控制斑岩铜矿富Au或富Cu的主要因素

斑岩型矿床提供了世界上约75%的Cu、20%的Au和90%的Mo，其形成与侵位至地壳浅部（多数<5 km）的中酸性岩株直接相关，而中酸性岩株及成矿流体则直接来源于中下地壳（10-15 km）的中间岩浆房。虽然斑岩矿床的成矿物质都需要经历矿质元素从岩浆转移至流体、继而在流体中沉淀这一过程，然而不同的斑岩矿床可能具有截然不同的金属组合和成矿规模。例如，富Au斑岩铜床的Au/Cu约为80×10^-6，而富Cu斑岩铜床的Au/Cu约为4×10^-6。 

多年来，研究者一直致力于探索究竟是哪些因素决定了斑岩铜矿的规模和Au/Cu比值。然而，由于各斑岩铜矿都有着差异的岩浆组成（岩浆房规模、岩浆含水量、含铜量、含金量）和成矿过程（成矿作用持续时间、成矿深度、金属沉淀效率），致使探讨决定斑岩铜矿的规模和Cu/Au比的主要因素变得十分困难。 

为了解决这一问题，瑞士日内瓦大学的Chiaradia（2020）在搜集118个斑岩铜矿的规模和Cu/Au比等数据的基础上，创造性地采用了蒙特卡洛方法，通过“掷骰子”的方式，随机生成斑岩矿床的形成深度、沉淀效率、成矿持续时间、岩浆含水量、岩浆含铜量等一系列成矿要素，并基于以上随机获得的斑岩矿床的岩浆成分、岩浆规模和物理化学条件参数，计算该条件下斑岩矿床最终沉淀的Cu与Au的规模。通过成千上万次的随机模拟实验，研究者模拟得到了与自然界各斑岩铜矿十分接近的趋势（图1）。

研究者发现，斑岩铜矿受中下地壳深度产生的中间岩浆房体积，以及岩浆上升到浅部发生流体出溶以及矿质沉淀的持续时间控制，前者决定了斑岩铜矿的金属总量，后者决定了斑岩铜矿的最终规模。而在模拟的众多岩浆成分和物理化学条件参数中，有两个因素对富Au斑岩铜矿和富Cu斑岩铜矿的形成起到了极其重要的作用：即富Au斑岩铜矿的形成要求Au在流体中具有很高的沉淀效率，而富Cu斑岩铜矿的形成需要深部发育富水的大规模岩浆房以提供足够的Cu。

研究者还发现，斑岩铜矿的形成深度对金属类型和矿床规模亦具有控制作用（图2），即富Cu斑岩铜矿的形成深度（往往大于3km）和储库规模较大，而富Au斑岩铜矿往往形成深度（往往小于3km）和储库规模较小。这可能由于富Cu斑岩铜矿往往形成于俯冲挤压期、更容易具备大规模的安山质岩浆房，而形成于俯冲晚期-俯冲后、碰撞后等伸展条件下的富Au斑岩铜矿不利于形成大规模的岩浆房。此前，Chiaradia and Caricchi（2017）对斑岩铜矿的蒙特卡洛模拟表明，中间岩浆房的就位深度也会通过影响岩浆体积和岩浆出溶流体的体积，从而最终影响斑岩铜矿的规模。