岩浆的氧逸度（fO₂）是控制岩浆演化和金属矿床形成（例如斑岩铜矿vs.锡矿）的关键变量。但如何测量岩浆氧逸度一直是一个重大挑战。经典的矿物氧逸度计（如橄榄石-斜方辉石-尖晶石、钛铁矿-磁铁矿）依赖特定的、达到并保持化学平衡的矿物组合，这在复杂的自然过程中经常难以被满足。此外，矿物内部成分的不均一、岩浆过程中的元素扩散和固相线之下的成分改造都会进一步增加使用的风险。因此，开发一种适用性广、更易于使用的岩浆氧逸度判别工具对揭示区域岩浆岩的氧化还原特征和找矿勘探都至关重要。

针对上述科学问题，中国地质大学（北京）朱弟成教授团队利用实验岩石学数据，开发了一种全新的、基于全岩主量元素数据的岩浆氧逸度判别方法。通过系统研究和多层次验证，取得的创新性认识如下：

（1）建立了全新的岩浆氧逸度判别图解和半定量探针。发现(FeO/MgO)/SiO₂比值是岩浆氧化还原状态的核心指标，结合反映硅酸盐分异路径的CaO/Al₂O₃比值，共同构建了全新的CAFMS图解[即：CaO/Al₂O₃ vs. (FeO/MgO)/SiO₂]（图1）。该图解能有效区分氧化性岩浆（ΔFMQ >0）和还原性岩浆（ΔFMQ <0）（图2）。在此基础上，团队进一步开发了一个校正了分异效应的半定量氧逸度计（DfO₂^c）（图3）。

（2）新半定量氧逸度计通过了三重严格验证。该半定量氧逸度计的可靠性得到了系统验证：①成功证实了全球俯冲带弧岩浆普遍具有氧化性的特征（图4）；②其判别结果与锆石和钛铁矿-磁铁矿等传统矿物氧压计的计算结果一致；③重现了中国长江中下游成矿带和亚美尼亚Meghri-Ordubad岩体等经典地区复杂的氧逸度演化历史（图5）。

（3）利用新的氧逸度计揭示了北美大陆尺度的氧化还原结构及其对成矿的控制。将该半定量氧逸度计应用于北美西部的大规模岩浆岩数据库，研究揭示了一个从沿海的科迪勒拉山脉（高氧逸度，有利于斑岩铜矿形成）到内陆克拉通边缘（低氧逸度，与岩浆锡矿关联）的大陆岩石圈尺度的氧化还原分带性（图6）。这一发现清晰地展示了岩石圈的结构如何控制岩浆的氧化还原状态，并最终决定了区域性的成矿类型。

这项研究利用最常规、最丰富的全岩主量元素数据，为评估岩浆氧逸度提供了一个强大、高效且低成本的新工具。它不仅为揭示岩石圈的氧化还原结构和演化路径提供了新视角，也为全球范围内的矿产资源勘查提供了重要的理论指导。

图1. 实验岩石学结果在CaO/Al₂O₃ vs. (FeO_total/MgO)/SiO₂图解的特征。该图展示了实验熔体的化学成分（CaO/Al₂O₃与(FeO_total/MgO)/SiO₂比值）和矿物组合/比例。图中的线条标示了区分氧化和还原样品的判别线以及最大氧逸度变化方向

图2. 不同氧化还原类型的侵入岩在CaO/Al₂O₃ vs. (FeO_total/MgO)/SiO₂图解上的分布。该图展示了与全球斑岩Cu矿、岩浆W-Sn矿床、美国中部环斑花岗岩、以及日本钛铁矿和磁铁矿系列侵入岩的化学成分分布

图3. DfO₂^c氧化还原指标的逐步推导和校准。此图详细描述了DfO₂^c氧化还原指标的几何定义、推导、与实验氧逸度的相关性、通过校正二氧化硅含量消除分异影响，以及最终得到与实验氧逸度线性相关并可直接比较的DfO₂^c指标的过程

图4. 全球弧岩浆DfO₂^c分布图。该图以核密度估计的形式，展示了全球弧形火山岩的DfO₂^c分布情况，红条表示每个区域的平均DfO₂^c值。该图显示，三种类型岩浆弧的氧化还原状态总体相似，都相对氧化

图5. 长江成矿带和亚美尼亚Meghri-Ordubad岩体岩浆fO₂随时间的演化。DfO₂^c结果与锆石Ce-U-Ti氧逸度计（Loucks et al., 2021）获得的fO₂结果具有相似的变化特征

图6. 北美西部侵入岩和火山岩DfO₂^c值以及上地幔S波速度的地理分布图。该图（A）展示了北美西部侵入岩和火山岩的DfO₂^c值的分布，（B）展示了150公里深度的上地幔S波速度模型，用以反映岩石圈的性质。图（C）、（D）和（E）分别展示了沿西北-东南剖面DfO₂^c、ε_Nd(t)和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(t)的箱线图和提琴图，以探讨氧化还原状态与地球化学示踪剂的关系。图中显示，北美西部岩浆岩的氧逸度特征和成矿类型（从斑岩Cu矿向岩浆Sn矿的转变）受控于大陆岩石圈的结构/成分

该项研究得到地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项（2025ZD1005002）资助（第一资助）。研究成果发表在《Earth and Planetary Science Letters》上：Liu, Z.*（刘泽）, Jagoutz, O., Rezeau, H., Zhang, H.-L. L.（张宏罗）, Klein, B., Molitor, Z., Meng, X.-Y.（孟旭阳）and Zhu, D.-C.* (朱弟成), 2026. A Whole-Rock Geochemistry-Based Semi-quantitative Proxy for Magmatic Oxygen Fugacity.

全文链接: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119742

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