斑岩铜矿贡献了全球约75%的铜，是地球上规模最大的硫异常之一。这类矿床为光伏产业、新能源汽车和低碳能源转型必需的重要矿产基础。传统观点认为，氧化的弧岩浆具有更高的硫溶解度，可避免硫化物在岩石圈深部过早饱和结晶并截留铜、金等亲硫元素，因此中等或高氧逸度、硫酸盐饱和的岩浆长期以来被视为是形成具有经济价值的斑岩铜矿系统的关键条件。但是实验研究和天然样品也显示，硫化物熔滴可在相对还原的岩浆中暂时富集金属，并在岩浆脱气过程中向热液流体释放金属和硫。然而，斑岩铜矿系统普遍遭受的热液蚀变、硫化物至硫酸盐转化的氧逸度区间随温度压力变化以及岩浆氧逸度随岩浆分离结晶的变化，使得限定成矿岩浆中熔体的硫价态异常困难。因此，斑岩铜矿系统成矿岩浆原始硫价态的直接约束长期缺乏。有利于斑岩铜矿系统产出的岩浆硫价态如何？相对还原、硫化物饱和的岩浆能否形成具有经济价值的斑岩铜矿？这一问题长期未得以有效解决。

针对这一科学难题，以中国地质大学（北京）孟旭阳教授和毛景文院士主导的研究团队在系统采集长江中下游成矿带与斑岩和矽卡岩Cu ± Au ± Mo矿床有关的石英闪长岩、花岗闪长岩和二长岩样品基础上，识别并测试包裹于锆石、角闪石和黑云母中的磷灰石硫价态。这些磷灰石保存岩浆结晶时的硫信息。团队利用美国阿贡国家实验室先进光源的微区X射线吸收近边结构谱（μ-XANES），原位测定磷灰石中S⁶⁺、S⁴⁺和S^2-，并结合矿物化学、锆石氧同位素和矿物温压计等数据，恢复成矿岩浆的硫氧化态和氧逸度，分析导致其变化的原因。该项研究包含以下要点：

（1）原生磷灰石记录了近乎完整的硫氧化还原状态变化范围。样品的S？？/ΣS比值为0.18–0.97，并形成两个明显群组：低值组为0.18–0.68，高值组为0.92–0.98（图1）。这些比值不受寄主矿物结晶温度和压力的影响，说明差异主要反映成矿岩浆自身的氧化还原状态，而非简单的岩浆结晶条件。

（2）研究识别出两类成矿岩浆。高S⁶⁺/ΣS磷灰石对应了较氧化、以硫酸盐饱和为主的岩浆；低S⁶⁺/ΣS磷灰石与同期榍石 ± 钛铁矿包裹体共同指示相对还原、并接近或达到硫化物饱和的含水中性岩浆。经温压校正的岩浆氧逸度范围为ΔFMQ +0.57 ± 0.13至+1.87 ± 0.21。

（3）两类样品的锆石δ¹⁸O和εHf(t)特征相近，磷灰石S⁶⁺/ΣS也与全岩SiO₂、FeO_T、La/Yb和Sr/Y等指标缺乏相关性。因此，硫价态的宽幅变化不能仅由地壳混染或角闪石、石榴子石等矿物分离结晶解释。作者提出，两类岩浆可能记录了岩石圈地幔受到流体交代程度的差异。

（4）在本研究涉及的矿床中，铜资源量与岩浆氧逸度之间未见相关性。相对还原、硫化物饱和岩浆有关的矿床具有较高的金资源量（72–123吨，相比氧化、硫酸盐饱和岩浆有关矿床的22–44吨）。结合已有实验约束，这说明氧化和相对还原岩浆析出的热液流体均可有效萃取、搬运铜和金。

本研究结果在支持氧化弧岩浆有利于斑岩铜成矿的经典认识的同时，表明该条件并非唯一途径：富挥发分弧岩浆可在相对还原条件下达到硫化物饱和，在氧化条件下达到硫酸盐饱和，也可在中间状态同时受两类硫相控制；这些情形均允许形成经济型斑岩铜矿床（图2）。换言之，评价岩浆成矿潜力时，不能把氧逸度或硫的氧化还原状态作为单一判据，还需综合考虑挥发份含量、硫相在岩浆—流体之间的转移以及硫化物在脱气过程中的再活化。

这一认识将斑岩铜系统可能形成的硫氧化态窗口由“中等或高度氧化”拓展至较宽范围，并为解释古老地质时期的斑岩铜成矿提供了新的机制框架。作者进一步指出，只要地球的俯冲环境能够产生富挥发分弧岩浆，且浅部地壳存在可与成矿流体反应的镁铁质岩石、海相碳酸盐岩或条带状铁建造，铜等亲硫元素便有可能向上地壳输送并形成斑岩铜系统。这包括早期地球，比如27亿年前后形成的俯冲环境，意味着斑岩铜矿形成的时间可能早于普遍持有的传统认识。

图1. 长江中下游成矿带典型斑岩-矽卡岩成矿岩浆样品和原生磷灰石的S-XANES波谱。

典型磷灰石样品可见图1B和1C的CL和BSE图

图2. 具有经济价值的斑岩铜矿系统岩浆-热液演化模式图。

该类矿床可形成于相对氧化、硫酸盐饱和岩浆，亦可形成于弱氧化的、硫化物饱和的岩浆

上述研究成果发表在地质学国际权威刊物《Science Advances》上：Meng, X.*（孟旭阳）, Simon, A. C.*, Mao, J.*（毛景文）, Konecke, B. A., Kitajima, K., Neill, O. K. (2026) Variable redox states of sulfur in porphyry copper–fertile arc magmas. Science Advances 12, eaed1386.

全文链接： https://www.science.org/doi/abs/10.1126/sciadv.aed1386