新闻动态李建平等-GCA：海水-弧火山岩反应成矿实验对铁氧化物铜金矿床 (IOCG) 成矿机制的启示
IOCG是铁氧化铜金矿床的英文简称，主要是指一组含大量原生磁铁矿或赤铁矿的铜金（-银-铀等）矿床，其中最知名的为澳大利亚Olympic Dam矿床，其是全球最大的单个铀矿，也是全球重要的Cu-Au矿床。IOCG的概念自1992年被Hitzman正式提出以来一直是矿床学界的热点，但由于其定义比较宽泛而饱受争议。众多的地质和同位素证据显示，大部分富铜型IOCG矿床的形成普遍显示非岩浆流体参与的特征。然而，这种非岩浆流体在成矿过程中到底起到何种作用目前仍存在争议，争论的焦点集中于成矿物质来源以及早期Fe矿化与晚期Cu-(Au)矿床的成因联系。此外，这些外部流体参与的IOCG矿床虽显示相似的地质和矿化特征，但不同矿床之间矿化品位，金属储量存在很大差异。是何因素导致IOCG矿床间矿化程度显著不同，当前还缺乏较为清晰的认识。针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所陈华勇研究团队及合作者利用水-岩作用实验和热力学模拟手段并结合自然样品微区及熔融包裹体分析，对海水-弧火山岩反应过程中流体演化、成矿物质的活化过程，以及含Cu外部流体与IOCG成矿系统不同类型Fe矿体的交代反应开展了系统研究，得到如下认识：
1. 实验结果显示海水与弧安山岩和弧玄武岩反应后，流体化学组成变化趋势一致：流体Ca含量显著增加，Mg和SO42-含量明显降低，流体由初始的弱碱性、富Na-Mg-SO4-Cl流体向中性-弱酸性、富Na-Ca-Cl流体转变，这与IOCG成矿流体（富Na-Ca）性质较为接近。热力学模拟计算结果也显示了与实验结果相似的元素变化特征。
2. 安山岩中Cu发生明显淋滤，而玄武岩中Cu淋滤微弱，并随温度升高Cu的淋滤进一步加强。这主要受控于Cu在两种岩石中的赋存形式，以及温度对围岩蚀变和流体中金属络合物稳定性的影响。安山岩中Cu主要赋存于基质和长石中的熔融包裹体内，水-岩反应过程中长石和基质更易蚀变和溶解，有利于Cu的释放。而玄武岩中Cu主要赋存于辉石中，辉石在低温富Mg流体中难蚀变，导致Cu很难释放。
3. 在较低温度条件下（150-240 °C），海水-火山岩反应导致海水硫与岩浆硫发生混合，流体总硫的δ34S值下降，流体中残余SO42-的δ34S值与初始海水一致，指示水-岩反应并未导致明显的硫酸盐还原和硫的瑞利分馏过程。
4. 含Cu外部流体交代IOCG系统不同类型Fe矿体的热力学模拟结果显示，流体-黄铁矿反应是最有利于Cu沉淀的机制；当含Cu外部流体与磁铁矿体反应时，需要额外的硫源，例如围岩中早期沉淀的黄铁矿。
5.本项研究为外部流体参与的IOCG成矿模式提供了实验学和热力学证据。研究结果显示，有利的外部条件1）Cu主要赋存在基质或者易蚀变矿物中，如长石含大量的富Cu熔融包裹体；2）高温和高盐度流体，会促进流体萃取火山围岩中的Cu形成富Cu流体。当该种流体遇到IOCG系统早期形成的“铁矿体”时，流体-黄铁矿反应会导致流体中的Cu快速沉淀发生矿化，不同类型的“铁矿体”会导致不同的矿化分带特征。
图1. 外部流体（改造海水或盆地卤水）参与的IOCG矿化过程示意图。
在相对较低的温度下，海水连续和广泛地与安山岩作用，形成氧化的、富铜的和低硫的流体。早期岩浆流体产生不同的铁氧化物矿体，以黄铁矿或磁铁矿为主。在浅部，富铜外部流体在低温(≤ 250 ℃)下与氧化铁矿体发生反应形成不同类型的IOCG矿床和矿化分带特征。粗线、细线和虚线分别表示外部流体逐渐流经铁矿体过程中，形成的大量、少量和微量的矿石矿物及分带特征。矿物简称：Hem: 赤铁矿，Mt: 磁铁矿，Cc: 辉铜矿，Bn: 斑铜矿，Cpy: 黄铜矿，Po: 磁黄铁矿。
论文信息：Li Jianping (李建平), Chen Huayong(陈华勇), Liu Weihua(刘卫华), Ding Xing(丁兴), Zhong Richen(钟日晨), Yu Chang(于畅). Copper mobilization via seawater-volcanic rock interactions: New experimental constraints for the formation of the iron oxide Cu-Au (IOCG) mineralization. Geochim. Cosmochim. Acta (2022), https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.06.004
