斑巖型銅礦是最主要的銅礦床類型，為世界提供了70%的銅資源，其成因機制是現今礦床學與經濟地質學的研究熱點。斑巖銅礦是指與具斑狀結構中酸性侵入巖伴生、礦石以細脈狀與浸染狀為主、低品位大儲量的銅礦床，多分布在板塊會聚邊緣。斑巖銅礦的成礦流體為巖漿流體，銅礦床和蝕變帶與含礦斑巖密切的時空關係顯示成礦流體源於成礦斑巖。一般認為，富銅巖漿的形成對斑巖銅礦的形成起制約作用。然而，是否存在富銅斑巖巖漿仍缺乏巖石學證據，富銅斑巖巖漿的形成機制也暫不清楚。
針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究院重點實驗室研究員徐興旺與合作者，在國家基金重大項目、國家科技支撐計劃項目與中科院創新項目的資助下，從斑巖銅礦區尋找與研究包體入手，揭示了斑巖銅礦巖漿的形成機制。
研究人員在中亞斑巖銅礦帶新疆東準噶爾瓊河壩斑巖銅礦區桑南英雲閃長巖中發現富銅斑狀基性包體，並開展包體與圍巖詳細的巖石學、地球化學、年代學、礦石學與成礦作用的研究。結果顯示：1、基性包體含有斑狀結構、浸染狀硫化物和碎裂的堆積斑晶，含有快速結晶形成的細長板狀斜長石和針狀鋯石基質，鉀長石、黃銅礦和綠簾石呈交生結構（圖1），與主巖有不同的地球化學成分，但與主巖具相似的形成深度和鋯石年齡，為富Cu的鎂鐵質巖漿滴；2、巖石學與巖石化學特徵顯示，基性包體屬於高鉀鈣鹼性閃長質巖漿，形成於正常島弧背景，而主巖英雲閃長巖具埃達克質的特徵，可能形成於基性下地殼的部分熔融；3、基性包體多由含磁鐵礦的殼和Cu-Fe硫化物核組成，大多數Cu-Fe硫化物呈填隙狀分布於基質矽酸鹽礦物更長石、鉀長石和石英之間，並表現出交生結構（圖2a,2b），少量Cu-Fe硫化物分布晶洞中（圖2c），並發育黃銅礦-綠簾石的嵌晶結構（圖2d），包體記錄了斑巖銅礦系統巖漿結晶與流體析出和沉澱的完整過程。研究指出，富銅斑狀基性包體巖漿形成於地殼底部巖漿房中的氧化的玄武質巖漿的結晶分異作用（圖3）。
圖1.富銅基性包體的顯微照片（示巖石學特徵）
圖2.富銅基性包體的BSE照片（示成礦學特徵）
圖3.富銅基性包體及其圍巖英雲閃長巖巖漿形成模型
基於基性包體研究，科研人員提出與建立了富銅斑巖巖漿形成機制模型（圖4）：活動大陸邊緣俯衝板片的俯衝過程可造成洋殼的部分熔融和流體的析出；一些富K＋和Fe3＋的水-熔體運移進入俯衝板片上覆的巖石圈地幔，並交代巖石圈地幔，巖石圈地幔被氧化並在流體的誘發下發生部分熔融，形成高銅富繞的、氧化的玄武質巖漿；這些玄武質巖漿上侵於殼幔邊界並發生結晶分異作用，殘餘巖漿中富集K、Na、Al、Fe3＋、H2O、S與Cu，氧逸度（¦O2）升高；這些富銅的、包含斑晶的巖漿被巖牆輸送到地殼淺部形成富銅斑巖巖漿；斑巖巖漿通過礦物的結晶作用及K、Na和Fe3＋的耗竭，導致巖漿-流體系統氧逸度（¦O2）降低和硫的還原，巖漿-流體中Al2O3的耗竭導致銅的過飽和，Fe-Cu硫化物在晚期巖漿-熱液階段的沉澱形成斑巖銅礦。即斑巖銅礦巖漿起源於被俯衝流體交代的、氧化的地幔楔的部分熔融，成因於氧化的、富饒的玄武巖漿的結晶分異。此外，他們提出了斑巖成礦系統中硫還原的新機制，即巖漿-流體中一價銅氧化為二價銅過程伴生硫的還原：Cu++SO2+H+→Cu2++S2-+H2O。
圖4.富銅斑巖巖漿的起源與成因框圖
桑南富銅斑狀基性包體的發現及其深入研究，不僅確證富銅斑巖巖漿的存在，並揭示了富銅斑巖巖漿的起源與成因，這對於斑巖銅礦形成機制的研究具重要意義。以上研究成果近期在線發表在Ore Geology Reviews上。
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