1、蛋白石与关键金属成矿作用邓宣驰1,2，李晓峰2,3*，白艳萍1，朱艺婷2DENG Xuan-Chi1,2,LI Xiao-Feng2,3*,BAI Yan-Ping1,ZHU Yi-Ting21.桂林理工大学地球科学学院，广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，广西 桂林 541004；2.中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京 100029；3.中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 1000491.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration,College of Earth S
2、ciences,Guilin University of Technology,Guilin 541004,Guangxi,China;2.Key Laboratory of Mineral Resources,Institute of Geology and Geophysics,ChineseAcademy ofSciences,Beijing 100029,China;3.College of Earth Science，University of ChineseAcademy of Sciences，Beijing 100049，China摘要：铍、铯、铀等关键金属是支撑高新技术产业与
3、尖端国防科技发展的战略性金属资源，其矿床的成因机制研究一直备受各国学者关注。研究发现，在一些关键金属矿床中均发育有蛋白石矿物，且蛋白石的形成与Be、Cs、U等金属元素的富集密切相关。这些关键金属的富集机制与蛋白石的成因、多相转化以及蛋白石中的微生物作用息息相关，这种关系主要表现在：（1）蛋白石成因与结晶相转化机制控制着关键金属元素的赋存形式、迁移机制与沉淀机制；（2）含铀蛋白石的年代学与硅氧同位素可以示踪关键金属成矿时代与沉淀的物理化学环境；（3）蛋白石中的微生物群落可以为关键金属元素的富集提供合适的氧化还原环境。蛋白石的矿物学、地球化学及其中的微生物成矿作用可以厘定关键金属矿床的成矿时代，示
4、踪关键金属矿床的成矿物质来源，探讨关键金属矿床的成因机制。未来关键金属矿床中蛋白石的研究可以为低温环境下关键金属的富集成矿提供重要的科学依据。关键词：蛋白石；关键金属；成矿机制；微生物成矿作用中图分类号：P611文献标识码：A文章编号：2097-0013（2023）02-0203-11Deng X C,Li X F,Bai Y P and Zhu Y T.2023.The Relationship Between the Opal Precipitationand the Key Metal Mineralization:A Review.South China Geology,39(2):2
5、03-213.Abstract:Key metals such as beryllium,cesium and uranium are strategic metal resources that support thedevelopment of high-tech industry and cutting-edge national defense science and technology.It is found thatthe formation of opal in key metal deposits is closely related to the enrichment of
6、 Be,Cs,U and other metalelements,and the enrichment mechanism of these key metals is closely related to the genesis of opal,poly-phase transformation and microbial action in opal,which are mainly manifested in:(1)Opal origin and crys-tal phase transformation mechanism control the occurrence form,mig
7、ration mechanism and precipitationmechanism of key metal elements;(2)The chronology and Si-O isotope of uraniferous opal can trace themetallogenic age of key metals and the physical and chemical environment of precipitation;(3)Microorgan-isms in opal can provide a suitable oxidation-reduction enviro
8、nment for the enrichment of key metal ele-ments.The mineralogy,geochemistry and microbial mineralization of opal indicate that the genesis of opal收稿日期：2023-4-17；修回日期：2023-5-23基金项目：国家自然科学基金面上项目（41972087）和中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS2022-5）第一作者：邓宣驰（1998），男，硕士研究生，主要从事稀有金属矿床成矿作用研究，E-mail：通讯作者：李晓峰（1971），
