廣州地化所估算出中亞造山帶賦含銅鎳硫化物礦化鎂鐵-超鎂鐵質巖體的母巖漿氧逸度范圍
匯聚板塊邊緣發育的中-小型巖漿銅鎳硫化物礦床近年來成為國際上該類礦床勘查和研究的新熱點。幔源基性巖漿上升至地表淺部發生硫化物飽和是成礦的基礎，而巖漿硫化物飽和的機制受多種因素控制，巖漿的氧逸度與巖漿中硫的賦存狀態及溶解度密切相關，是控制銅鎳硫化物礦床形成的重要因素之一。匯聚板塊邊緣發育的含礦巖體源于交代地幔，通常認為其母巖漿具高氧逸度特點，但多為定性認識，缺乏定量評估，對于母巖漿氧逸度與硫化物飽和機制的關系也不明確。
針對以上問題，廣州地化所巖漿作用與成礦學科組博士后曹勇華與合作導師王焰研究員選取中亞造山帶俯沖階段和碰撞后伸展階段形成的一系列賦含銅鎳硫化物礦床(化)的鎂鐵-超鎂鐵質巖體，利用橄欖石-尖晶石氧逸度計、以及模擬V在橄欖石與熔體間的分配系數（DVOl），定量估算了兩個階段中代表性巖體的母巖漿及其地幔源區的氧逸度，查明了控制巖漿氧逸度的主要因素。同時，對含礦巖體中的硫化物利用LA-MC-ICPMS進行了原位S同位素分析，厘定了巖漿氧逸度與銅鎳硫化物礦化程度的關聯。
計算結果顯示，中亞造山帶俯沖及碰撞后伸展階段含礦巖體的母巖漿氧逸度范圍為FMQ+0.5至FMQ+3.0，明顯高于板內環境苦橄質巖漿的氧逸度（圖1a）。同時，其地幔源區的氧逸度范圍為FMQ至FMQ+1.0，略高于MORB地幔氧逸度（≤FMQ），但明顯低于各巖體的母巖漿氧逸度（圖1b）。這表明，含礦巖體母巖漿的高氧逸度特征可能并不是主要源于一個氧化的地幔源區，而可能與源自交代地幔的富水巖漿的結晶演化有關（圖1b）。同時，我們的計算結果還顯示出地幔楔的氧逸度在空間上呈現不均一的特點，可能受地幔楔深度及氧化性物質的加入量等因素控制。因此，如果籠統的認為匯聚板塊邊緣的地幔楔均具有高氧逸度的特點是值得商榷的。
含礦巖體中硫化物的δ34S值多落入MORB地幔值的范圍（–1.5~+0.6‰），一些硫化物δ34S值明顯偏離MORB地幔值范圍的巖體，其母巖漿氧逸度通常≤FMQ+1.0（圖2）。這表明，如果母巖漿的氧逸度較高（fO2>FMQ+1.0），母巖漿中的硫含量可能足夠直接形成一些中-小型的銅鎳硫化物礦床，而并不一定需要地殼硫的加入。結合我們之前對于含礦巖體全巖碳同位素的研究工作（Wei et al., 2019, Econ Geol），我們認為高氧逸度巖漿混染地殼還原性組分、誘發巖漿發生硫化物飽和，可能是導致中亞造山帶銅鎳硫化物床形成的一種重要機制。這與大型-超大型銅鎳硫化物礦床必須外來地殼硫加入才能成礦的機制明顯不同。
圖1 中亞造山帶賦含銅鎳硫化物礦化的鎂鐵-超鎂鐵質巖體的母巖漿氧逸度
(a) 中亞造山帶俯沖及碰撞后伸展階段、及板內環境鎂鐵-超鎂鐵質巖體母巖漿氧逸度對比；（b）母巖漿氧逸度與橄欖石Fo值關聯圖。黑色虛線框為中亞造山帶鎂鐵-超鎂鐵質巖體，紅色虛線框代表了地幔源區氧逸度范圍。該圖顯示隨著橄欖石Fo值降低，巖體母巖漿的氧逸度逐漸升高，與板內環境巖體母巖漿氧逸度的變化趨勢明顯不同。
圖2 中亞造山帶鎂鐵-超鎂鐵質巖體中硫化物的δ34S值和母巖漿氧逸度與金川巖體和峨眉山大火成巖省中含礦巖體的對比
本研究受國家自然科學基金(41730423和41902077)以及中國博士后科學基金面上基金（2019M653103）的聯合資助。研究成果近期發表在American Mineralogist上。
Yonghua Cao, Christina Yan Wang*, Bo Wei (2020) Magma oxygen fugacity of mafic-ultramafic intrusions in convergent margins: insights for the role of magma oxidation states on magmatic Ni-Cu sulfide mineralization. American Mineralogist. DOI: 10.2138/am-2020-7351
