廣州地化所利用LAICPMS發現氧逸度與斑巖銅礦成礦的關系

　　高氧逸度是斑巖銅礦所具有的一個普遍性特征，然而關于氧逸度，還存在一些問題并未得到解決，例如，斑巖銅礦何時氧化、如何獲得高氧逸度、為什么大量高氧逸度的島弧巖石并不能形成斑巖礦床？為什么高氧逸度下俯沖洋殼部分熔融是斑巖銅金礦床成礦的最佳條件？

　　德興斑巖銅礦形成于中侏羅時期（~170 Ma），位于江南古陸東段，是我國華南最大的斑巖型銅礦。該礦床具有高氧逸度特征，然而前人研究認為德興斑巖銅礦的高氧逸度繼承于新元古代的俯沖，而非侏羅紀時期的古太平洋板塊的俯沖。銅則來源于新元古代相關的加厚下地殼。中國科學院廣州地球化學研究所研究人員利用LA-ICPMS分析了德興斑巖中的巖漿鋯石以及繼承鋯石的微量元素同時得到其U-Pb年齡，并計算了鋯石對應的氧逸度（圖1）。研究結果表明，新元古代鋯石形成時的巖漿對應的氧逸度并不高（ΔFMQ-2.4到 ΔFMQ+0.7），相反，侏羅紀巖漿鋯石具有更高的氧逸度（ΔFMQ+0.7到ΔFMQ+1.9）。因此，德興斑巖銅礦的高氧逸度并非繼承于新元古代新生下地殼。其高氧逸度更可能是受侏羅紀古太平洋板塊俯沖影響。

　　成礦斑巖通常具有高的Sr/Y、La/Yb比值，也被稱為埃達克質特征。俯沖板片熔融以及加厚下地殼部分熔融都被認為是斑巖銅礦重要的成因機制。該研究利用分離部分熔融分別模擬計算了下地殼、俯沖洋殼為初始成分，熔體中Sr/Y、La/Yb和銅含量隨部分熔融程度的變化。模擬發現，5%-30%洋殼部分熔融可以形成埃達克巖的Sr/Y、La/Yb特征，而下地殼則需要>40%部分熔融（圖3）。

　　部分熔融熔體銅含量受氧逸度、源區S以及銅含量共同影響。部分熔融熔體在高氧逸度（>ΔFMQ+1.5）條件下具有更高的銅含量。洋殼部分熔融形成埃達克巖對應的銅含量最高可達390 ppm；加厚下地殼部分熔融形成的埃達克質巖具有Sr/Y、La/Yb特征時，對應的熔體銅含量低于75ppm（圖4）。同時對比Lee CT et al (2012) 模擬的地幔楔部分熔融結果，形成的弧巖漿（20-30%部分熔融）中銅含量小于150 ppm。值得注意的是，含大量硫化物堆晶的源區，即使在高氧逸度環境下部分熔融也不能形成富銅巖漿（詳見Sun et al. (2016) Acta Geochimica）。利用銅在流體與熔體之間的分配系數（集中在100-400），以及斑巖銅礦對應的最初始流體包裹體中的銅含量（3000 ppm-10 wt%），估算巖漿源區銅含量至少需要160 ppm才能形成斑巖銅礦。因此，高氧逸度（>ΔFMQ+1.5）環境下，俯沖洋殼部分熔融是形成斑巖銅礦最可能的機制。盡管高氧逸度是斑巖銅礦的普遍特征，全球斑巖銅礦的鋯石氧逸度與其對應的銅儲量并沒有明顯的相關性（圖2）。這不僅支持了氧逸度(~ΔFMQ +1.5)為成礦的關鍵指標，同時暗示了除氧逸度以外，還有其他的因素控制銅的儲量，如俯沖板塊占源區的比重、熱液富集作用的效率、礦床在地殼的保存出露情況等。

　　該研究成果近期在線發表于Geochimica et Cosmochimica Acta，第一作者為廣州地化所中科院礦物學與成礦學重點實驗室博士研究生張潺蟬，導師為研究員孫衛東。該研究成果受國家重點研發計劃“深地資源勘查開采”重點專項(2016YFC0600408）、中科院戰略性先導科技專項（XDB18020000）以及國家自然科學基金（91328204,41421062）資助。

　　論文信息：Zhang, C.C., Sun, W.D. (通訊作者), Wang, J.T., Zhang, L.P., Sun, S.J., Wu, K., 2017. Oxygen fugacity and porphyry mineralization: a zircon perspective of Dexing porphyry Cu deposit, China. Geochimica et Cosmochimica Acta, in press.

圖1（A）德興斑巖銅礦構造背景地質圖，深藍色圓點代表了計算繼承鋯石氧逸度所用到新元古代巖石分布位置。（B、C）德興斑巖銅礦地質圖。

圖2 斑巖銅礦與氧逸度。右圖表示德興鋯石及其對應的氧逸度估算值。新元古代鋯石氧逸度低于成礦期巖漿鋯石氧逸度。左圖為用同樣方法估算的全球斑巖銅礦鋯石氧逸度值，括號內數值代表礦床對應的銅儲量（單位為Mt）。其中，與長江中下游沙溪斑巖銅礦同時期的不含礦巖體具有比斑巖銅礦更低的氧逸度。

圖3 分離部分熔融模型下，估算俯沖洋殼（A、B）和下地殼（C、D）部分熔融熔體Sr/Y、La/Yb比值。

圖4 不同氧逸度條件下，俯沖洋殼、下地殼分離部分熔融，對應的熔體銅含量。黃色虛線代表了形成部分熔融熔體最終形成斑巖銅礦所需的最低銅含量（160 ppm）；黃色陰影對應了成礦斑巖源區熔體的銅含量范圍。粉色、藍色陰影分別代表洋殼和加厚下地殼部分熔融形成成礦斑巖的Sr/Y、La/Yb特征（圖3）所對應的銅含量范圍。綠色實線為Lee CT et al (2012)模擬不同氧逸度條件下，地幔楔部分熔融熔體對應的銅含量。綠色陰影代表了弧巖漿對應的銅含量范圍。