследование идентифицирует гранитоиды, сформированные 1,8–1,2 миллиарда лет назад (T_DM2) в постсубдукционных зонах растяжения, как высокоперспективные цели. Учёные предлагают стратегию разведки, основанную на данных, сочетающую картирование изотопов Nd, геохимические аномалии (вольфрам, олово, соотношения Zr/Hf, Nb/Ta) и машинное обучение. Перспективные регионы включают Огненное кольцо (Дальний Восток России, Аляска, северо-запад Канады), Центрально-Азиатский складчатый пояс и восточную часть Тетиса.

Дополнительная информация: Jie-Hua Yang et al, Mantle contributions to global tungsten recycling and mineralization, Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02471-2

Источник: Chinese Academy of Sciences