郝宏达等-JP、MD：揭示弧岩浆与超大型斑岩铜矿

成矿岩浆的关键区别

　　斑岩铜矿为全球提供了近75%的Cu、50%的Mo和20%的Au，是世界上重要的矿床类型，其成矿作用一直以来都是矿床学研究的重点。前人研究显示斑岩铜矿主要产自于岩浆弧环境，成矿岩体由俯冲作用产生的玄武质岩浆演化而来。然而，在全球广泛分布的弧岩浆中仅有少数成矿，指示成矿岩浆需要经历特殊的演化过程最终形成斑岩铜矿。因此，对比典型弧岩浆与斑岩铜矿成矿岩浆的演化过程，对揭示斑岩铜矿成矿岩浆特征，限定控制岩浆成矿的主要因素具有重要的科学意义。

　　针对上述科学问题，中国地质科学院地质研究所侯增谦院士团队郝宏达副研究员等，通过对全球典型弧岩浆与超大型斑岩铜矿的成矿岩浆进行系统对比，揭示了弧岩浆与超大型斑岩铜矿成矿岩浆的关键区别，限定了控制超大型斑岩铜矿形成的关键因素。取得主要认识如下：

　　1.揭示了超大型斑岩铜矿成矿岩浆较典型弧岩浆更富水，显示水含量是控制岩浆成矿的重要因素。在厚地壳（>50km）与薄地壳（<40km）中，典型弧岩浆的稀土元素含量随岩浆演化变化不大，指示角闪石随岩浆演化结晶分异较少。相反，超大型斑岩铜矿的成矿岩浆重稀土含量随着岩浆演化显著下降，显示较多的角闪石分离结晶（图1）。角闪石分离结晶代表岩浆富水特征，以此推断超大型斑岩铜矿的成矿岩浆较典型弧岩浆更富水。

图1 厚地壳（>50km）与薄地壳（<40km）中典型弧岩浆与超大型斑岩铜矿成矿岩浆稀土元素地球化学特征（Hao et al., 2024 JP）

　　2.限定了水与成矿金属含量在超大型斑岩铜矿成矿岩浆中的特征，提出控制斑岩铜矿形成的关键因素。综合超大型斑岩铜矿成矿岩浆与典型弧岩浆水与成矿金属的含量特征，提出较高的水含量是厚地壳中形成斑岩铜矿的关键因素，成矿岩浆并不需要较高的金属含量，具有中等程度金属含量的岩浆（例如Cu含量约50 ppm）足以形成超大型斑岩铜矿。然而在薄地壳中，同时具有较高水和成矿金属含量的岩浆是形成斑岩铜矿的关键因素。

　　3.基于成矿岩浆具有较高水含量的关键特征，提出通过Y与MgO作图指示岩浆的成矿潜力（图2），并对找矿勘查具有一定指导意义。

图2 厚地壳（>50km）与薄地壳（<40km）中典型弧岩浆与超大型斑岩铜矿成矿期岩浆Y元素地球化学特征（Hao et al., 2024 JP）

　　此外，郝宏达等还针对东特提斯成矿带典型后碰撞斑岩铜矿的成矿与贫矿岩体，开展了铂族元素地球化学对比研究，结果显示后碰撞成矿岩浆具有中等程度的铂族元素含量，指示该岩浆中具有足够多的成矿金属最终形成斑岩铜矿。相反，贫矿岩浆铂族元素含量极低，反映其具有较低的成矿金属含量，因此不能形成斑岩铜矿（图3）。

图3 东特提斯成矿带典型后碰撞斑岩铜矿的成矿岩浆与贫矿岩浆铂族元素地球化学特征对比（Hao et al., 2024 MD）

　　通过开展弧岩浆与超大型斑岩铜矿成矿岩浆系统对比，以及典型后碰撞斑岩铜矿成矿岩浆铂族元素地球化学研究，揭示了典型弧岩浆与超大型斑岩铜矿成矿岩浆在演化过程中的关键区别，限定了控制斑岩铜矿形成的关键因素，对完善斑岩铜矿的成矿模型，指导斑岩铜矿找矿勘查具有重要意义。

　　研究成果近期发表在国际岩石学权威期刊《Journal of Petrology》和矿床学权威期刊《Mineralium Deposita》上，郝宏达副研究员为第一及通讯作者，合作作者包括澳大利亚国立大学Ian Campbell教授，韩国首尔国立大学Jung-Woo Park教授，中国地质大学（北京）郑远川教授等。研究成果获得国家重点研发计划（2023YFF0804200），国家自然科学基金项目（92155305和42125204）和中国地质科学院地质研究所“黄汲清青年人才”项目（J2322）联合资助。

论文信息：

Hao, H.*, Campbell, I. H., Park, J. W. (2024). Critical differences between typical arc magmas and giant porphyry Cu ± Au systems: Implications for exploration. Journal of Petrology, 65. https://doi.org/10.1093/petrology/egae058.

Hao, H.*, Park, J. W.*, Zheng, Y. C., Hwang, J. (2024). Role of chalcophile element fertility in the formation of the eastern Tethyan post-collisional porphyry Cu deposits. Mineralium Deposita, 1-16. https://doi.org/10.1007/s00126-024-01280-5.