低压条件下角闪石分异不利于斑岩型铜矿床的形成：来自岩浆氧化态和含水量的制约

《Journal of Geochemical Exploration》：Low-pressure amphibole differentiation is unfavorable for porphyry Cu deposit formation: Contrains from oxidation state and water content of magma

　　

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  以角闪石为主的分异作用是斑岩铜矿床演化的关键。
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  低压角闪石分异不利于斑岩铜矿床的形成。
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  由角闪石+斜长石组成的富角闪石岩相属于不利的成矿区域。

引言

斑岩型矿床是地球上最重要的铜矿来源，约占全球铜产量的75%（Sillitoe, 2010）。斑岩型矿床的形成通常与大型、长寿命的岩浆系统有关，在该系统中，不同斑块的岩浆在数百万至数千万年的时间跨度内逐步聚集（Richards, 2003; Candela and Piccoli, 2005），最终包裹铜矿化的斑岩岩株或岩脉一般呈高度氧化且富含水的特征。这些斑岩矿床形成的母岩浆所具有的高氧化性、富水特征可能继承自源区（Kelley and Cottrell, 2009），也可能是在晚期分异过程中发育的（Rohrlach and Loucks, 2005; Loucks, 2014; Tang et al., 2018; Lee et al., 2020）。越来越多的证据表明，斑岩矿床形成的母岩浆在壳内的晚期演化似乎是主要机制。在下地壳中广泛而长期的演化（Chiaradia et al., 2009; Loucks, 2014）可能导致岩浆经历角闪石±石榴石的分歧结晶（Müntener et al., 2001; Alonso-Perez et al., 2009; Melekhova et al., 2015; Barber et al., 2021; Heinrich, 2024），在此过程中，角闪石（Zhang et al., 2022; Du et al., 2025）或石榴石（Tang et al., 2018）对Fe²⁺相对于Fe³⁺的优先纳入，以及高压条件下熔体中水的高溶解度（例如Rohrlach and Loucks, 2005），将导致演化后的熔体更加氧化并富集水。

因此，对斑岩型矿床母岩浆岩石成因的进一步研究聚焦于许多斑岩型矿床中的富角闪石岩相及其相关的中性岩浆（Richards and Kerrich, 2007; Richards, 2011; Loucks, 2014; Du et al., 2021, 2025）。然而，在以角闪石分异为主的区域中，仅有有限案例（例如中国东部铜陵，Du and Audétat, 2020）产出斑岩铜矿床。本文探讨了中国东部金寨地区富角闪石岩石和同期贫矿花岗岩的成因，并提出了一项新发现：低压下以角闪石为主的组合分异可能控制了中酸性熔体的贫矿属性。

各节摘要

地质背景

大别造山带作为秦岭—大别造山带东段，北以明岗—古寺断裂与华北克拉通相隔，南以襄樊—广济断裂与扬子克拉通相隔（图1）。华北地块与扬子地块的碰撞时间根据大别造山带麻粒岩中高压—超高压（HP-UHP）矿物（如柯石英和微金刚石）的形成年龄确定为三叠纪至早侏罗世（Ernst and Liou, 1995;

全岩地球化学

破碎和全岩地球化学分析在中国天津北京创特检验技术有限公司完成。选择未蚀变或蚀变最轻的样品进行全岩地球化学成分分析。样品首先破碎至≥80%通过2 mm筛，然后从此材料中取200 g分样，研磨至≥85%通过70 μm。每个粉末样品的0.1–0.3 g等分物在1150–1250 °C下用Li₂B₄O₇熔剂熔融，制成玻璃珠用于

全岩化学成分

全岩数据见附表S1。所分析的基性至超基性样品在SiO₂（45.4至50.7 wt%）方面组成范围相对有限，但MgO丰度变化较大（12.0至25.0 wt%）。橄榄石—辉石角闪辉岩/辉石岩/角闪辉岩 cumulate的SiO₂含量约为41至45 wt%，MgO含量为12.0至25 wt%，在TAS图解（图6a）中归类为闪长岩，属于钙碱性系列（图6b）。角闪闪长岩样品

P-T-H₂O-fO₂条件

采用单斜辉石—液相温压计（Neave and Putirka, 2017）和角闪石—液相温压计（Putirka, 2016）来估算早期超基性—基性岩石和含角闪石的中性岩石中单斜辉石和角闪石的结晶压力和温度。用于估算的角闪石和单斜辉石成分数据见附表S3。对于单斜辉石—液相温压计，压力和温度的不确定度

结论

本研究得出以下结论：

• (1)
  金寨地区的富角闪石岩相和贫矿中酸性岩石具有过渡接触关系和一致的结晶年龄（约130 Ma）。
• (2)
  低压下角闪石+斜长石的分异是控制金寨地区壳内岩浆演化的主要岩浆过程。
• (3)
  低压下角闪石+斜长石的分异不利于斑岩铜矿床的形成，由

CRediT作者贡献声明

杜敬国： 经费获取，形式分析，数据整理，概念构思。邸向东： 形式分析，数据整理。邓晓华： 调查研究，经费获取，形式分析，数据整理。宋志伟： 研究方法，数据整理。

未被引用参考文献

Candela and Holland, 1986

Chang et al., 2021a

Chang et al., 2021b

Chen et al., 2002

Chen et al., 2005

Chen et al., 2009

Chiaradia and Caricchi, 2017

Chiaradia et al., 2012

Dhuime et al., 2007

Du et al., 2018

Ducea et al., 2015

Fukao et al., 1992

Gao et al., 2012

Gao et al., 2013

Guo et al., 2014

Hou et al., 2015

Hu et al., 2018

Hutchinson and Dilles, 2019

Jagoutz, 2014

Jenner et al., 2010

Jugo et al., 2010

Kelemen et al., 2003

Kepezhinskas et al., 1993

Lai et al., 2012

Larrea et al., 2013

Leake, 1997

Lee et al., 2012

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金委员会[编号：42222205、42002072]和中央高校基本科研业务费[资助号300102271304]的资助。杜敬国感谢编辑和两位匿名审稿人的认真评审。

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