近期，西北大学地质学系“岩石学与地幔地球化学”学科团队成员张超教授、李晓彦副教授联合德国汉诺威大学的F. Holtz教授和H. Behrens教授，对岩浆体系中的羟基（OH）、氟（F）、氯（Cl）在黑云母与岩浆熔体之间的分配进行了系统的高温高压实验模拟和精确测定，并首次建立了OH-F-Cl在二者之间交换分配的数学模型。实验数据和对比验证表明，该分配模型较为合理的考虑了温度、压力、熔体成分、黑云母成分等因素的综合影响，预测准度和精度较高，并且向模型的使用者提供了从黑云母成分估算熔体F、Cl含量的详细流程和工作表。该分配模型的建立，为地球化学、岩石学和矿床学研究中反演和估算岩浆（熔体）的F、Cl含量提供了新的矿物工具。这一研究成果最近发表于国际地球化学领域的权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。

图1. 实验测定的OH-F-Cl在黑云母与熔体之间的分配

F和Cl是重要的挥发分元素，由于其较为特殊的地球化学属性，被认为在岩浆-热液演化过程、水岩相互作用和成矿元素的迁移与富集机制中发挥了重要作用。但是，示踪和反演岩浆早期阶段的熔体成分，尤其是包括F和Cl在内的挥发份元素的含量，存在很大的理论屏障和技术难度。目前，常用的示踪工具主要包括熔（流）体包裹体和磷灰石；黑云母作为在岩浆体系中广泛存在的富含挥发分的主要造岩矿物之一，由于缺乏可靠的元素分配模型而无法作为有效的示踪矿物。针对这一基础性课题，我们开展了大量的高温高压实验，利用内加热高压釜（IHPV）模拟了含H₂O、F、Cl的岩浆体系在黑云母稳定域内的平衡结晶，并精确测定了实验产物中黑云母和玻璃（硅酸盐熔体的淬火产物）中的OH、F、Cl含量，从而获得这些组分的交换分配系数。在综合分析多种影响因素的基础上，建立了较为完善的数学模型。经过验证，我们的模型在预测前人实验数据方面具有良好的一致性。

图2. 模型预测与实验测定的黑云母与熔体之间OH-F-Cl的交换分配系数对比

应用新的黑云母/熔体OH-F-Cl交换分配模型，针对斑岩型金属矿床成因中F、Cl与金属成矿类型是否存在成因联系的科学问题，我们基于文献中几个典型的与斑岩型金属矿床有关的侵入岩-火山岩中的黑云母成分，计算了与之平衡的岩浆熔体的Cl/OH、F/OH比值和F、Cl含量。结果表明，斑岩Cu矿的早期岩浆具有明显的高Cl特征，熔体中的Cl/F比值可高达~5，Cl含量可高达~10,000 ppm。与之类似，斑岩Au矿的早期岩浆明显具有低F的特征，熔体F含量不高于~1,000 ppm，而熔体Cl含量则相对较高（~3,000 ppm）。相反，斑岩REE矿的早期岩浆具有明显的低Cl特征，熔体中的Cl含量在50~300 ppm之间。斑岩Mo矿的早期岩浆具有极高F的特征，熔体F含量可高达~20,000 ppm，而Cl含量显示出很宽的变化范围（100~2,000 ppm）。这些特征表明，F和Cl在不同金属的运移或者聚集过程中确实发挥了不同的作用；不同F、Cl特征的岩浆体系倾向于具有不同的成矿专属性。

图3. 基于黑云母成分计算的斑岩型金属矿床早期岩浆的F、Cl特征

本项研究为基于黑云母的成因矿物学研究和地球化学示踪开辟了新的空间，也为定量模拟和计算岩浆体系中的挥发份元素的演化和分配行为提供了新的理论支持和有力工具。

文章信息：Zhang C*, Li X, Behrens H, Holtz F. (2022) Partitioning of OH-F-Cl between biotite and silicate melt: Experiments and an empirical model. Geochimica et Cosmochimica Acta. 317: 155-179. https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.10.031

张超教授为第一作者（通讯作者），李晓彦副教授为第二作者。