中亚造山带母岩浆氧逸度与硫化物饱和机制获揭示

中国科学院广州地球化学研究所博士后曹勇华与合作导师王焰研究员经过分析，估算出中亚造山带赋含铜镍硫化物矿化镁铁—超镁铁质岩体的母岩浆氧逸度范围。相关研究近日发表于《美国矿物学家》。

幔源基性岩浆上升至地表浅部发生硫化物饱和是成矿的基础，而岩浆硫化物饱和的机制受多种因素控制，岩浆的氧逸度与岩浆中硫的赋存状态及溶解度密切相关，是控制铜镍硫化物矿床形成的重要因素之一。汇聚板块边缘发育的含矿岩体源于交代地幔，通常认为其母岩浆具高氧逸度特点，但多为定性认识，缺乏定量评估，对于母岩浆氧逸度与硫化物饱和机制的关系也不明确。

研究人员选取中亚造山带俯冲阶段和碰撞后伸展阶段形成的一系列赋含铜镍硫化物矿床（化）的镁铁—超镁铁质岩体，利用橄榄石—尖晶石氧逸度计、以及模拟V在橄榄石与熔体间的分配系数（D_V^Ol/Melt），定量估算了两个阶段中代表性岩体的母岩浆及其地幔源区的氧逸度，查明了控制岩浆氧逸度的主要因素。同时，对含矿岩体中的硫化物利用LA-MC-ICPMS进行了原位S同位素分析，厘定了岩浆氧逸度与铜镍硫化物矿化程度的关联。

计算结果显示，中亚造山带俯冲及碰撞后伸展阶段含矿岩体的母岩浆氧逸度范围为FMQ+0.5至FMQ+3.0，明显高于板内环境苦橄质岩浆的氧逸度。同时，其地幔源区的氧逸度范围为FMQ至FMQ+1.0，略高于MORB地幔氧逸度（≤FMQ），但明显低于各岩体的母岩浆氧逸度。

这表明，含矿岩体母岩浆的高氧逸度特征可能并不是主要源于一个氧化的地幔源区，而可能与源自交代地幔的富水岩浆的结晶演化有关。同时，计算结果还显示出地幔楔的氧逸度在空间上呈现不均一的特点，可能受地幔楔深度及氧化性物质的加入量等因素控制。因此，如果笼统认为汇聚板块边缘的地幔楔均具有高氧逸度的特点是值得商榷的。

含矿岩体中硫化物的δ³⁴S值多落入MORB地幔值的范围（–1.5 +0.6‰），一些硫化物δ³⁴S值明显偏离MORB地幔值范围的岩体，其母岩浆氧逸度通常≤FMQ+1.0。这表明，如果母岩浆的氧逸度较高（fO₂>FMQ+1.0），母岩浆中的硫含量可能足够直接形成一些中—小型的铜镍硫化物矿床，并不一定需要地壳硫的加入。

曹勇华表示，结合之前对于含矿岩体全岩碳同位素的研究工作，他们认为，高氧逸度岩浆混染地壳还原性组分、诱发岩浆发生硫化物饱和，可能是导致中亚造山带铜镍硫化物床形成的一种重要机制。这与大型—超大型铜镍硫化物矿床必须外来地壳硫加入才能成矿的机制明显不同。

相关论文信息：https://doi.org/10.2138/am-2020-7351