主要观点总结
本文研究了岩浆演化过程中硫化物饱和与亲铜元素亏损对斑岩铜矿成矿的影响，重点关注了铁亏损在驱动硫化物饱和及亲铜元素亏损中的机制。通过全球弧火山岩和斑岩铜矿岩浆岩系列的V/Sc演化趋势研究，评估了不同厚度弧岩浆的氧化性来源和有利于斑岩铜矿形成的V/Sc演化趋势。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景及重要性
本文研究了岩浆演化过程中硫化物饱和与亲铜元素亏损对斑岩铜矿成矿的影响。这一研究对于理解岩浆形成斑岩铜矿成矿的主要机制具有重要的科学意义，有助于寻找新的矿产资源。
关键观点2: 研究成果
通过对全球弧火山岩和斑岩铜矿岩浆岩系列的V/Sc演化趋势研究，识别出不同厚度弧中控制岩浆铁亏损的矿物，并评估了不同厚度弧岩浆氧化性的来源。发现减弱或避免岩浆演化过程中磁铁矿的饱和对保留岩浆斑岩成矿潜力具有重要意义。
关键观点3: 研究方法
通过博士研究生艾宇民和吴超副研究员以及日内瓦大学Massimo Chiaradia研究员的联合研究，采用全球弧火山岩和斑岩铜矿岩浆岩系列的V/Sc演化趋势研究，识别出不同厚度弧中控制岩浆铁亏损的矿物，并评估了不同厚度弧岩浆氧化性的来源。
关键观点4: 文章出版信息
本文的主要研究成果已经发表在《中国科学：地球科学》杂志上，详细的研究方法和成果可以通过点击文章左下角的“阅读原文”进行查阅。
正文
岩浆演化过程中硫化物饱和与亲铜元素的亏损可能是限制岩浆形成斑岩铜矿成矿的主要机制，而岩浆铁亏损是驱动岩浆硫化物饱和的关键过程。文章通过研究全球弧火山岩和斑岩铜矿岩浆岩系列的V/Sc演化趋势，得到了不同地壳厚度下控制弧岩浆V/Sc比值变化的含铁矿物组合，根据V/Sc开始下降指示的磁铁矿饱和时机评估了不同厚度弧中岩浆的氧化性，并得出减弱或规避磁铁矿饱和是岩浆高斑岩成矿潜力的重要矿物学过程。相关成果发表在《中国科学：地球科学》2025年第1期。
斑岩型铜矿床的形成与汇聚板块边界岩浆作用密切相关，通常认为富水和高氧化性的岩浆有利于斑岩铜矿的形成。岩浆演化过程中硫化物饱和几乎不可避免，这一过程在一定程度上降低岩浆的成矿潜力。前人研究表明，岩浆演化过程中铁含量的下降是驱动硫化物饱和以及亲铜元素亏损的主要机制。然而，不同厚度弧中控制岩浆铁亏损和硫化物饱和的含铁矿物仍然不明确。此外，铁作为变价元素，不同含铁矿物结晶分异对弧岩浆氧化性的效应也不同，这也导致了前人对弧岩浆氧化性来源的争议。
中国科学院广州地球化学研究所陈华勇研究员课题组博士研究生艾宇民和吴超副研究员，联合日内瓦大学Massimo Chiaradia研究员，通过对全球弧火山岩和斑岩铜矿岩浆岩系列的V/Sc演化趋势研究，识别出不同厚度弧中控制岩浆铁亏损的矿物，并根据磁铁矿饱和时机评估了不同厚度弧岩浆氧化性的来源，以及有利于斑岩铜矿形成的V/Sc演化趋势。
