Geology：斑岩Cu-Au矿床形成的新机制?

斑岩矿床是Cu和Au的最主要来源，主要产出于板块汇聚边界，与陆缘弧和大洋岛弧关系密切。岩浆中Cu的初始含量是斑岩成矿的关键，然而有关板块汇聚边界岩浆作用过程中Cu的富集机制仍不明确。

大洋岛弧环境和陆缘弧环境存在不同的岩浆作用过程，大洋岛弧环境下岩浆中Cu的初始含量随着岩浆矿物的结晶逐渐增加，直到磁铁矿的结晶打断了岩浆中Cu的进一步富集，因为磁铁矿结晶会降低岩浆氧逸度，从而诱导硫化物饱和沉淀。相反的是，陆缘弧背景的下地壳岩浆在磁铁矿结晶之前早已达到硫化物饱和，硫化物饱和主要受两种模式控制。Model 1（温度和压力）：压力和温度效应增强了硫化物的稳定性，允许高fO₂岩浆在地壳底部分离硫化物。Model 2（石榴子石结晶）：石榴石分馏最终会增加岩浆fO₂，从而增加硫的溶解度，将Cu释放到岩浆中，甚至进入岩浆-热液流体（Lee and Tang, 2020）。

上述两种模式均表明硫化物在大陆下地壳存在结晶沉淀，并形成富Cu的堆晶体，从而导致上地壳亏损Cu和具有较低的Cu/Ag比值。然而，Model2提供了一种Cu从下地壳到上地壳的运移机制，这个过程是上地壳斑岩铜矿形成的必要条件，并且已被用于解释陆缘弧和岛弧环境下斑岩矿床的成矿差异。另外，目前还有一个未证实的模型，该模型表示岩浆通过快速上升可以有效阻止硫化物在下地壳的硫化物结晶堆积，因此并不需要考虑Cu从下地壳到上地壳的再活化和运移机制。

针对上述存在的不同模型，伯明翰大学Cox Daniel选取南美安第斯陆缘弧火山岩为主要研究对象（图1），通过火山岩的主量和微量元素，讨论了火山岩中地球化学行为与Cu和Cu/Ag之间的关系，根据岩浆产量、地壳厚度和地球化学性质为安第斯陆缘弧斑岩Cu-Au矿床的形成提出了新的见解，得出认识如下：

图1. 南美洲智利火山岩分布及样品位置（样品为黑色三角）

（1）MgO与Cu和Cu/Ag 二元图解显示具有正相关性（图2），表明了大部分智利火山岩相关的岩浆具有Cu亏损现象，指示在早期地壳演化中岩浆中会分离结晶出高Cu/Ag的硫化物。较高的(Dy/Yb)N 比值和λ1值（图3）表明增厚地壳岩浆存在明显的石榴子石和角闪石结晶分馏，并且岩浆中硫化物的分馏程度和Cu的亏损程度会随着地壳厚度的增加和石榴子石的分馏而增加。

图2. 南美洲智利火山岩的MgO相关二元图解

图3. 南美洲智利火山岩中稀土元素变化

（2）然而，MgO-Cu的二元图解（图2A）显示少数火山岩(Villarrica, Llaima, Puyehue–Cordón Caulle )具有相对富Cu特征，图2和图3显示了这些岩浆经历了快速上升过程，限制了岩浆在下地壳发生石榴子石和硫化物分馏，并且上述富Cu火山岩地区在历史上证实存在多期次剧烈大范围火山活动。这意味着在这些非典型地点，高岩浆喷发量、地壳厚度和地壳断层系统的发育，可能促进了岩浆得以快速上升，避免了下地壳硫化物的分馏，为上地壳斑岩矿床的形成起至关重要作用。

该研究表明了岩浆喷发量、地壳厚度和地壳断层系统的发育，可能会促进岩浆快速上升，可以避免岩浆在下地壳发生硫化物的分馏，该研究为安第斯陆缘弧斑岩Cu-Au矿床的形成提出了新的见解。

该项研究成果近期发表在Geology上：Cox,D., et al., 2020, Elevated magma fluxes deliver high-Cu magmas to the upper crust.原文链接如下：https://doi.org/10.1130/G47562.1