新研究揭示VMS矿床岩浆挥发分驱动成矿机制

在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助下，中国科学院广州地球化学研究所肖兵副研究员和陈华勇研究员团队与合作者，成功揭示了火山成因块状硫化物（VMS）矿床岩浆挥发分驱动成矿机制。相关研究成果近日发表于《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。

VMS矿床，即火山成因块状硫化物矿床，是锌（Zn）、铜（Cu）、铅（Pb）、银（Ag）、金（Au）等重要金属资源的关键来源。传统认识认为：海水在洋底火山岩地层中循环加热，淋滤围岩并携带金属与硫，最终在海底热液喷流环境中沉淀形成矿体。然而，越来越多证据提示，岩浆挥发分可能为VMS系统提供额外的金属与硫来源。但在古老VMS矿床中，岩浆挥发分及其携带的成矿金属究竟如何进入热液系统、如何促进大规模成矿，长期缺乏直接约束。

为攻克这一科学难题，肖兵/陈华勇团队联合加拿大萨斯喀彻温大学教授潘元明、德国柏林工业大学教授Jan J. Falkenberg开展合作研究。他们选取中亚造山带早-中泥盆世阿舍勒大型VMS矿床作为研究对象，系统地对黄铁矿、黄铜矿及围岩进行汞同位素分析，并结合绿泥石原位微量元素与同步辐射XANES测定的Fe3+/∑Fe（铁离子价态比值），重建金属来源与热液-岩浆耦合过程。

研究结果显示，硫化物与火成岩的Δ199Hg变化范围达0.35‰（-0.17‰～0.18‰），与海水、地幔/岩浆及大陆沉积物端元区间存在重叠，这表明成矿系统具有三端元混合特征。不过，多数矿石硫化物的Δ199Hg集中在-0.1‰～0.1‰的近零范围，由此可推断成矿金属主要来源于岩浆流体/挥发分。

此外，研究发现硫化物与绿泥石的总汞含量（THg）和汞同位素组成（δ202Hg）随着远离矿化中心而降低，这反映了岩浆挥发分影响的逐渐衰减。进一步分析还发现，汞富集的绿泥石通常具有更高的Fe3+/∑Fe比值以及显著的锡（Sn）富集特征，并且形成于大于400℃的高温环境。这一发现揭示出，酸性、富金属、偏氧化性质的高温岩浆挥发分能够高效转移铜（Cu）与硫（S），提高成矿物质通量，进而促进大型VMS矿床的形成。

该研究创新性地表明，汞同位素-绿泥石成分与铁价态可作为示踪古VMS矿床金属来源与成矿过程的有效指标组合，同时也为找矿勘查提供了潜在的重要指标。