弧岩浆V/Sc比值总是呈现随岩浆演化先上升后下降的特征，随着地壳厚度增加，V/Sc峰值则向更低的MgO方向移动(图1)。通过对岩浆主要含铁矿物的V和Sc分配系数收集，结合结晶分异模型计算，结果表明只有磁铁矿的结晶分异可以导致残余岩浆V/Sc比值显著下降，石榴子石和角闪石的结晶分异则使残余岩浆V/Sc比值上升，且石榴子石的效应相比角闪石更加显著。通过矿物的Fe-Mg交换系数模拟弧岩浆演化过程中不同矿物组合导致的V/Sc随Mg#的演化趋势，结果表明厚弧中更高的初始V/Sc比值是由石榴子石的结晶分异/源区残留导致的，从薄弧到厚弧岩浆演化过程中V/Sc的上升主要由辉石-角闪石控制，而岩浆演化晚期V/Sc的下降则由磁铁矿控制(图2)。这些现象表明，从薄弧到厚弧，岩浆的铁亏损逐渐由磁铁矿转为角闪石±石榴子石，磁铁矿饱和在厚弧中受到抑制。
图2 不同矿物组合结晶分异导致的V/Sc比值随Mg#变化趋势
通过收集不同温压条件下弧岩浆结晶分异实验数据，发现磁铁矿开始饱和时平衡熔体的Mg#与氧逸度呈正相关(图3a)。据此通过V/Sc下降指示的磁铁矿饱和，评估不同弧段岩浆的氧化性，结果表明地壳厚度>20 km的弧岩浆氧化性随地壳厚度增加而增加，而地壳厚度<20 km的弧岩浆氧化性显著高于厚弧的趋势线(图3b)。形成于陡俯冲的洋内薄弧通常会经历更多的氧化性物质输入，因而具有异常高的岩浆氧化性，而在厚大陆弧中，尽管俯冲输入减弱，但随地壳增厚富Fe2+矿物如石榴子石、角闪石的结晶分异将提升残余岩浆的氧化性。这些结果表明，俯冲输入和壳内富Fe2+矿物的分异共同控制了弧岩浆的氧化性，从薄弧到厚弧逐渐由俯冲输入主导转为壳内分异主导。
对斑岩型矿床岩浆岩系列的V/Sc演化趋势进行统计(图4)，结果表明斑岩Cu-Mo矿床的V/Sc演化趋势与大陆弧几乎一致，都显示出岩浆演化晚期的磁铁矿饱和，而斑岩Cu-Au矿床的V/Sc演化趋势则显示随岩浆演化连续的上升。这些现象表明减弱或避免岩浆演化过程中磁铁矿的饱和对保留岩浆斑岩成矿潜力具有重要意义：在厚弧中高的岩浆分异压力抑制了磁铁矿饱和，但早期结晶的富铁矿物石榴子石/角闪石驱动了硫化物早期饱和，这限制了岩浆的金成矿潜力，而提升的岩浆氧化性可能在一定程度上补足了硫化物饱和带来的铜亏损，而磁铁矿的饱和则使残余岩浆迅速贫铁并还原，将使岩浆斑岩成矿潜力显著下降；而对于斑岩Cu-Au矿床，岩浆演化任何阶段的硫化物饱和，如厚弧中的高压分异，或是薄弧中的磁铁矿结晶都不利于其形成。因此，在典型的斑岩成矿MgO范围内(<2.5wt.% MgO)，高V/Sc比值代表了岩浆高的斑岩成矿潜力，特别地，连续上升的V/Sc比值可以作为在广泛分布的汇聚边界岩浆作用中寻找潜在高斑岩Cu-Au成矿潜力的地球化学指标。
图4 斑岩型铜矿床的V/Sc演化趋势
中文版: 艾宇民, Chiaradia M, 吴超, 陈华勇. 2025. 地壳岩浆氧化性和斑岩型铜矿床成矿潜力. 中国科学: 地球科学, 55(1): 227~238
英文版: Ai Y, Chiaradia M, Wu C, Chen H. 2024. Crustal magma oxidation state and endowments in porphyry copper deposits. Science China Earth Sciences, 68(1): 226–236, https://doi.org/10.1007/s11430-024-1429-6
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