中亚成矿域斑岩铜161. 蘋果簽名矿研究：战略资源保障与科学突破

作者：李昌浩

矿产资源安全保障已提升至国家战略层面。中亚障科铜，成矿作为我国重要的域斑岩铜源保161. 蘋果簽名战略性金属矿产资源，被广泛应用在汽车制造、矿研航天工程、究战船舶制造和能源化工等诸多方面，略资对国民经济建设和国防工业发展具有重要的学突影响。尽管中国铜矿资源丰富，中亚障科但我国已成为全球最大的成矿铜资源消耗国，对外依存度逐年攀升，域斑岩铜源保2020年铜资源对外依存度接近70%。矿研此外，究战随着国内铜矿的略资持续开采，铜资源基地逐渐枯竭，学突161. 蘋果簽名后备基地的中亚障科发掘迫在眉睫。因此，加强铜矿研究，对于提升我国战略性矿产资源安全保障能力具有重大意义。
“丝绸之路经济带”的提出，不仅为各国经济合作提供了重要通道，也为缓解我国资源困境带来了新机遇。中亚成矿域作为全球重要的铜资源产地，其核心区位于中国新疆及其邻区（包括哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、俄罗斯和蒙古等国家），与“一带一路”区域广泛重叠。中亚地区辽阔的地域和丰富的资源，使得其矿产资源研究具有重大战略意义。

图1、申萍团队在中亚开展研究工作的矿床分布图

 
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变重点实验室矿产资源学科中心的申萍研究员，带领团队依托国家科技支撑计划“305”项目、国家自然科学基金项目和中国科学院“一带一路”专项等多个项目，对哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、蒙古和中国北部地区的10余条斑岩成矿带及其中发育的13个大型-超大型斑岩铜矿进行了深入的野外实地考察（图1、2），并在此基础上开展了系统研究。研究揭示了中亚成矿域斑岩型铜矿床具有成矿构造背景多样、成矿时代漫长、成矿岩浆复杂、元素组合丰富、叠加成矿发育等特点，初步建立了中亚成矿域增生型斑岩铜矿成矿理论。
 

图2、中亚成矿域主要成矿带及大型-超大型斑岩铜矿分布图

 
具体成果包括：
（1）发现斑岩铜矿的成矿构造背景和地壳厚度的多样性以及成矿岩浆的多变性，揭示了中亚成矿域相对较薄的地壳和非埃达克质岩浆能成大矿的新机理。
中亚成矿域斑岩铜矿的形成与多种复杂的构造背景相关，涵盖了洋内弧、陆缘弧及碰撞带（图2）。这些矿床的形成不仅与正常厚度的地壳有关，还涉及加厚地壳，以及介于这两者之间厚度的地壳。成矿岩浆的类型同样多样，包括低Sr/Y比值的钙碱性岩浆、高Sr/Y比值的埃达克质岩浆，以及介于这两者之间的过渡性岩浆。在此基础上，建立了中亚成矿域不同地壳厚度的局部熔融（地壳厚度 > 40公里）、MASH+AFC（地壳厚度 < 40公里）和局部熔融+AFC（地壳厚度< 30-35公里）等三种成矿模式。这一发现与环太平洋成矿域和特提斯成矿域中以加厚地壳和埃达克质岩浆为主的大型矿床形成机制形成鲜明对比，表明中亚成矿域广泛发育的较薄地壳和非埃达克质岩浆同样具备形成大型矿床的潜力。
（2）发现斑岩铜矿的蚀变分带、金属沉淀顺序的复杂性及成矿作用的叠加性，揭示了中亚成矿域斑岩复杂成矿的新机理。
通过对典型矿床的深入解剖，发现斑岩铜矿的金属沉淀呈现显著的复杂性，具体表现为“早钼晚铜”和“早铜晚钼”两种不同的沉淀序列。此外，矿床的蚀变矿化分带也呈现出多样性，不仅包括了典型的环状蚀变分带，还发现了特有的带状蚀变分带。成矿作用的复杂性不仅体现在单一的斑岩成矿作用上，还表现在叠加成矿作用的发育上。这些特征与中亚成矿域复杂的陆壳增生机制紧密相关，后者诱发了不同性质的构造-岩浆多期活动，从而形成了斑岩铜矿复杂的成矿模式。这一发现为我们理解中亚成矿域斑岩铜矿的成矿机制提供了新视角。
（3）首次建立了划分中亚成矿域斑岩铜矿规模大小的岩浆氧逸度指标，为定量判别斑岩成矿潜力提供理论依据。
选择哈萨克斯坦环巴尔喀什、中国天山以及蒙古国北部等地区的13个含矿岩体，采用LA-ICP-MS技术进行锆石微量元素分析，发现含矿岩浆中锆石的Ce⁴⁺/Ce³⁺ > 120或logfO₂ > NNO+2可形成大型斑岩铜矿；首次建立了划分中亚成矿域斑岩铜矿规模的岩浆氧逸度标准。
（4）首次甄别出新疆西准噶尔和天山地区发育的5个还原性斑岩矿床，提出还原性斑岩铜矿成矿原始岩浆为氧化性岩浆的新认识，冲破了前人提出的还原性斑岩铜矿规模有限的传统认识。
除了典型的氧化性斑岩铜矿之外，中亚地区还孕育着众多的还原性斑岩矿床。申萍研究团队在新疆西准噶尔和天山地区取得了突破性进展，首次识别出5个还原性斑岩矿床，并提出“还原性斑岩铜矿的成矿原始岩浆实际上是氧化性岩浆”的观点，还揭示了含碳围岩混染和还原物质的加入对金属沉淀聚集起着关键作用，并据此建立了富CH₄的还原性流体斑岩成矿系统。团队提出了氧化性岩浆同样能够形成大型的还原性斑岩铜矿床，这一观点打破了Rowins（2000）关于还原性斑岩铜矿规模有限的传统认识。这不仅丰富了对斑岩铜矿成矿机制的理解，也为中亚成矿域乃至全球的斑岩铜矿勘探提供了新的思路和方向。
（5）确立了哈萨克斯坦南北两条成矿带向东分别延至新疆西准噶尔巴尔鲁克山和谢米斯台山，构成了中哈两条巨型跨境成矿带，提出新疆西准噶尔具有寻找大型矿床前景的认识，并发现了谢米斯台铜矿。
与我国新疆毗邻的哈萨克斯坦发育南北两条斑岩铜矿带（图3），这两个成矿带孕育了众多大型-超大型矿床。但是这些矿床所在的成矿带向东能不能延伸到我国新疆地区？延伸的具体范围能够到哪里？这些问题一直都没有解决。申萍团队对哈萨克斯坦的两条成矿带和新疆西准噶尔地区进行了野外考察和室内对比研究，发现二者在成矿构造背景、岩浆活动、成矿时代、矿床类型等方面具有相似性，认为哈萨克斯坦的两条成矿带向东分别延至新疆西准噶尔谢米斯台山和巴尔鲁克山，构成了中哈两条巨型跨境成矿带，提出新疆西准噶尔具有寻找大型矿床前景的认识。在这种新认识的指导下，申萍团队发现了谢米斯台铜矿，并与新疆地方政府和地勘单位的同志一起发现了洪古勒楞铜矿、苏运河钼矿和宏远钼铜矿等（图3）。

图3 新疆和邻区哈萨克斯坦地质矿产图

 
这些科学发现不仅丰富和发展了中亚成矿域斑岩成矿理论，还指导了新疆西准噶尔找矿勘查取得突破，形成显著的社会和经济效益。在申萍等科学家的共同努力下，我国的铜资源研究有望达到世界领先水平。

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