控制斑巖銅礦富Au或富Cu的主要因素

徐國權(quán)1jhb1pf9 2020-03-13

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控制斑巖銅礦富Au或富Cu的主要因素

Nature Communications：控制斑巖銅礦富Au或富Cu的主要因素

控制斑巖銅礦富Au或富Cu的主要因素

斑巖型礦床提供了世界上約75%的Cu、20%的Au和90%的Mo，其形成與侵位至地殼淺部（多數(shù)<5 km）的中酸性巖株直接相關(guān)，而中酸性巖株及成礦流體則直接來源于中下地殼（10-15 km）的中間巖漿房。雖然斑巖礦床的成礦物質(zhì)都需要經(jīng)歷礦質(zhì)元素從巖漿轉(zhuǎn)移至流體、繼而在流體中沉淀這一過程，然而不同的斑巖礦床可能具有截然不同的金屬組合和成礦規(guī)模。例如，富Au斑巖銅床的Au/Cu約為80×10^-6，而富Cu斑巖銅床的Au/Cu約為4×10^-6。

多年來，研究者一直致力于探索究竟是哪些因素決定了斑巖銅礦的規(guī)模和Au/Cu比值。然而，由于各斑巖銅礦都有著差異的巖漿組成（巖漿房規(guī)模、巖漿含水量、含銅量、含金量）和成礦過程（成礦作用持續(xù)時間、成礦深度、金屬沉淀效率），致使探討決定斑巖銅礦的規(guī)模和Cu/Au比的主要因素變得十分困難。

為了解決這一問題，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的Chiaradia（2020）在搜集118個斑巖銅礦的規(guī)模和Cu/Au比等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地采用了蒙特卡洛方法，通過“擲骰子”的方式，隨機生成斑巖礦床的形成深度、沉淀效率、成礦持續(xù)時間、巖漿含水量、巖漿含銅量等一系列成礦要素，并基于以上隨機獲得的斑巖礦床的巖漿成分、巖漿規(guī)模和物理化學(xué)條件參數(shù)，計算該條件下斑巖礦床最終沉淀的Cu與Au的規(guī)模。通過成千上萬次的隨機模擬實驗，研究者模擬得到了與自然界各斑巖銅礦十分接近的趨勢（圖1）。

控制斑巖銅礦富Au或富Cu的主要因素

圖1 蒙特卡洛方法模擬結(jié)果（灰點）與自然界富Au的斑巖銅礦（藍色）和富Cu的斑巖銅礦（綠色）的Cu、Au規(guī)模對比示意圖。圖中的英文縮寫（如ET、Chu等）為全球主要斑巖銅礦（El Teniente、Chuquicamata等）的英文縮寫

研究者發(fā)現(xiàn)，斑巖銅礦受中下地殼深度產(chǎn)生的中間巖漿房體積，以及巖漿上升到淺部發(fā)生流體出溶以及礦質(zhì)沉淀的持續(xù)時間控制，前者決定了斑巖銅礦的金屬總量，后者決定了斑巖銅礦的最終規(guī)模。而在模擬的眾多巖漿成分和物理化學(xué)條件參數(shù)中，有兩個因素對富Au斑巖銅礦和富Cu斑巖銅礦的形成起到了極其重要的作用：即富Au斑巖銅礦的形成要求Au在流體中具有很高的沉淀效率，而富Cu斑巖銅礦的形成需要深部發(fā)育富水的大規(guī)模巖漿房以提供足夠的Cu。

研究者還發(fā)現(xiàn)，斑巖銅礦的形成深度對金屬類型和礦床規(guī)模亦具有控制作用（圖2），即富Cu斑巖銅礦的形成深度（往往大于3km）和儲庫規(guī)模較大，而富Au斑巖銅礦往往形成深度（往往小于3km）和儲庫規(guī)模較小。這可能由于富Cu斑巖銅礦往往形成于俯沖擠壓期、更容易具備大規(guī)模的安山質(zhì)巖漿房，而形成于俯沖晚期-俯沖后、碰撞后等伸展條件下的富Au斑巖銅礦不利于形成大規(guī)模的巖漿房。此前，Chiaradia and Caricchi（2017）對斑巖銅礦的蒙特卡洛模擬表明，中間巖漿房的就位深度也會通過影響巖漿體積和巖漿出溶流體的體積，從而最終影響斑巖銅礦的規(guī)模。

控制斑巖銅礦富Au或富Cu的主要因素

圖2 不同Cu、Au規(guī)模的斑巖銅礦的成礦深度與Cu/Au的關(guān)系示意圖。CA為與鈣堿性巖漿有關(guān)的斑巖銅礦，K為與高鉀鈣堿性-堿性巖漿有關(guān)的斑巖銅礦

斑巖銅礦的成礦是一個復(fù)雜過程，雖然本研究沒有充分考慮某些可能的因素對斑巖銅礦的金屬類型和規(guī)模的影響（例如巖漿演化過程中氧逸度變化和硫逸度的變化、流體演化過程中天水流體或地層流體的加入），但本研究大大推進了人們對形成富Au斑巖銅礦及富Cu斑巖銅礦的主控因素的理解，深化了人們對控制斑巖銅礦金屬類型和規(guī)模因素的認知。更重要的是，本研究是利用大數(shù)據(jù)及統(tǒng)計模擬方法解決地質(zhì)問題的一個成功范例，為我們解決多變量地質(zhì)問題提供了全新的視角。

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