斑岩铜(金)矿床怎么形成？

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  斑岩铜(金)矿床是全球最重要的铜矿类型，占全球铜储量的70%以上。关于其成因，有两种不同的观点：

  主流观点认为，在磁铁矿结晶过程中，岩浆中三价铁比例减小，受控于氧逸度，部分二价铁转化为三价铁，导致硫酸根被还原为H2S/HS−。亲铜元素被萃取至流体相中，形成富含铜元素的成矿热液，而形成斑岩铜矿床。这一过程被前人称为“磁铁矿危机”。

  另一种观点认为，成矿岩浆中硫最主要的存在形式是亚硫酸根，斑岩铜矿的形成受控于亚硫酸根的歧化反应。

  验证这两种模型的切入点在于，高温度高压力条件下亚硫酸能否在岩浆中稳定存在，能否在一定条件下发生歧化反应。

  Colin等人利用原位拉曼定量热液金刚石压腔，在类似斑岩岩浆的温压条件下，测定了岩浆-水热体系中硫的地球化学性质。实验结果为，该体系中硫最主要的存在形式是硫酸根、氢硫酸以及各种硫原子团，而非亚硫酸根。说明在岩浆演化阶段亚硫酸不是硫元素的主要赋存状态，从而强烈支持硫酸还原成矿模型。

  实验采用了高硅高碱的硅酸盐玻璃与硫代硫酸盐水溶液作为反应起始物，温压条件为700°C，0.3~1.5 GPa。这一温度远高于斑岩的成矿温度(通常在500°C以下)，但与斑岩岩浆阶段的温度接近。压力方面，斑岩的形成深度通常在2~4 km，而实验压力对应的深度为9~45 km，远高于斑岩矿床的压力范围。但是与斑岩矿床相关的下俯岩浆体系通常位于5~15 km深，因此实验范围涵盖了斑岩岩浆演化的压力范围。

  氧逸度是硫赋存状态的另一个重要控制因素。Colin等人的实验中氧逸度接近NNO缓冲线，稍低于斑岩铜矿最佳成矿氧逸度范围(~ΔNNO+0.5)。考虑到实际斑岩铜矿及其岩浆的氧逸度高于实验条件，天然斑岩岩浆中硫酸根的比例更高，支持硫酸还原模型。

  值得指出的是，通常硫代硫酸盐分解形成亚硫酸盐和单质硫。但是原位激光拉曼未曾发现亚硫酸盐的特征峰。考虑到现今激光拉曼技术具有很低的检出限，这种现象说明在斑岩岩浆演化阶段亚硫酸盐不稳定，从而排除了亚硫酸根歧化分解的模型。

  传统的水热高温度高压力实验采用淬火后测定的方法，因此反应产物往往不能准确反映实验条件下的情况。特别是有些离子(如S3·−和S2·− 原子团离子)在淬火条件下不稳定，因此很难用传统方法研究。原位拉曼定量测定技术与热液金刚石压腔的结合可以很好地解决有关问题，这是水热高温度高压力实验技术的一个重大突破。利用原位定量拉曼热液金刚石压腔开展成矿热液研究是一个重要的发展方向。

  值得指出的是，Colin等人的实验温压条件高于热液成矿阶段，所采用的反应起始物也比斑岩铜矿更偏酸性，今后可优先考虑：降低实验的温度和压力，进一步探究斑岩成矿阶段水热体系中硫及成矿金属元素的地球化学性质，并着重关注硫的赋存状态及其与“磁铁矿危机”的关系。对于低温低压实验，硅管具有样品大、温压及氧逸度容易控制等特点，在热液矿床成矿机理研究方面有优势。