近日，Nature（《自然》）旗下重要综合性子刊《Nature Communications》（《自然‑通讯》）刊发了昆明理工大学电力工程学院罗晨皓副教授联合中国地质大学（北京）王瑞教授、赵云教授、澳大利亚蒙纳士大学 Oliver Nebel 教授的合作研究成果，论文题目为 “Tracing missing copper: ultrapotassic rocks record isotopic evidence of crustal Cu depletion”，昆明理工大学为第一单位。该研究以藏南新生代超钾质岩为研究对象，依托全岩地球化学、铂族元素与高精度铜同位素分析及地球化学模拟，揭示了后碰撞环境下岩石圈地幔活化过程中铜的两阶段再分配机制，为认识大陆地壳铜亏损成因、厘清超钾质岩浆与斑岩铜矿的成因联系提供了关键同位素证据。

铜是支撑现代工业及能源转型的关键金属。已有研究证实大陆地壳相对原始地幔存在显著铜亏损，意味着地壳演化过程中大量铜被保存在地球深部；而斑岩型铜矿床的形成，则需要铜从深部源区迁移至浅部岩浆‑热液系统完成富集。

俯冲带环境下，岩浆硫化物饱和‑分离被认为是控制铜再分配的核心机制。但在俯冲结束后的碰撞‑后碰撞造山环境，被俯冲流体、熔体长期交代的富集岩石圈地幔发生活化熔融，会产生大规模岩浆活动。该过程中铜如何由地幔向地壳转移、对后碰撞斑岩铜成矿产生何种影响，一直缺乏清晰认识。

超钾质岩浆是后碰撞岩石圈地幔活化的典型产物，部分造山带内它与斑岩铜矿存在时空耦合关系，被推测是深部金属、挥发分向地壳输送的载体。但超钾质岩浆能否有效携带铜进入地壳、铜在岩浆演化过程如何再分配、是否能够为斑岩成矿供给金属，长期存在争议。。

青藏高原碰撞造山带广泛发育新生代超钾质岩，是研究后碰撞岩石圈地幔熔融、亲硫金属迁移的天然研究载体。这套岩石源区经历俯冲交代改造，潜在富集铜等亲硫金属与挥发分，同时区域广泛发育后碰撞斑岩铜矿床，非常适合用来解析地幔‑地壳系统铜循环过程。研究团队对藏南超钾质岩开展系统采样，完成全岩地球化学、铂族元素、高精度 Cu 同位素测试，结合地球化学模拟开展解析工作。研究发现：

（1）藏南超钾质岩记录了由地幔部分熔融向岩浆分异转变的两阶段演化过程

藏南超钾质岩的Th/La随MgO变化表现出明显的两阶段特征：在较高MgO阶段，随着MgO降低，Th/La持续升高；而进入更演化阶段后，Th/La则快速下降。结合CaO、TiO₂等主量元素变化以及磷灰石—榍石分离结晶模拟，研究表明，第一阶段Th/La的升高难以由常规分离结晶过程解释，更可能反映交代岩石圈地幔低程度部分熔融过程中源区组成和熔融程度的变化；第二阶段Th/La的下降则与氧化、富挥发分条件下的流体出溶密切相关。由此建立了超钾质岩浆从深部熔融到浅部演化的两阶段地球化学框架。

图1. 藏南超钾质岩两阶段地球化学演化及磷灰石+榍石分离结晶模拟

（2）岩石圈地幔部分熔融过程中残留硫化物能够有效限制 Cu 向熔体中的转移

在第一阶段，随着MgO降低，超钾质岩中的Cu含量呈系统性降低，同时Pd、Pt等铂族元素也表现出明显的协同变化，而Cu同位素组成则整体趋于变重。Cu与Pd、Pt的变化关系表明，这一阶段Cu的迁移主要受硫化物控制。进一步的硫化物—硅酸盐熔体分配及Cu同位素Rayleigh分馏模拟显示，低程度部分熔融过程中，源区残留的富Fe硫化物能够优先保留Cu，使进入熔体的Cu总量受到明显限制，并使熔体具有相对较重的Cu同位素组成。这一结果说明，经过俯冲流体或熔体交代的岩石圈地幔虽然可以富集Cu等亲硫金属，但在后碰撞阶段重新发生低程度部分熔融时，其中的Cu并不一定能够被有效释放进入岩浆，而可能继续以硫化物形式滞留在深部地幔中。

图2. 超钾质岩中 Cu、Pt、Pd 含量随岩浆演化的变化特征

（3）岩浆演化晚期的流体出溶进一步控制 Cu 的迁移及同位素组成。

当岩浆进一步演化进入第二阶段后，Cu与MgO、Pd和Pt之间原有的协同变化明显减弱，表明Cu已不再主要受硫化物分离控制。与此同时，随着Cu含量继续降低，残余岩浆的δ⁶⁵Cu整体趋于降低。实验研究表明，在富Cl、氧化的岩浆—热液体系中，Cu可以以络合物形式高效进入流体，而且流体相往往优先富集较重的Cu同位素。基于这一认识，研究进一步开展了流体出溶和Cu同位素分馏模拟。结果表明，晚期岩浆流体的出溶能够同时解释残余岩浆中Cu含量降低和δ⁶⁵Cu变轻的特征。因此，藏南超钾质岩中的Cu经历了明显的两阶段再分配：早期受源区残留硫化物控制，晚期则主要受岩浆流体活动控制。

图3. 藏南超钾质岩 Cu 同位素演化及部分熔融—流体出溶模型

（4）超钾质岩浆与成矿斑岩表现出不同的 Cu 演化路径。

通过与冈底斯带中新世含矿斑岩及矿石硫化物进行对比发现，二者在岩浆演化历史上Cu同位素整体表现出相对明显的差异，含矿斑岩整体具有更高的Cu含量和相对较重的Cu同位素组成，而超钾质岩浆在演化过程中总体保持Cu亏损。虽然同位素分馏模拟结果显示，超钾质岩晚期出溶流体的Cu同位素组成与部分矿石硫化物具有一定的相似性，但超钾质岩母岩浆本身并未表现出含矿斑岩中常见的显著Cu富集特征，说明二者并非简单的直接演化关系。

图4. 藏南超钾质岩 Cu 同位素与后碰撞成矿斑岩的对比

这一结果表明，超钾质岩浆可以在后期流体活动过程中释放和再分配部分Cu，并可能通过岩浆混合进入斑岩成矿系统，但其本身的成矿潜力仍受到早期源区Cu亏损的明显制约。

图5. 岩石圈地幔活化过程中Cu再分配及Cu同位素演化模型

本研究揭示了藏南超钾质岩浆中 Cu 从深部源区到浅部岩浆系统的两阶段再分配过程：早期岩石圈地幔部分熔融过程中，残留硫化物优先滞留 Cu，限制其向大陆地壳转移；晚期岩浆分异过程中，流体出溶进一步控制 Cu 的迁移及同位素组成。研究表明，后碰撞岩浆作用中的 Cu 亏损可以始于比传统认识更早的地幔部分熔融阶段，源区硫化物对 Cu 的深部滞留可能是影响大陆地壳 Cu 收支的重要机制。该研究也为理解超钾质岩浆与斑岩 Cu 成矿之间的成因联系提供了新的地球化学约束。

文章信息：

Luo, C.-H., Liang, W., Wang, R*., Nebel, O*. & Zhao, Y. Tracing missing copper: ultrapotassic rocks record isotopic evidence of crustal Cu depletion. Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-026-78549-y (2026).

（供稿：电力工程学院）