【研究亮点】杨志明研究组-NC：俯冲沉积物的氧化还原状态

控制特提斯带斑岩成矿

特提斯带斑岩铜矿床分布之谜

　　特提斯造山带，这条横跨欧亚大陆南部、绵延上万公里的巨型山脉，不仅是地球板块碰撞的史诗见证，更是全球最重要的斑岩铜矿带之一（图1）。然而，一个长期困扰地质学家的谜团是：尽管经历了漫长的中生代新特提斯洋俯冲，该时期形成的斑岩铜矿却数量稀少、规模较小；相反，在新生代大陆碰撞期间，巨型斑岩铜矿却如雨后春笋般涌现（图2c）。这种“厚此薄彼”的分布规律，根源何在？

图1 特提斯带斑岩铜矿床的时空分布

锆石：记录两亿年以来氧逸度变化的“时间胶囊”

　　氧逸度是衡量岩浆氧化程度的指标，直接影响着铜、金等成矿元素的行为——高氧逸度岩浆才能有效溶解并搬运金属至浅部成矿。锆石因其极强的稳定性和抗风化能力，能够忠实记录古老岩浆的化学信息，尤其是氧化还原状态（△FMQ值）。为了解开特提斯带斑岩铜矿床分布之谜，中国地质科学院地质研究所杨志明研究组系统收集并分析了特提斯带从早侏罗世到中新世约2亿年以来的大量碎屑锆石数据，重建了氧逸度的变化历史。结果显示中生代的△FMQ值主要低于+1，新生代的△FMQ值通常高于+1（图2d），这一结果与中生代岩浆具有较低的全岩V/Sc比值而新生代岩浆具有较高的V/Sc比值相一致（图3），均表明从中生代到新生代岩浆朝更氧化的条件过渡。

图2 特提斯域氧化还原变化及相关地质事件

图3 特提斯域全岩V/Sc比值

沉积物氧化还原性质决定成矿命运

　　结合全球海平面变化、温度变化、沉积地层和全岩地球化学等约束条件，进一步揭示氧化状态变化的原因及其对成矿的影响。

Ø 中生代（俯冲期）：缺氧环境，成矿受抑

　　中生代时期新特提斯洋处于一个温暖、高海平面（图2a）、逐渐闭合受限的环境（图2e），促进大量还原性有机质沉积。同时这一时期大洋缺氧事件频发（图2c），而且还是烃源岩和油气资源最发育的时期（图2b）。还原性富有机质沉积物随大洋板片俯冲，释放还原性流体进入地幔楔，从而降低地幔楔和弧岩浆的氧逸度。在低氧逸度条件下，硫倾向于形成硫化物，而亲铜元素极易与硫结合，导致这些金属元素被“锁”在下地壳的硫化物堆晶中，无法有效运移到上地壳形成斑岩铜矿（图4a）。

Ø 新生代（碰撞期）：氧化环境，成矿爆发

　　新生代时期随着印度、阿拉伯和非洲大陆与欧亚大陆碰撞，被动大陆边缘的氧化性沉积物（如碳酸盐岩、蒸发岩）随着大陆地壳俯冲脱水，释放氧化性流体进入地幔楔和下地壳，提升了岩浆系统的氧逸度。高氧逸度条件下，早期被“锁”在下地壳硫化物中的铜被释放出来（硫化物氧化为硫酸盐），使其能更有效地运移到浅部，最终在适宜部位沉淀形成大量斑岩铜矿床（图4b）。

图4 大洋俯冲（a）和大陆碰撞（b）环境斑岩铜矿形成模式

理论与应用的双重突破

　　理论革新：这项研究通过多学科大数据资料详细刻画了新特提斯中生代到新生代的氧逸度变化，论证了俯冲沉积物的氧化还原性质对斑岩铜矿形成的控制作用，解释了特提斯成矿域斑岩矿床时间分布不均之迷，丰富了斑岩铜成矿理论。

　　勘查指示：识别具有高氧逸度和高水含量的浅成侵入体是斑岩铜矿勘探的关键，锆石不仅能示踪地质历史时期氧逸度和水含量的变化（图5），而且能大范围追溯古流域上游源区是否存在具有成矿潜力的地质单元。这一经济有效的新型勘探工具不仅能应用于斑岩成矿系统，而且对氧化还原敏感的钨锡矿同样具有勘查指示意义。

图5 锆石微量元素指标反映岩浆水含量和氧逸度

　　研究成果受到国家自然科学基金“特提斯地球动力系统”重大研究计划（92155305）和国家重点研发计划（2022YFC2903304）联合资助，于2025年7月12日发表在国际权威期刊《Nature Communications》上。第一作者为李华伟博士研究生，通讯作者为杨志明研究员，其他合作者包括吕勇军研究员和侯增谦院士。

论文信息：

Li Huawei, Yang Zhiming*, Lu Yongjun, Hou Zengqian. 2025. Redox state of subducted sediments controls porphyry copper mineralization along the Tethyan belt. Nature Communications, 16: 6456. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61668-3