science：破译碰撞斑岩成矿系统成矿密码
斑岩型铜矿在全球铜和钼资源供应中扮演着举足轻重的角色，它提供了全球75%的铜储量和50%的钼储量。这些矿床大多形成于弧环境，与富含硫（S）、氯（Cl）、水（H₂O）等挥发分的俯冲弧岩浆有着千丝万缕的联系。这些挥发分主要源自俯冲的大洋板片，它们通过与金属形成络合物的方式，巧妙地控制着金属的迁移和富集过程。然而，在碰撞环境中，由于缺乏同期的大洋板片俯冲，碰撞型斑岩铜矿体系中挥发分的深部来源一直是个未解之谜，这极大地阻碍了我们对斑岩成矿机制的深入理解和相关矿床的有效勘察。
为了解开这一谜团，中国地质大学的许博教授和苗壮博士携手中国地质科学院的侯增谦院士以及中科院贵阳地球化学研究所的尹润生研究员，组成了一支强大的科研团队。他们以藏南冈底斯成矿带为研究对象，利用挥发性元素汞（Hg）的稳定同位素，对拉萨地块中新世的成矿斑岩、贫矿中-酸性岩以及幔源基性超钾质岩进行了全面而深入的综合地球化学研究。这项研究取得了多项令人振奋的新发现：
研究发现，拉萨地块东部冈底斯斑岩成矿带的挥发分特征与西部贫矿带截然不同，东部地区具有正的汞同位素非质量分馏，这一特征与大洋来源的挥发分极为相似，为理解成矿过程提供了关键线索（图2）。
含矿斑岩与共生的幔源岩浆在挥发分来源上表现出高度的一致性。通过蒙特卡洛方法模拟，研究团队发现，只需少量（小于5%）的海洋沉积物再循环，便足以解释东部含矿斑岩和超钾质岩的同位素组成（图3）。这一发现表明，在早期俯冲过程中，海洋沉积物的输入是源区挥发分的一个重要来源。
基于这些发现，研究团队构建了一个冈底斯斑岩铜矿带挥发分的深部演化模型。在碰撞发生之前，富含硫、氯、汞等挥发分的大洋板片在古老的俯冲过程中释放出熔/流体，交代上覆地幔，并将挥发分储存在岩石圈中（图4a）。碰撞之后，冈底斯东段的热事件，如软流圈的上涌，促使地幔熔融，产生了富含挥发分的超钾质岩。这些幔源岩浆注入下地壳，引入的再循环挥发分对后续碰撞型斑岩铜矿的形成与演化起到了至关重要的作用（图4b）。
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图1 青藏高原碰撞造山带地质简图与样品分布
图2 冈底斯带中新世岩浆Hg同位素组成
图3 海洋沉积物交代岩石圈地幔的Hg-Sr-Nd同位素蒙特卡洛模拟
图4 碰撞环境挥发分演化示意图
本研究受到国家自然科学基金（42222304，42073038）、国家重点研发计划（2019YFA0708602，2020YFA0714800）等联合资助，研究成果发表于国际综合性学术期刊《Science Advances》：Bo Xu*, Run-Sheng Yin, Massimo Chiaradia, Zhuang Miao*, William L. Griffin, Zeng-Qian Hou*, Zhi-Ming Yang and Suzanne Y. O’Reilly, 2024. Mercury isotope evidence for the importance of recycled fluids in collisional ore systems. Science Advances 10, eadp7383.
