铜在矿物-熔体-流体之间的赋存和分配:实验进展及成矿意义  

作　　者：祁冬梅 李诺 李晓彦 张超 

机构地区：[1]新疆大学新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测自治区重点实验室,新疆矿产资源绿色开发与生态修复协同创新中心,乌鲁木齐830017 [2]西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,西安710069 [3]干旱区生态安全与可持续发展重点实验室,荒漠与绿洲生态国家重点实验室,乌鲁木齐830011 [4]新疆矿产资源与数字地质实验室,乌鲁木齐830011

出　　处：《中国科学:地球科学》2025年第4期1228-1255,共28页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题项目(2023D04067);国家自然科学基金项目(41972055、42002059、42122014);科技部重点研发计划项目(2023YFF0804200);新疆维吾尔自治区天山英才项目(2023TSYCLJ0007)资助。

摘　　要：金属铜的超常富集通常发生于幔源岩浆的分异演化以及后续的岩浆-热液过程,因此准确测定铜在矿物、熔体、流体(及蒸汽)中的赋存状态和分配系数能够为岩浆分异演化、冷却结晶、流体出溶以及近固相线条件下的水岩反应和含铜矿物沉淀等过程中铜的迁移行为和富集程度提供重要依据.本文对实验岩石学数据的归纳表明,铜主要以+1价存在于100℃以上的成矿热液流体和熔体中,具体络合形式受到体系成分和温度的影响:Cu在贫Cl、S硅酸盐熔体赋存状态为CuO_(0.5);在高温(>300℃)、酸性、中低盐度热液流体中主要为[CuCl]0、[CuCl_(2)]^(−)和CuHS0;在低温(<300℃)、碱性、中低盐度热液流体中主要为Cu(HS)_(2)^(−)和CuHS^(0);在高盐度卤水中Cu^(2+)和Cu^(+)均易与Cl发生络合形成高配位络合物.铜分配系数(D_(Cu))的总体变化趋势为:D_(Cu)^(硅酸盐矿物/熔体)(0.007±0.002~0.82±0.08)<D_(Cu)^(铁钛氧化物/熔体)(0.19±0.02~1.72±0.68)<D_(Cu)^(流体/熔体)(2~2698)<D_(Cu)^(高盐度卤水/气相)(2~7066)<D_(Cu)^(硫化物/熔体)(180~42000).将D_(Cu)数据应用于岩浆演化和斑岩体系铜成矿过程的模拟计算,结果表明:(1)含硫和贫硫地幔橄榄岩发生中低比例部分熔融(<10%~25%)可导致Cu在幔源基性弧岩浆中的显著富集;(2)壳内岩浆-热液演化阶段,硫化物饱和和流体出溶等过程会导致Cu在残余熔体中发生强烈亏损,但是硫化物的进一步分解可促使Cu在成矿流体中的高度富集.综合天然样品和实验结果表明,成矿流体需至少携带1000至>10000ppm的Cu才能导致黄铜矿等矿石矿物的沉淀.

关 键 词：铜 熔体 流体 赋存状态 分配系数 斑岩型铜矿 

分 类 号：P618.41[天文地球—矿床学]