碰撞型斑岩铜矿成因新模式挑战传统地质理论

近日，中国地质科学院地质研究所的杨志明研究员与国内外学者合作，针对全球最经典的碰撞型斑岩铜矿带——西藏冈底斯带展开研究，提出了碰撞型斑岩铜矿成因的新模式。这一新模式挑战了传统的“斑岩铜矿形成主要依赖于大洋板片俯冲”的认识，为构建新型斑岩铜矿成矿模型提供了重要的理论依据。该研究成果已发表在7月2日的《科学进展》上。

斑岩型铜矿是全球最重要的矿床类型之一，是铜、钼、金、铼、硒及碲等关键矿产的主要来源。传统的斑岩铜矿成因模式认为，斑岩铜矿的形成通常与氧化性钙碱性弧岩浆密切相关。然而，过去20多年来，中国学者通过深入研究发现，斑岩铜矿不仅可以在岩浆弧环境中形成，也可以在大陆碰撞环境中形成。

挑战传统地质理论

在大陆碰撞构造背景下，成矿岩浆被认为起源于俯冲改造下地壳的部分熔融。由于在成矿期缺乏活动的大洋俯冲，碰撞型斑岩铜矿的成因，特别是成矿岩浆高氧化性特征的形成机制，成为当前学界关注的焦点。

杨志明研究团队针对碰撞型斑岩铜矿成因的科学问题，系统分析了西藏冈底斯带东段新特提斯洋俯冲、印度—亚欧大陆碰撞及后碰撞阶段岩浆岩的微量元素地球化学与镁—汞同位素组成，探索成矿岩浆高氧化性特征的形成机制，并取得新认识。

研究发现与新认识

氧逸度与成矿的关系

研究发现，全岩钒/钪比值和锆石ΔFMQ（铁镁质矿物氧逸度参数）填图结果显示，冈底斯带自俯冲至后碰撞阶段岩浆氧逸度呈系统性上升趋势。高氧逸度区域集中分布在东经87°至92°之间，与中新世斑岩铜矿的分布高度吻合，指示岩浆氧化态提升与成矿密切相关。

陆源沉积物的贡献

研究还发现，后碰撞成矿斑岩和超钾质岩相较于俯冲和同碰撞花岗岩与基性岩，表现出更高的钍/镱和钍/镧比值以及较低的镥/铪比值。这表明碰撞后岩浆源区的陆源沉积物贡献显著增强，其物源很可能来自印度北部的被动大陆边缘。

同位素分析的新见解

此外，俯冲期与同碰撞期花岗岩的Hg（汞）同位素值接近原始地幔值，而后碰撞成矿斑岩及超钾质岩Hg同位素值表现出更广的变化范围。其负的Hg同位素特征指示印度大陆沉积物中的汞成分被俯冲携带并进入冈底斯岩石圈地幔与下地壳。同时，超钾质岩的Mg（镁）同位素值表现出轻Mg特征，进一步支持碳酸盐成分对地幔的交代作用。

未来研究与应用

高温高压实验表明，在3 GPa（吉帕）、900摄氏度条件下，钙质碳酸盐能够氧化橄榄石中的Fe2+（亚铁离子），显著增加地幔中Fe3+（铁离子）含量，从而提高其氧逸度。地质记录显示，印度大陆北缘广泛发育的中生代至始新世碳酸盐岩沉积（包括台地相与盆地相），厚度可达数千米。此外，印度北部还分布大量含硫酸盐物质的蒸发岩。这些氧化的沉积物在碰撞过程中提供了充足的氧化剂来源。

基于上述结果，杨志明研究团队提出：碰撞型斑岩铜矿的形成因大陆沉积物（尤其是碳酸盐与硫酸盐）循环所致。碰撞过程中，氧化性沉积物的循环一方面会直接或间接提升成矿岩浆源区的氧逸度，使源区的硫化物分解为硫酸盐，从而导致铜和硫在源区部分熔融过程向成矿岩浆中富集；另一方面，氧逸度的升高会显著提高成矿岩浆对硫和铜的溶解能力，降低岩浆演化过程中硫化物因饱和而分离的可能性，确保成矿物质最终在热液阶段通过流体迁移卸载形成斑岩铜矿。

这一发现为未来的矿产勘探提供了新的方向，也为理解地质构造演化提供了新的视角。研究团队表示，未来将继续深入研究碰撞型斑岩铜矿的成因机制，以期为全球矿产资源的开发利用提供更为科学的指导。