汇聚板块边缘是斑岩型矿床等重要金属矿床的主要成矿场所。部分学者认为氧化的俯冲物质交代地幔楔使其预富集金属元素是成矿的关键，但是也有学者提出含水岛弧岩浆演化对成矿作用更为重要。然而，成矿金属元素如何在地幔楔及其派生的岛弧岩浆中迁移富集并成矿仍不清楚。Cu是最重要成矿元素之一，同时Cu作为变价元素其同位素组成也对氧逸度非常敏感，因而Cu同位素可能对理解弧岩浆过程中Cu的来源、迁移、富集成矿提供重要的信息。为了研究这一问题，我们对汤加岛弧Niuatahi火山口地区的同一演化序列的玄武岩、英安岩以及后期岩浆去气形成的高度富集金属元素的硫磺（类似成矿）进行了研究，并对比与之相关的富含Cu的黑烟囱硫化物。

图1. 汤加Niuatahi岩浆分异演化过程中玄武岩、英安岩、硫磺和黑烟囱硫化物中的Cu含量及同位素组成的变化。c,d中的阴影区域为地幔Cu同位素组成。

   这些Niuatahi玄武岩具有硫化物不饱和、高水含量和高氧逸度的特征，这意味着地幔楔源区的硫化物被耗尽并使得几乎所有的Cu（高度富集在硫化物中）进入到原始岛弧岩浆中，并随之迁移。因此，硫化物不饱和的Niuatahi玄武岩可以反映地幔楔源区的Cu同位素特征，其Cu同位素组成为δ65Cu = 0.01‰ - 0.17‰ (n = 3)，与洋中脊玄武岩（MORBs）、科马提岩以及亏损地幔的Cu同位素组成一致（0.06 ± 0.20‰, 2sd）。随着岩浆分异演化，硫化物达到饱和，造成演化的英安岩亏损铜含量，但是英安岩Cu同位素组成为δ65Cu = 0.21 ± 0.24‰（n=11，2sd），指示着Cu同位素在岩浆分异演化以及硫化物饱和过程中的分馏非常有限（图1）。另外，岛弧玄武岩的Cu含量和Cu/Sc比值与MORBs类似，且其Cu同位素组成与亏损地幔和MORBs一致，这指示氧化的俯冲物质对地幔楔源区的Cu储库及Cu同位素组成的影响极为有限（图2，3）。这指示源区是否富集金属并不是成矿的必要条件，岩浆分异演化更为重要。

图2. 汤加岛弧火山岩与MORBs、玻安岩中的熔体包裹体的Cu含量及Cu/Sc比值的对比。

   岩浆去气过程中形成的硫磺的Cu同位素组成δ65Cu = 0.30‰-0.37‰（n=3）与英安岩和附近的黑烟囱并没有显著区别（图2，3）。这些结果显示在地幔熔融、岩浆分异与脱气过程中Cu同位素并没有显著分馏。但是发表的数据表明岛弧及洋中脊块状硫化物矿床和黑烟囱硫化物存在显著的铜同位素变化，这意味着后期热液过程或者低温次生变化起着关键作用（图3）。

图3. Niuatahi弧岩浆在形成与分异演化过程中的Cu同位素变化关系（a）以及与全球其他地区幔源岩浆及块状硫化物Cu同位素组成的对比（b）。

文章信息：Wang, Z., Park, J.-W., Wang, X., Zou, Z., Kim, J., Zhang, P., Li, M., 2019. Evolution of copper isotopes in arc systems: Insights from lavas and molten sulfur in Niuatahi volcano, Tonga rear arc. Geochimica et Cosmochimica Acta 250 18-33. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703719300651