汇聚板块边缘发育的中-小型岩浆铜镍硫化物矿床近年来成为国际上该类矿床勘查和研究的新热点。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。
针对以上问题，广州地化所岩浆作用与成矿学科组博士后曹勇华与合作导师王焰研究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（DVOl），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（图1a）。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（图1b）。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（图1b）。同时，我们的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，如果笼统的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（图2）。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，而并不一定需要地壳硫的加入。结合我们之前对于含矿岩体全岩碳同位素的研究工作（Wei et al., 2019, Econ Geol），我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。
图1 中亚造山带赋含铜镍硫化物矿化的镁铁-超镁铁质岩体的母岩浆氧逸度
(a) 中亚造山带俯冲及碰撞后伸展阶段、及板内环境镁铁-超镁铁质岩体母岩浆氧逸度对比；（b）母岩浆氧逸度与橄榄石Fo值关联图。黑色虚线框为中亚造山带镁铁-超镁铁质岩体，红色虚线框代表了地幔源区氧逸度范围。该图显示随着橄榄石Fo值降低，岩体母岩浆的氧逸度逐渐升高，与板内环境岩体母岩浆氧逸度的变化趋势明显不同。
图2 中亚造山带镁铁-超镁铁质岩体中硫化物的δ34S值和母岩浆氧逸度与金川岩体和峨眉山大火成岩省中含矿岩体的对比
本研究受国家自然科学基金(41730423和41902077)以及中国博士后科学基金面上基金（2019M653103）的联合资助。研究成果近期发表在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
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