斑岩铜矿是全球铜、金、钼等关键金属资源的重要来源，但其经济矿床十分稀少。区域尺度上，高氧逸度地幔背景常被视为斑岩成矿的“允许性”因素。俯冲带沉积物再循环强烈调节地幔氧化还原预算，但再循环沉积物本身的氧化还原状态难以追踪，其净氧化还原预算仍缺乏定量约束。地中海特提斯造山带东西部斑岩金属分布极不对称：东部发育大型斑岩金属带，西部斑岩铜矿却十分稀缺（图1）。有假说认为，西部俯冲了富有机质的缺氧沉积物，降低了地幔氧逸度，从而抑制了斑岩成矿。然而，该区域沉积物中同时存在氧化与还原端元，净氧化还原预算并不清楚。

针对这一问题，中国地质大学（北京）马海波博士与徐丽娟副教授联合香港大学地球科学系、西北大学－香港大学地球与行星科学联合中心、德国美因茨大学、塞尔维亚贝尔格莱德大学等多家科研单位组成的研究团队将目光投向了稳定铬同位素，在铬同位素示踪地中海地幔再循环缺氧沉积物方面取得重要进展。上地幔岩石具有较轻的Cr同位素组成，而缺氧、富有机质沉积物则显示显著偏重的铬同位素组成；同时，地幔熔融和岩浆分异会使熔体中的Cr同位素偏向轻组成。因此，岩浆中偏重的铬同位素组成需要加入重Cr的、俯冲的还原有机沉积物。研究团队对来自地中海周围（西班牙、意大利、塞尔维亚、马其顿、保加利亚和土耳其）的新生代富钾-超钾质火山岩进行了系统铬同位素分析。

研究发现：这些富钾岩浆的δ⁵³Cr值范围为-0.20‰至-0.06‰，均值为-0.13‰ ± 0.06‰，接近全硅酸盐地球估计值，但整体高于洋中脊玄武岩。更重要的是，西部地中海样品的δ⁵³Cr值显著高于东部地中海样品，统计检验表明这一空间差异显著。此外，在给定MgO含量下，西部样品还具有更高的Cr浓度。由于Cr²⁺在地幔熔融过程中比Cr³⁺更不相容，这些升高的Cr丰度和偏重的铬同位素组成直接表明，西部地幔源区更加还原，这是由更大质量的俯冲缺氧沉积物加入所驱动的。此外，蒙特卡洛二元混合模拟表明，加入10%–30%的缺氧沉积物熔体即可重现观察到的同位素富集（图2）。

基于上述结果，研究团队提出了一个概念模型：俯冲驱动的地幔交代作用中，还原的有机质沉积物加入地幔楔，降低地幔氧逸度，触发早期硫化物饱和，抑制金属运移，从而使岩浆系统不利于斑岩铜矿化。西部地中海地幔因大量缺氧沉积物加入而高度还原，不利于斑岩铜矿形成；东部地中海地幔则相对氧化，有利于成矿。因此，铬同位素可以作为追踪俯冲沉积物再循环和区域斑岩成矿潜力的强大新指标，为碰撞造山带斑岩铜矿的区域氧化还原背景提供新的地球化学视角（图3）。

图1 环地中海地区数字地形图。红色数字1至6依次表示本研究分析的富钾岩石采样点（西班牙、意大利、塞尔维亚、马其顿、保加利亚和土耳其）。红色和黑色三角形分别表示主要斑岩铜矿和金矿

图2 δ⁵³Cr与Th（A）和Th/Yb（B）的变化关系；δ⁵³Cr与⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_(i)（C）和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd_(i)（D）的变化关系。虚线表示类似洋中脊玄武岩（MORB）的熔体（初始组成；矩形）与不同地壳组分之间的二元混合：缺氧沉积物（橙色）、氧化性沉积物（绿色）和上地壳（紫色）。曲线上的数字表示添加物质的质量百分比。灰色菱形表示1000次蒙特卡洛模拟迭代的统计分布，反映了考虑端元组成不确定性后的混合结果范围

图3 俯冲驱动的缺氧沉积物对岩石圈地幔的交代作用的卡通模型图

以上研究成果以“Chromium isotope evidence for recycled anoxic sediments in the circum-Mediterranean mantle”为题，发表于国际权威地学期刊《Geology》。文章第一作者为中国地质大学（北京）马海波博士，通讯作者为中国地质大学（北京）徐丽娟副教授；合作作者包括中国地质大学（北京）刘盛遨教授、香港大学Ian Cawood博士、德国美因茨大学/塞尔维亚贝尔格莱德大学Dejan Prelevic教授以及西北大学/香港大学赵国春院士。本研究获得了国家重点研发计划项目（No. 2023YFF0804100）、河北省自然科学基金项目（No. D2020409002）、国家自然科学基金项目（No. 42473017）以及香港研究资助局项目（Nos. JLFS/P-702/24、17308023）的联合资助。

全文链接：https://doi.org/10.1130/G55267.1.