Nature Communications：控制斑岩銅礦富Au或富Cu的主要因素
斑岩型礦床提供了世界上約75%的Cu、20%的Au和90%的Mo，其形成與侵位至地殼淺部（多數<5 km）的中酸性巖株直接相關，而中酸性巖株及成礦流體則直接來源於中下地殼（10-15 km）的中間岩漿房。雖然斑岩礦床的成礦物質都需要經歷礦質元素從岩漿轉移至流體、繼而在流體中沉澱這一過程，然而不同的斑岩礦床可能具有截然不同的金屬組合和成礦規模。例如，富Au斑岩銅床的Au/Cu約為80×10-6，而富Cu斑岩銅床的Au/Cu約為4×10-6。
多年來，研究者一直致力於探索究竟是哪些因素決定了斑岩銅礦的規模和Au/Cu比值。然而，由於各斑岩銅礦都有著差異的岩漿組成（岩漿房規模、岩漿含水量、含銅量、含金量）和成礦過程（成礦作用持續時間、成礦深度、金屬沉澱效率），致使探討決定斑岩銅礦的規模和Cu/Au比的主要因素變得十分困難。
為了解決這一問題，瑞士日內瓦大學的Chiaradia（2020）在蒐集118個斑岩銅礦的規模和Cu/Au比等數據的基礎上，創造性地採用了蒙特卡洛方法，通過“擲骰子”的方式，隨機生成斑岩礦床的形成深度、沉澱效率、成礦持續時間、岩漿含水量、岩漿含銅量等一系列成礦要素，並基於以上隨機獲得的斑岩礦床的岩漿成分、岩漿規模和物理化學條件參數，計算該條件下斑岩礦床最終沉澱的Cu與Au的規模。通過成千上萬次的隨機模擬實驗，研究者模擬得到了與自然界各斑岩銅礦十分接近的趨勢（圖1）。
圖1 蒙特卡洛方法模擬結果（灰點）與自然界富Au的斑岩銅礦（藍色）和富Cu的斑岩銅礦（綠色）的Cu、Au規模對比示意圖。圖中的英文縮寫（如ET、Chu等）為全球主要斑岩銅礦（El Teniente、Chuquicamata等）的英文縮寫
研究者發現，斑岩銅礦受中下地殼深度產生的中間岩漿房體積，以及岩漿上升到淺部發生流體出溶以及礦質沉澱的持續時間控制，前者決定了斑岩銅礦的金屬總量，後者決定了斑岩銅礦的最終規模。而在模擬的眾多岩漿成分和物理化學條件參數中，有兩個因素對富Au斑岩銅礦和富Cu斑岩銅礦的形成起到了極其重要的作用：即富Au斑岩銅礦的形成要求Au在流體中具有很高的沉澱效率，而富Cu斑岩銅礦的形成需要深部發育富水的大規模岩漿房以提供足夠的Cu。
研究者還發現，斑岩銅礦的形成深度對金屬類型和礦床規模亦具有控制作用（圖2），即富Cu斑岩銅礦的形成深度（往往大於3km）和儲庫規模較大，而富Au斑岩銅礦往往形成深度（往往小於3km）和儲庫規模較小。這可能由於富Cu斑岩銅礦往往形成於俯衝擠壓期、更容易具備大規模的安山質岩漿房，而形成於俯衝晚期-俯衝後、碰撞後等伸展條件下的富Au斑岩銅礦不利於形成大規模的岩漿房。此前，Chiaradia and Caricchi（2017）對斑岩銅礦的蒙特卡洛模擬表明，中間岩漿房的就位深度也會通過影響岩漿體積和岩漿出溶流體的體積，從而最終影響斑岩銅礦的規模。
圖2 不同Cu、Au規模的斑岩銅礦的成礦深度與Cu/Au的關係示意圖。CA為與鈣鹼性岩漿有關的斑岩銅礦，K為與高鉀鈣鹼性-鹼性岩漿有關的斑岩銅礦
斑岩銅礦的成礦是一個複雜過程，雖然本研究沒有充分考慮某些可能的因素對斑岩銅礦的金屬類型和規模的影響（例如岩漿演化過程中氧逸度變化和硫逸度的變化、流體演化過程中天水流體或地層流體的加入），但本研究大大推進了人們對形成富Au斑岩銅礦及富Cu斑岩銅礦的主控因素的理解，深化了人們對控制斑岩銅礦金屬類型和規模因素的認知。更重要的是，本研究是利用大數據及統計模擬方法解決地質問題的一個成功範例，為我們解決多變量地質問題提供了全新的視角。
主要參考文獻
1.Chiaradia M, Caricchi L. Stochastic modelling of deep magmatic controls on porphyry copper deposit endowment[J]. Scientific Reports, 2017, 7:44523.
2.Chiaradia M. Gold endowments of porphyry deposits controlled by precipitation efficiency[J]. Nature Communications, 2020, 11:248.
（撰稿：鄒心宇，李真真，秦克章/礦產室）
美編：徐海潮
校對：李玉鈐
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