斑岩铜矿体系流体演化过程元素迁移、富集机制实验研究

斑岩铜矿作为最重要的铜矿类型，提供了全球约75%的Cu、50%的Mo以及20%的Au。其典型的蚀变矿化分带模式反映了成矿流体与围岩作用过程中逐渐演化的趋势，对不同蚀变带元素变化规律和迁移机制进行深入研究，将有利于增进对整个斑岩体系演化过程的认识。最近一项研究通过实验手段揭示了斑岩铜矿体系演化过程中元素迁移、富集行为和围岩蚀变分带的形成机制。

题为“Experimental study of high to intermediate temperature alteration in porphyry copper systemsand geological implications”的论文，近期在《中国科学：地球科学》(英文版)2019年3期出版，第一作者为中国科学院广州地球化学研究所博士研究生李建平，通讯作者为陈华勇和苏龙研究员。研究者首次采用流动体系高温高压实验装置，模拟斑岩铜矿形成过程中含矿热液与围岩的相互作用，来揭示元素迁移、富集机制和蚀变分带形成的控制因素。

斑岩铜矿发育有典型的蚀变矿化分带模式，明确各个蚀变带的形成机制和其中的元素迁移富集行为对于完善成矿模式和确定矿化中心具有重要意义。传统的研究方法是通过地质观察，显微岩相学研究及流体包裹体测试，结合同位素组成和相应的蚀变矿物组合特征来确定成矿流体演化过程和矿床成因。但实际上斑岩铜矿的形成往往经历了多期次的岩浆热液叠加作用，产生了大量的次生流体包裹体和复杂的蚀变矿物组合特征。这些因素会对成矿流体演化、蚀变机制和控矿因素研究的准确性造成不容忽视的影响。前人针对在简单封闭体系内的蚀变和矿化进行了实验研究，但缺乏考虑流体流动和水-岩反应在空间上的梯度效应，而矿床的蚀变和矿化是多重因素耦合的复杂过程，含矿流体并非在封闭空间内参与反应，而是沿一定梯度方向进行迁移并伴随着体系内物质的交换，因此利用流动体系装置进行实验更符合真实的成矿环境。

本次实验采用斑岩铜矿常见的火山围岩类型——玄武安山岩作为围岩样品，成矿流体组成参考典型斑岩铜矿早期高温蚀变带石英脉内单个流体包裹体成分分析结果(其可近似代表岩浆出溶流体的原始成分)，运用流动体系水-岩反应装置来模拟斑岩铜矿形成过程中含矿热液与围岩的相互作用。对实验后柱状岩石产物沿流向分段处理，并进行显微岩相学观察、全岩组分分析和矿物微区分析，来揭示围岩的蚀变过程和元素的迁移、富集行为。

实验结果显示，温度是影响钾化蚀变的重要因素，高温(T≧400℃)含K流体易致围岩发生钾化，高温条件下K⁺对Na⁺行为的抑制是导斑岩铜矿系统核部普遍发育钾化带而缺失钠化带的重要因素。高温流体交代围岩导致Ca、Zn、Mg和Mn发生明显淋滤，该过程对系统中心热液硬石膏的形成和外围青磐岩化蚀变和Zn矿化具有积极作用。通过实验产物中元素含量沿流向的变化规律反演斑岩铜矿系统围岩中元素的空间分布特征，以此为依据为确定斑岩系统热液中心提供了初步的勘察指标。

典型斑岩铜矿蚀变分带及围岩内特征元素含量变化趋势(底图来自Sillitoe，2010)

研究结果为斑岩铜矿系统钾化带的产生、钠化普遍缺失、硬石膏共生等重要地质现象的形成机理提供了实验和理论证据。

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Li J P, Chen H Y, Su L, Xiao B, Wang Y F. 2019. Experimental study of high to intermediate temperature alteration in porphyry copper systems and geological implications. Science China Earth Sciences, 62(3): 550–570