地壳岩浆系统中关键金属In、Ga、Ge的矿物/熔体分配行为及其成矿富集机制

这篇研究通过创新的胶囊技术（capsule techniques）和活塞圆筒实验（piston-cylinder experiments），系统测定了地壳岩浆系统中关键金属In、Ga、Ge在镁铁质矿物（如角闪石、黑云母、辉石）和Fe-Ti氧化物与熔体间的分配系数（Dmin/melt），揭示了其分配行为受熔体成分（如NBO/T）、温度及矿物组成的调控，为理解岩浆分异结晶（fractional crystallization）过程中金属预富集机制提供了实验依据，对岩浆-热液型矿床成矿预测具有重要意义。

　　

亮点

本研究采用新型胶囊组装技术，精准测定了In、Ga、Ge和Zn在镁铁质矿物（如角闪石、黑云母、单斜辉石、斜方辉石、橄榄石）和Fe-Ti氧化物（磁铁矿、尖晶石、钛铁矿）与中酸性熔体间的分配系数（D^min/melt），实验条件覆盖地壳岩浆典型参数（0.5–1.0 GPa、770–1000℃、fO₂≈FMQ±2–8）。

实验产物与氧逸度控制

42组实验（含17组新数据）成功生成淬火玻璃（熔体）和3–5种矿物相。氧逸度通过Ru-RuO₂等缓冲剂精确控制，证实In、Ga、Ge价态稳定（In³⁺、Ga³⁺、Ge⁴⁺），不受fO₂变化影响。

元素损耗评估

通过对比初始与实验产物的元素总量，验证了胶囊技术对In、Ga、Ge、Zn的高效封存（损耗率<10%），确保了分配系数数据的可靠性。

对地壳岩浆过程的启示

实验数据表明，高度分异结晶可显著富集残余熔体中的In、Ga、Ge（D^min/melt=0.5–11），而黑云母中In分配系数（D^biotite/melt_In）与八面体Fe²⁺、四面体Al³⁺负相关，辉石中Ga分配系数（D^{pyroxene/melt}_Ga）则与Al₂O₃含量正相关。这种预富集为岩浆-热液过渡期（magmatic-hydrothermal transition）释放富金属流体提供了物质基础。

结论

(1) In、Ga、Ge在镁铁质矿物中呈弱不相容至中等相容性（D=0.5–11），但橄榄石中In、Ga及Fe-Ti氧化物中Ge高度不相容（D<0.1–0.5）；

(2) 分配行为主要受熔体NBO/T和温度控制，矿物成分影响次之；

(3) 模型显示，高分异岩浆系统是形成In-Ga-Ge矿床的关键前提。