温程明：岩浆流体含矿性均一化指标：流体Cs/Cl比值而非Cs含量【GCA，2025】

2025-10-31     发布：【国家重点实验室】王俊懿    点击：0次

流体是岩浆热液矿床中钨锡铜钼等金属成矿的主要载体，长期以来，矿床学家希望通过对比成矿和贫矿岩浆流体中成矿金属的含量来揭示成矿过程并查明二者的重要区别。然而由于成矿金属在岩浆演化过程中相容性不同，岩浆不同演化阶段出溶流体中金属含量不同。因而在对比流体中成矿金属含量时需要将流体“均一化”至同一个岩浆演化阶段。以往研究普遍认为流体中Cs含量可以作为流体来源岩浆结晶分异程度的可靠指标，这主要基于两个基本假设：（1）Cs在绝大多数岩浆矿物中呈强不相容性，（2）Cs的流-熔体分配系数（DCsf/m）近似于1，导致流体Cs含量随岩浆演化持续升高。然而，少量研究发现Cs在流体与熔体相间的分配行为受流体盐度的控制，而Cl的流-熔体分配行为受到多种物理化学条件的制约，这使得Cs在岩浆演化过程中的分配行为远比以往认为的更加复杂，对基于流体Cs含量重建流体成分演化历史的传统方法提出了质疑。

针对上述问题，地质过程与成矿预测全国重点实验室“岩浆-热液演化与金属成矿”研究团队的博士生温程明、赵盼捞教授以及袁顺达教授，联合日内瓦大学Zoltán Zajacz教授团队，通过高温高压实验系统测定了Cs在流-熔体间分配行为。结果显示随着流体盐度升高（Cl含量从1mol/kg H2O 增至16 mol/kg H2O时），Cs在流-熔体间分配系数从0.21 ± 0.06升至6.31 ± 0.18，且不受压力和流体HCl/总Cl比值控制（图1），揭示Cs在流体主要以CsCl的络合物形式存在。结合其它碱金属流-熔体分配系数系统对比研究，发现以下规律：DLif/m < DKf/m < DNaf/m < DRbf/m < DCsf/m（图2），这一规律主要受控于硅酸盐熔体结构及碱金属-非桥氧键强，均与不同碱金属之间的离子势差异有关。

图1 DCsf/m随流体Cl含量（a）和流体HCl/总Cl比值（b）的变化

图2 其他碱金属流-熔体分配系数与流体Cl含量的函数关系

基于实验数据结合岩浆热液演化过程定量模拟结果显示，仅在低压和低Cl/H2O比值条件下，流体中的Cs的含量随着岩浆演化单调升高（图3c演化线①），而其它条件下流体中Cs含量随着岩浆演化先降低再升高（图3c演化线②-④），呈现U型，并未随岩浆演化单调升高，因而流体中Cs含量不适合作为流体来源岩浆演化程度的指标，前人基于流体Cs含量获得的区分成矿与贫矿流体指标以及重建的流体金属含量演化历史需要谨慎对待。相比之下，定量计算表明流体Cs/Cl或Cs/Na比值与熔体Cs含量呈正相关，随岩浆演化单调递增（图3d），是更可靠的流体来源岩浆演化程度指标。这项研究对于定量评估岩浆流体出溶时机、流体金属含量演化历史及建立流体成矿潜力评价指标具有重要意义。

图3 熔体Cs含量（a）、流体盐度（b）、流体Cs含量（c）、流体Cs/Cl比值（d）随岩浆结晶度变化的数值模拟结果

上述研究成果受国家自然科学基金（42330814、42473046、42203042）和贵州省科技创新领军人才工作站项目KXJZ[2024]016联合资助，文章详细信息：Wen Chengming, Zhao Panlao*, Carter Grondahl, Alexandra Tsay, Zoltán Zajacz, Yuan Shunda. 2025. Cesium partitioning between granitic melts and aqueous fluids: Is Cs in hydrothermal fluids an accurate proxy of the degree of fractionation of parental magmas? Geochimica et Cosmochimica Acta, 396: 159-169.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.03.016