地质地球所提出中亚成矿域大型斑岩铜矿床形成因素和模式新认识

斑岩型铜矿床为世界提供了大部分的铜而备受关注。世界上环太平洋、特提斯和中亚等三大成矿域均发育斑岩铜矿床。前人已对太平洋和特提斯成矿域的斑岩铜矿床进行了系统的研究，提出了一系列经典的成矿理论和成矿模式。普遍认为，大型斑岩铜矿的形成与加厚的下地壳有关，成矿岩浆主要为埃达克质岩浆，成矿岩浆源于地幔楔、俯冲板片或加厚下地壳的部分熔融等，而成矿模式包括了部分熔融模式和MASH（熔融、同化、存储和均一）模式。

中亚成矿域发育了许多大型、超大型斑岩铜矿床，这些矿床形成的关键因素（包括地壳厚度、岩浆源区和岩浆性质等方面）是否与环太平洋和特提斯成矿域一致？已有的经典的斑岩铜矿床成矿模式是否适合于中亚成矿域斑岩铜矿床？这些都是需要解决的问题。

在国家科技支撑计划课题和国家自然科学基金项目连续十余年的资助下，中国科学院地质与地球物理研究所固体矿产资源研究院重点实验室申萍研究团队对中亚7个大型-超大型斑岩铜矿床的成矿岩体进行了岩石学、岩相学、地球化学、年代学和Sr-Nd-Hf-O同位素研究，确定中亚大型斑岩铜矿床的形成具有多样性和复杂性，不能用单一的模式来解释，在地壳厚度、岩浆源区、岩浆性质等方面也与环太平洋和特提斯成矿域不同，提出了适合于中亚成矿域斑岩铜矿床形成的三种成矿模式，丰富了世界斑岩型铜矿床的成矿理论和成矿模式，具体如下：

1. 控制中亚成矿域大型斑岩铜矿床形成的三个关键因素：

（1）世界大多数大型斑岩铜矿床的形成与加厚的下地壳有关（特提斯：>40~>55公里；安第斯：40~45公里）；与之不同的是，中亚成矿域除了少数矿床形成与加厚的下地壳（>40公里）有关外，大多数斑岩铜矿床的形成与较薄的下地壳（<40公里）和正常的下地壳（30-35公里）有关（图1），即较薄的地壳同样也有利于中亚成矿域大型斑岩铜矿的形成。

（2）世界大多数大型斑岩铜矿的形成与埃达克岩浆（adakite）有关；不同的是，中亚成矿域除了少数矿床形成与似埃达克质岩浆（adakite-like）有关外，大多数斑岩铜矿床的形成与钙碱性岩浆以及与具埃达克质—钙碱质过渡的岩浆有关（图2），即非埃达克岩浆以及埃达克质—钙碱质过渡岩浆同样也有利于中亚成矿域大型斑岩铜矿的形成。

（3）世界大多数大型斑岩铜矿成矿岩浆源于地幔楔、俯冲板片、古老或新生地壳；不同的是，中亚成矿域大型斑岩铜矿床成矿岩浆均源于新生下地壳（图1，3），有幔源物质和古老地壳物质的混染，即新生下地壳源区对中亚成矿域斑岩铜矿的形成起了决定性作用。

2. 中亚成矿域大型斑岩铜矿床形成的三种模式： 

（1）加厚下地壳熔融模式（图4a）：似埃达克质（adakite-like）成矿岩浆源于加厚的下地壳（>40公里）局部熔融，这个模式可以解释似埃达克质成矿岩石及其有关的Cu-Mo成矿作用，如哈萨克斯坦的Aktogai、蒙古国的Erdenet和我国的乌奴格吐山等斑岩Cu-Mo矿床。 

（2）MASH+AFC模式（图4b）：具有埃达克质—钙碱质过渡特点的成矿岩浆在壳-幔边界处（<40公里）经历了MASH过程，在中上地壳岩浆房经历了AFC过程，这个模式可以解释具过渡特点成矿岩石及其有关的Cu-Au和Au成矿作用，如哈萨克斯坦Bozshakol、Kounrad、Koksai、乌兹别克斯坦Almalyk和我国土屋-延东等斑岩Cu-Au矿床和哈萨克斯坦Yubileinoe斑岩Au矿床。

（3）正常下地壳熔融+AFC模式（图4c）：钙碱性岩浆源于正常弧下地壳（30-35公里）局部熔融，经历了AFC过程，这个模式可以解释正常弧岩石及其有关的Cu-Au成矿作用，如哈萨克斯坦Nurkazghan、蒙古国Oyu Tolgoi和我国多宝山等斑岩Cu-Au矿床。

以上研究成果近期发表在国际地质学期刊Gondwana Research（Shen et al. Large Paleozoic and Mesozoic porphyry deposits in the Central Asian Orogenic Belt: Geodynamic settings, magmatic sources, and genetic models. Gondwana Research，2018, 58: 161-194）。

图1  中亚成矿域大型斑岩铜矿形成的构造环境和地壳厚度

图2  中亚成矿域大型斑岩铜矿成矿岩石的(La/Yb)N-YbN图解

图3  中亚成矿域大型斑岩铜矿成矿岩石锆石δ18O-εHf(t)图解

    图4  中亚成矿域大型斑岩铜矿床成矿模式： (a)加厚下地壳（>40公里）熔融模式；(b) MASH（<40公里）+AFC模式；(c)正常下地壳（30-35公里）熔融+AFC模式