斑岩型铜矿是全球铜金属资源的主要载体，其发育高度依赖于岩浆-热液系统中水、硫及金属的协同迁移与富集沉淀过程。虽然许多岩浆具备成矿所需的金属、水、挥发分含量以及适宜的氧化性条件，但是仅有极少数岩浆系统能够最终形成具备经济开采价值的矿床。据Jeremy Richards估算，上万次岩浆上侵事件中，仅有不到一次能形成经济型斑岩铜矿，成矿概率低于0.0001%。因此，是什么因素决定了斑岩系统从“潜在成矿”迈向“巨型矿床”的演化路径？是长期困扰着矿床学与岩浆作用研究领域的关键科学问题。针对这一核心问题，中国地质大学（北京）科学研究院王瑞教授团队与长江大学资源与环境学院夏小平教授、南京大学地球科学与工程学院王小林教授合作，以西藏冈底斯带中新世斑岩Cu成矿系统为对象开展了深入研究。研究发现，在岩浆属性与源区背景相似的条件下，是否能形成巨型规模的矿床（例如巨龙和甲玛），很大程度上取决于岩浆系统在上侵过程中的抬升与减压速率，即快速构造抬升诱发的突发性脱气减压过程，可能是促成大规模矿化的直接驱动机制。

为捕捉岩浆流体出溶与脱气过程的微观记录，本研究对岩浆岩样品中的锆石开展了原位SIMS水含量与氧同位素分析、LA-ICP-MS U-Pb定年与微量元素分析以及拉曼光谱分析。此外，还通过电子探针微区成分分析（EPMA）对磷灰石中的挥发分（F-Cl-OH）进行了测定。借助多重手段限定，重建了斑岩系统内的岩浆-流体演化过程。

研究发现，那些贫矿或与中-小型矿床相关的斑岩体锆石含水量相对较高，平均约为414 ppm，与巨型斑岩铜矿相关的岩体次之，平均锆石水含量约为311 ppm，而带内碱性火山岩（钾质-超钾质岩）的锆石水含量最低，均小于200 ppm（图1）。拉曼光谱分析显示分析锆石的v3(SiO？)波峰的半高宽均小于7 cm^-1，指示获得的水含量数据可以代表被有效保存在锆石内的原生水。这一差异看似违背传统观点，即富矿岩浆通常应具有更高的水和挥发分含量。然而，根据锆石内REE+Y³⁺和P⁵⁺浓度对最大H⁺浓度以及最小OH^-浓度的估算结果，指示大部分H？O是通过OH？取代机制进入晶体结构的，且锆石中的OH？含量主要记录了晚期岩浆阶段、在大部分流体出溶之后的岩浆水含量。这说明与斑岩铜矿相关的岩浆系统中，显著的流体出溶发生在早于锆石结晶的阶段，导致锆石最终“记录”下的是一个经历过主要脱气阶段后的“干燥”熔体信号。

此外，与巨型斑岩铜矿相关的岩体的全岩地球化学特征显示岩浆早期的分离结晶轨迹以富角闪石、贫斜长石为主，表现出典型的中稀土富集和不明显的Eu负异常，反映其初始岩浆富水（>4 wt.% H？O）。进入岩浆演化后期，碰撞造山带隆升诱发了突发性的脱气反应，斜长石开始大量分离结晶，导致Sr含量急剧下降（图2）、Eu/Eu*明显降低（图3），这对应于晚期大规模的富矿流体出溶事件。相比之下，同期的贫矿或与中-小型矿床相关的岩体则因脱气缓慢，未能形成有效的大规模成矿系统。

磷灰石挥发分分析结果也显示，与巨型斑岩铜矿相关的岩浆中XCl/XOH比值出现明显的下降，反映出岩浆在快速抬升与减压过程中发生了剧烈的脱气作用，伴随大量挥发分，特别是Cl的释放，指示成矿阶段存在大规模流体出溶（图4）。与之对应，成矿岩浆中磷灰石的F/Cl比值较低，表明Cl被有效带入热液系统并参与后期热液-成矿过程。相比之下，贫矿岩体的磷灰石虽也显示出初始的XOH富集，但在XOH与XCl缺乏明显的协同下降趋势，F/Cl比值基本稳定（图4）。这种特征说明贫矿岩浆系统在磷灰石结晶前并未发生显著的流体出溶过程，导致Cl保留在矿物中而未有效释放至热液中，因此难以驱动成矿所需的大规模热液活动。

综上，研究认为与巨型斑岩铜矿相关的岩浆晚期经历了更快速的抬升、冷却，导致组分富集、挥发分饱和或过饱和的岩浆房中发生了突发性减压，从而导致剧烈而大量的挥发分出溶和流体释放。这些过程引发了强烈的热液蚀变和大规模矿化（图5）。

图1 冈底斯带岩浆岩锆石水含量箱型图

图2  全岩地球化学图解：（A）TAS图解；（B）Y 与Sr/Y关系图；（C）SiO₂ 与 Sr关系图；（D）CaO 与 Sr关系图

图3  全岩和锆石的 Eu/Eu* 变化关系图：(A) 全岩 SiO？与 Eu/Eu* 关系图；(B) 锆石 Eu/Eu* 与水含量关系图

图4  磷灰石挥发分变化：（A）XF-XCl-XOH 三元图；（B）XCl/XOH 与 XF/XCl 关系图

图5  巨型斑岩矿床与贫矿岩体之间岩浆过程差异的概念示意图

本研究得到国家自然科学基金杰青项目(42225204)、创新群体项目(42121002)，和教育部111引智基地项目（B18048）的联合资助。

以上研究成果发表在地质学国际权威期刊《American Mineralogist》上，Wang, R*., Luo, C.H*., Sun, Y.C., Wu, S.C., Xia, X.P., Wang, X., Xia, W.J. (2025). Formation of giant copper deposits driven by rapid uplift and sudden depressurization. American Mineralogist, v. 11, p. 919-932.

全文链接：https://doi.org/10.2138/am-2024-9425