9、男，博士，研究员，主要从事矿床地质地球化学研究，E-mail：第39卷 第2期2023年6月华 南 地 质South China GeologyVol.39,No.2,203-213Jun.,2023doi:10.3969/j.issn.2097-0013.2023.02.003华 南 地 质2023 年蛋白石是一种含水的非晶态无定型二氧化硅以及准晶态二氧化硅矿物，其内部的水以H2O分子、硅醇（R3SiOH）或二者共存的形式存在，其化学式通常表示为SiO2 nH2O(Jones and Segnit,1971;郑辙和Reeder,1986)。根据蛋白石的结构性质，国内外学者将其大致划分为 Op
10、al-A、Opal-C 以及Opal-CT 三种(Langer and Klorke,1974;Karacik etal.,2011;陈丰,2019;Curtis et al.,2019)。三种蛋白石的成分组成与结构的区别主要为：Opal-A高度无序，近乎无定型，为非晶蛋白石，Opal-C则是由-方石英无序堆垛而成，而Opal-CT是由-方石英与-鳞石英强烈无序堆垛而成（陈天虎等,2005）。蛋白石通常具备由Opal-A、Opal-C与Opal-CT交替共生构成的生长纹层，而关键金属元素在成矿过程中往往富集于蛋白石生长纹层的层间或蛋白石晶体结构中，并随蛋白石结晶相的转化析出沉淀。因此，许多学者
11、利用蛋白石的结构变化、化学成分变化以及同位素特征还原矿物沉积环境以及示踪岩浆-热液作用以及金属成矿过程(Petersen et al.,2004;Lynne et al.,2006;Saminpanya and Sutherland,2013;Liesegang and Milke,2014;Zeng Z G et al.,2015;Lowenstern et al.,2018)。二十世纪八十年代初，Ludwig et al.(1980)在美国犹他州Spor Mountain铍矿中，通过TIMS对蛋白石进行U-Pb分析，初步确定了Spor Mountain铍矿的成矿时代为216 Ma。九十年代
12、中期，郑绵平等(1995)首次对我国西藏地区硅华型铯矿床进行系统研究，通过对含铯蛋白石进行的X射线衍射图谱、红外光谱以及差热曲线等特征分析，确认了Cs替换蛋白石中的OH-并以OCs-的形式存在。二十一世纪以来，国内外学者均在蛋白石指示关键金属成矿领域取得重要成果，例如，我国学者对西藏谷露、搭格架、藏南-腾冲地区热泉型铯矿中的蛋白石进行了研究，确立了该地区成矿流体主要来源于深部，并明确了搭格架地区热泉型铯矿床的成矿五阶段(王海雷,2006;赵元艺等,2006a,2006b,2007,2009;王微,2020)。近年来，国外的学者在美国Spor Mountain火山岩型铀铍矿床的研究中，利用SHR
13、IMP、LA-ICP-MS、XRD等方法测定分析铀铍元素在蛋白石中的运移、扩散与沉淀机制，讨论了Spor Mountain铀铍矿床中成矿流体来源的多期次性，并在Spor Mountain区域构建起了较为精确的铀铍成矿年代格架(Neymark et al.,2000,2002;Pac-es et al.,2004,2010;Amelin and Back,2006;Nem-chin et al.,2006;Neymark and Paces,2013;Foleyand Ayuso,2013;Neymark,2014;Dutkiewicz et al.,2015;Schindler et al.,
14、2017;Dailey et al.,2018)，为探讨蛋白石对铀铍成矿的U-Pb年代学研究与铀铍元素沉淀机制等方面做出了突出贡献。因此，蛋白石在厘定关键金属成矿时代、示踪成矿流体及成矿物质来源与建立关键金属成矿模型等方面起到了重要作用(Lindsey,1977;Ludwig et al.,1980;Bar-ton and Young,2002;赵 元 艺 等,2006a,2006b,2010;Neymark and Amelin,2008;Othmane et al.,2016;Schindler et al.,2017;王微,2020)。本文在前人的研究基础上，综述和分析了蛋白石的成因与关
15、键金属富集成矿的关系，认为蛋白石可以为低温环境下关键金属的富集成矿提供重要的科学证据。1蛋白石成因机制与多相转化对关键金属的富集蛋白石按成因类型通常分为沉积蛋白石和岩浆-热液蛋白石两种，分别由沉积作用和岩浆-热液作用机制形成(Rice et al.,1995)。两种蛋白石在形成过程中均受到热液流体中二氧化硅的过饱和程度、温度、压力、pH值等条件的直接影响(Lynne etal.,2006)。沉积蛋白石在形成过程中主要包含has important scientific significance for revealing the ore-forming age of key metal dep
16、osits,tracing thesource of ore-forming materials of key metal deposits,exploring the genetic mechanism of key metal depos-its,and establishing the ore-forming model of key metal deposits.Opal as a tracer mineral would play an in-creasingly important role in the study of key metal deposits.Key words:opal;key metal;metallogenic mechanism;microbial mineralization204第39卷 第2期Opal-A球状聚集体、致密玻璃状二氧化硅、鳞球和杏仁状Opal-C和Opal-CT以及石英微晶体四种状态(Herdianita et al.,2000)；其中，热液流体中SiO2的浓度是决定生成哪种蛋白石的主要因素。通常情况下，流体在到达地表后优先形成