文章报道了最新发表在《自然·地球科学》杂志上的研究，揭示了斑岩铜矿在板块俯冲，尤其是在平俯冲背景下的一种新的形成机制。研究指出，富含挥发分的板块俯冲到北美板块之下，促使地壳熔融并形成了斑岩铜矿。这一发现挑战了传统的斑岩铜矿形成理论，为寻找新的铜矿资源提供了重要线索。
研究揭示了斑岩铜矿在板块俯冲，尤其是在平俯冲背景下的一种新的形成机制，这一发现挑战了传统的斑岩铜矿形成理论。
研究团队选择了美国亚利桑那州的斑岩铜矿省作为研究对象，通过结合地球年代学、地温压力计方法等技术手段，重建了地壳熔融和斑岩铜矿形成的过程。
研究提出了一个新的斑岩铜矿形成模型，即法拉隆板块的平俯冲作用携带的挥发分促使富含铜的地壳发生熔融，形成富含成矿元素的岩浆，最终导致斑岩铜矿的形成。
【导读】
最新发表在《自然·地球科学》杂志上的研究揭示了斑岩铜矿在板块俯冲，尤其是在平俯冲背景下的一种新的形成机制。研究表明，富含挥发分的板块俯冲到北美板块之下，导致地壳熔融并形成了丰富的斑岩铜矿。这一发现挑战了传统的斑岩铜矿形成理论，并为寻找新的铜矿资源提供了重要线索。
斑岩铜矿是全球最重要的铜资源之一，其形成与板块构造的运动密切相关。传统的理论认为，斑岩铜矿形成于大洋板块俯冲到大陆板块之下时，地幔楔（mantle wedge）发生部分熔融，形成富含金属的岩浆，并在上升过程中富集成矿。然而，许多大型斑岩铜矿床却形成于平俯冲时期，此时地幔楔被压缩或缺失，岩浆的来源成了未解之谜。
图1 沿会聚板块边界形成
斑岩铜矿
的对比模型
在缺乏地幔楔贡献的情况下，是什么驱动了这些巨型斑岩铜矿的形成？这些成矿岩浆的来源是什么？
为了解答这些疑问，研究团队将目光投向了美国亚利桑那州晚白垩世-古新世拉腊米期（Laramide Orogeny）的斑岩铜矿省。该区域是全球第二大斑岩铜矿省，其形成平俯冲作用密切相关。研究团队结合了地球年代学（geochronology）和地温压力计（thermobarometry）方法，对拉腊米期花岗岩的地球化学和同位素特征进行了深入研究，并结合深部地壳的岩石学和矿物学证据，重建了该区域地壳熔融和斑岩铜矿形成的过程。
研究发现，拉腊米期花岗岩的同位素特征表明其源区为元古代地壳（Proterozoic crust），并且该地壳可能富含铜。在7300万到6000万年前，这个源区经历了水致熔融（water-fluxed melting），这与花岗岩浆作用高峰期（7800万-5000万年前）、斑岩铜矿形成期（7300万-5600万年前）和平俯冲作用时期（7000万-4000万年前）在时间上高度吻合。
通过对科罗拉多高原过渡带（Colorado Plateau Transition Zone, CPTZ）中深部地壳岩石的详细研究，研究人员发现了水致熔融的直接证据：高温高压变质岩中含有富含铜和银氧化物的长英质脉体，表明地壳熔融发生在挤压变形过程中。同位素混合计算进一步证实，拉腊米期花岗质岩浆中超过70%-90%的熔体来源于镁铁质和长英质的元古代地壳。
该研究提出了一个新的斑岩铜矿形成模型：法拉隆板块的平俯冲作用导致其携带的挥发分（H₂O, CO₂, Cl, S）直接进入地壳底部，促使富含铜的镁铁质和长英质下地壳发生熔融，形成富含成矿元素的岩浆，最终导致斑岩铜矿的形成。该模型不需要地幔楔的贡献，很好地解释了在平俯冲背景下斑岩铜矿的成因。
图4 变质岩和混合岩的压力-温度-时间演化
参考文献
：
Lamont, T.N., Loader, M.A., Roberts, N.M.W.
et al.
Porphyry copper formation driven by water-fluxed crustal melting during flat-slab subduction.
Nat. Geosci.
(2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01575-2
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