斑岩铜矿是金属铜最主要的来源，其主要形成于岛弧和碰撞两种环境，且成矿岩浆地球化学特征多表现出埃达克岩属性。相较于岛弧型的埃达克质成矿斑岩，碰撞环境成矿斑岩具有显著的富钾特征。然而，碰撞环境埃达克质成矿斑岩钾的富集机制仍有较大争议，而这种富钾特征是否指示了特殊的成矿过程亦不清楚。
围绕上述科学问题，我校地球科学与资源学院郑远川教授和沈阳博士研究生，通过总结4条全球最典型的碰撞型斑岩成矿带（冈底斯、玉龙、哀牢山和伊朗）特征（图1），并结合哀牢山带马厂箐斑岩铜矿成矿斑岩的精细解剖，开展了以下两方面的工作：（1）岩石成因：通过详尽的野外地质调查、系统的锆石年代学和Lu-Hf同位素、岩石地球化学和原位矿物学等研究，揭示碰撞环境埃达克质岩浆富钾的机制。通过对全球典型俯冲带和碰撞带埃达克质岩石样品的地球化学（图2）和时空分布的总结，探讨岩石成因的普适性。（2）碰撞型斑岩铜矿成因：在岩浆岩成因得到解决的基础上，通过对比4条碰撞型斑岩铜矿带内埃达克质成矿斑岩和贫矿斑岩的成岩、成矿时代、岩石地球化学和氧逸度等特征，进一步探讨碰撞型斑岩铜矿成矿的关键触发机制，进而有效完善碰撞型斑岩铜矿成矿理论。具体新认识如下：
1、碰撞环境埃达克质岩的富钾机制：通过马厂箐成矿斑岩矿物学研究，找到超钾质岩浆注入埃达克质岩浆的直接地质证据，即在广泛发育于埃达克质岩浆中的镁铁质微粒包体（MME）中首次发现了仅在同期超钾质岩中才含有的金云母（图3）；此现象在甲玛、明则和铜厂等矿区也有发现。在此基础上，系统收集和整理了全球典型俯冲带和碰撞带数据（图2），发现碰撞带埃达克质岩较俯冲带同类岩石具有明显的富钾特征。结合碰撞带埃达克质岩体内富钾包体极为常见，并伴生大面积同时代超钾质火山岩等地质现象，提出超钾质岩浆注入导致碰撞带埃达克质岩显著富钾具有全球普适性。通过微量元素和同位素模拟计算得出，碰撞带埃达克岩中超钾质岩浆注入量通常在10%到20%之间。
2、富钾特征对斑岩铜成矿的启示：总结全球最典型的4条碰撞型斑岩成矿带，发现以下共性特征：（1）发育斑岩铜矿的埃达克质岩浆空间分布严格受控于早期俯冲弧岩浆区，而产出于早期弧岩浆范围之外的埃达克质岩浆均不发育成矿作用（图1a）；（2）矿化的埃达克质斑岩主要呈孤立的岩株状产出，而广泛发育的主碰撞期的岩基则基本没有矿化（图1b）；（3）发育斑岩铜矿的埃达克质斑岩较贫矿斑岩具有明显高的K2O含量和K2O/Na2O比值，同时其锆石也具有高的Ce4+/Ce3+值（图4）；（4）4条成矿带内区域上均有与成矿同时代的超钾质岩浆（超钾质火山岩和煌斑岩）发育（图1a），且大部分矿区的成矿斑岩多有被超钾质煌斑岩脉穿切。相反，那些早于超钾质岩形成的埃达克质斑岩体均缺乏成矿作用（图1a）。综合这些特征可知：由岛弧岩浆底垫形成的富硫化物新生下地壳分布范围控制着碰撞型斑岩铜矿的空间分布，即源自古老地壳部分熔融的埃达克质岩浆不具备成矿能力，只有源自富硫化物新生下地壳部分熔融的埃达克质岩浆才具成矿潜力；富水高氧化的超钾质岩浆注入富硫化物新生下地壳是碰撞型斑岩铜矿形成的关键触发机制，而那些缺乏超钾质岩浆注入的源自新生下地壳的埃达克质岩浆同样不具备成矿潜力（图5）。
图1 典型碰撞环境高钾埃达克质岩与斑岩矿床时空分布图
图2 俯冲弧环境与大陆碰撞环境埃达克质岩成分对比图
(a) MgO vs K2O，(b) MgO vs K2O/Na2O.
图3 碰撞环境高钾埃达克质岩（马厂箐杂岩体）包体岩相学和矿物不平衡现象
图4 典型碰撞环境成矿埃达克质岩与贫矿埃达克质岩成分对比图
图5 大陆碰撞环境埃达克质岩富钾机制与斑岩矿床形成的深部动力学过程示意图
上述成果发表在地质学国际权威期刊《Journal of Petrology》和《Terra Nova》上。
Shen, Y. (沈阳), Zheng, Y. C (郑远川).*, Hou, Z. Q., Zhang, A. P., Huizenga, J. M., Wang, Z. X., Wang L. 2021. Petrology of the Machangqing Complex in Southeastern Tibet: Implications for the Genesis of Potassium-rich Adakite-like Intrusions in Collisional Zones. Journal of Petrology, 62(11): egab066. [IF2020= 4.515]
全文链接：https://doi.org/10.1093/petrology/egab066
Zheng, Y. C (郑远川).*, Shen, Y., Wang L., Griffin, W. L., Hou, Z. Q. 2021. Collision-related porphyry Cu deposits formed by input of ultrapotassic melts into the sulfide-rich lower crust. Terra Nova, 33(6), 582-589. [IF2020=3.037]
全文链接：https://doi.org/10.1111/ter.12550
