超大型斑岩铜矿代表了地壳浅部一个巨型的Cu、Au、Mo和S异常体，并为世界提供了绝大部分的铜矿资源。然而，对于超大型斑岩铜矿的金属来源，以及超大型斑岩铜矿的发育是否需要一个富铜的源区仍有较大争议。经典模型认为超大型斑岩铜矿的铜源自一个有明显铜富集的楔形地幔或俯冲的洋壳，而近年来有人则强调源区为有硫化物再富集的大陆岩石圈地幔或新生下地壳。此外，有部分****强调超大型斑岩铜矿的源区与正常弧岩浆无异，控制矿床规模大小的关键是岩浆流体与硫化物过饱和时间的早晚关系。位于青藏高原南部的冈底斯斑岩铜矿带是我国第一大铜矿带，带内矿床多形成于印度-亚洲板块的碰撞环境，并发育有多个超大型和数十个大中型斑岩铜矿床，以及小型斑岩钼矿，为解决斑岩铜矿金属铜的来源问题提供了最为理想的机会。
针对上述科学问题，我校郑远川副教授研究团队和刘盛遨教授开展合作研究，对冈底斯斑岩成矿带内碰撞环境超大型、大型斑岩铜矿，斑岩钼矿，贫矿岩体，以及热液成因黄铜矿开展了铜同位素研究，为金属铜的来源和富集机制提供了直接约束。分析结果显示贫矿岩体和斑岩钼矿的成矿岩体的Cu同位素组成与正常I型花岗岩、洋壳玄武岩和未被交代地幔橄榄岩相似，而成矿岩体，尤其是与超大型斑岩矿床密切相关的岩体的Cu同位素则均为正值（最高可达1.2 ‰）。研究取得的创新性认识如下：
1、氧逸度更低、硫化物更易过饱和的贫矿岩体具有与正常I型花岗岩、洋壳玄武岩和未被交代地幔橄榄岩相似的低δ⁶⁵Cu值，说明岩浆岩演化过程中流体过饱和与硫化物过饱和早晚关系，并不是控制碰撞环境超大型斑岩铜矿发育的关键要素。
2、成矿岩体，尤其是超大型斑岩铜矿成矿岩体具有与热液成因黄铜矿相似的高δ⁶⁵Cu值（最高可达1.2 ‰），结合岩浆岩的Cu、MgO及SiO₂含量与δ⁶⁵Cu值之间未呈现出明显的相关性，说明成矿岩体的铜同位素组成继承了岩浆源区的同位素特征。
3、在冈底斯斑岩铜矿带，尽管Sr-Nd同位素成分表明碰撞环境斑岩铜矿、斑岩钼矿以及始新世贫矿岩体的岩浆源区均为新生岩石圈，但是只有斑岩铜矿成矿岩体具有高δ⁶⁵Cu值。源区硫化物受流体交代发生溶解时⁶⁵Cu会优先进入流体，当流体中的硫化物发生再次沉淀则具有重的Cu同位素组成。因此，斑岩铜矿成矿岩体高δ⁶⁵Cu值表明其岩浆源区显著富集再活化硫化物。
本研究直接证明岩浆源区含Cu硫化物的初始富集是大陆碰撞环境超大型斑岩铜矿发育的先决条件，即只有含Cu硫化物明显富集源区的部分熔融才有机会形成超大型斑岩铜矿。此外，对成矿岩体和热液硫化物的铜同位素研究可以半定量的评价岩浆岩的成铜潜力和指导找矿。

图1 冈底斯带碰撞环境埃达克岩与驱龙热液成因黄铜矿的Cu同位素组成。CBA = 同时期贫矿岩体；MME = 镁铁质包体；PBA = 成矿前碰撞贫矿岩体；PCD = 斑岩铜矿；PMD = 斑岩钼矿；

图2 冈底斯带碰撞环境埃达克岩Cu同位素组成与Cu、MgO及SiO₂含量之间的关系

图3 冈底斯带碰撞环境埃达克岩的Sr-Nd同位素组成

4 冈底斯成矿带斑岩Cu矿成矿模型图
上述研究成果发表在地质学国际顶级刊物《Geology》上：Zheng, Y.C.*, Liu, S.A.*, Wu, C.D., Griffin, W.L., Li, Z.Q., Xu, B., Yang, Z.M., Hou, Z.Q., O’Reilly, S.Y., 2019. Cu isotopes reveal initial Cu enrichment in sources of giant porphyry deposits in a collisional setting. Geology 47, 135–138. [IF2017=5.073]
全文链接：https://doi.org/10.1130/G45362.1