岩浆分异作用在优化铜流体辅助提取中的关键角色及其对大型斑岩型矿床形成的意义

推荐：研究人员针对斑岩铜矿(PCDs)形成过程中铜元素提取效率的关键控制因素，通过定量模拟上地壳岩浆演化中Cu和Cl的行为，揭示分异结晶是促进铜高效提取的核心机制。研究表明中等Cl浓度(约2000 ppm)结合低压条件即可形成高品位矿床，颠覆了传统认为需要高Cl/Cu浓度或巨大岩浆房的观点，为斑岩铜矿勘探提供了新理论依据。

　　

斑岩铜矿是全球铜资源的主要来源，其形成机制长期存在争议。传统观点认为需要异常高浓度的铜和氯或巨大体积的岩浆才能形成经济矿床，但这一假说缺乏定量证据支持。更关键的是，深部岩浆房流体与熔体的相互作用过程难以直接观测，导致对铜提取效率的控制因素认识模糊。

为解决这一难题，中国科学院地质与地球物理研究所的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表研究，通过建立首个整合温度-压力-熔体成分多参数的定量模型，系统模拟了上地壳岩浆演化过程中铜和氯的行为特征。研究创新性地发现：分异结晶程度而非初始Cl/Cu浓度才是控制铜成矿潜力的决定性因素。当岩浆分异至SiO₂含量达63-73 wt%时，即使中等Cl浓度(~2000 ppm)的岩浆也能通过流体提取86-89%的铜，这一效率远超早期岩浆阶段。研究同时推翻"巨大岩浆房必要论"，证明体积<10³ km³的弧岩浆经充分分异即可形成如Bingham级(60 Mt Cu)的超大型矿床。

关键技术方法包括：1)基于水饱和钙碱性系列岩石的液相线建立熔体分数(F)-SiO₂-ASI(铝饱和指数)参数化方程；2)整合132组流体/熔体分配系数实验数据，构建非亨利定律控制的D^f/m_Cl经验公式；3)采用瑞利分馏模型逐步计算各结晶阶段Cu/Cl分配行为；4)以美国Bingham矿床熔体包裹体数据验证模型可靠性。

研究结果部分：

1. Cl在岩浆演化中的行为
   模拟显示析出流体盐度1-15 wt%，与斑岩系统中间密度流体包裹体实测值吻合。盐度峰值出现在SiO₂ 65-72 wt%的熔体阶段，且随压力降低向高硅方向偏移。

2. Cu在岩浆演化中的行为
   流体Cu浓度50-10,000 ppm与矿床实测范围一致。关键发现是低压(1.5 kbar)条件下，中等Cl浓度岩浆在晚期分异阶段(D^f/m_Cu达峰值)可产生最高Cu浓度流体，过早或过高的Cl浓度反而降低平均品位。

3. 铜提取效率
   分异程度对提取效率的影响呈非线性增长：当SiO₂从63 wt%增至70 wt%时，效率从10%跃升至80%。压力影响微弱(150→300 MPa仅提升3%)，证实岩浆化学演化是主导因素。

4. 对斑岩铜矿形成的启示
   提出"中度Cl-充分分异-低压"三元最优成矿条件：a) 初始Cl~2000 ppm避免早期铜分散；b) 岩浆需演化至SiO₂≥63 wt%实现高效提取；c) 浅部(5-10 km)低压环境提升流体Cu浓度。研究同时解释为何含矿斑岩常伴生低Cu弧岩——这正是流体充分提取的"指纹"。

结论部分强调该研究突破传统成矿理论的三个认知：1) 否定必须存在高Cl/Cu岩浆或巨型岩浆房的观点；2) 证实硫化物饱和与否对成矿影响有限，因中下地壳析出流体本身铜提取效率极低(<11%)；3) 建立熔体成分(SiO₂/ASI)-物理条件(T/P)-流体化学(盐度)的定量关系链，为矿床预测提供可量化的新指标。该模型已成功应用于智利Escondida等超大型矿床的成因解释，对全球斑岩铜矿勘探战略具有重要指导价值。