1. 岩浆的成因与来源 地幔熔融：研究地幔物质在高温高压下的部分熔融过程，分析岩浆的起源。 地壳物质的重熔：研究地壳物质在地壳内部重新熔融，形成花岗质岩浆的机制。 混合起源：探讨岩浆可能由不同来源的物质混合形成。2. 岩浆的化学与矿物组成 元素分异与演化：研究岩浆在不同温压条件下的演化，特别是元素如何在结晶过程中分异。 同位素地球化学：通过同位素比值分析（如Sr-Nd-Pb同位素），追踪岩浆的源区和演化历史。 矿物结晶序列：分析岩浆中矿物的结晶顺序，了解岩浆冷却过程中的化学变化。3. 岩浆室的物理与化学过程 分离结晶作用：研究矿物在岩浆室中的分离结晶，如何影响岩浆的化学组成。 岩浆混合作用：探讨不同来源的岩浆在岩浆室中的混合过程及其对岩浆演化的影响。 流体作用：研究挥发分（如水、二氧化碳）的存在如何影响岩浆的粘度、熔点以及结晶过程。4. 构造背景与岩浆活动的关系 板块构造与岩浆活动：研究岩浆活动与板块构造环境（如俯冲带、裂谷、热点）的关系。 地幔柱与岩浆活动：研究地幔柱上升过程如何引发大规模的玄武岩喷发及其地质意义。5. 火山岩与深成岩的对比研究 喷发岩与侵入岩的关系：研究地表喷出岩浆（火山岩）和地下冷凝岩浆（深成岩）之间的成因联系。 岩浆喷发模式：分析不同类型的火山喷发及其岩浆演化的动力学过程。6. 岩浆作用的时间尺度 地质年代学研究：通过测定火山岩与深成岩的绝对年龄，确定岩浆活动的时间尺度。 热年代学：研究岩浆系统的冷却历史，以了解岩浆演化的时间过程。7. 应用与前沿研究 资源勘探：研究与岩浆活动相关的矿产资源（如铜、金、镍等）的成矿机制。 地球内部动力学：利用岩浆演化信息，探索地球内部的动力学过程和热演化历史。 行星地质学：通过对地外岩浆活动（如月球、火星）的研究，了解行星形成与演化的普遍规律。以下内容主要来自于：科伦博海底火山的岩浆演化及其对海底块状硫化物形成的意义。![]()
海底块状硫化物形成于各种海洋热液环境中，特别是在火山弧内，岩浆流体可能对热液系统的金属预算做出贡献。在本研究中，我们重点研究了科伦坡火山（Kolumbo volcano），这是希腊火山弧中部的一座海底火山大厦，拥有一个活跃的热液系统。弥漫的硫酸盐-硫化物烟囱形成了锌铅块状硫化物矿化，其中 As、Ag、Au、Hg、Sb 和 Tl 含量较高。这些元素在岩浆脱气过程中有类似的表现，在与弧有关的热液系统中很常见。火成岩磁铁矿的痕量元素数据与整岩地球化学和数值建模相结合，突显了岩浆分异过程中亲鎏金和亲硒元素的行为。我们报告说，尽管岩浆早期硫化物饱和，但岩浆中的亲铝元素含量直到水饱和和脱气发生后才下降。岩浆分异过程中岩浆中亲铝元素的保持表明，大部分岩浆硫化物并没有分馏。与此相反，在脱气过程中，岩浆中的砷、银、金、铜、汞、锑、锡、铅和锌变得贫乏，很可能从熔体中或在挥发物氧化硫化物的过程中分馏到挥发相中。脱气后，熔体中残留的亲铝元素会融入磁铁矿。磁铁矿的痕量元素数据有助于确定岩浆分异过程中的硫化物饱和度，并区分脱气前和脱气后的磁铁矿。我们的研究强调了岩浆脱气如何对形成海底块状硫化物的岩浆-热液系统中的金属预算做出贡献，并表明火成岩磁铁矿地球化学是跟踪岩浆分异过程中金属移动过程的有力工具。科伦博海底弧火山及其海底块状硫化物（SMS）是研究成矿岩浆-热液系统中岩浆过程和金属转移机制的理想场所。通过结合原位磁铁矿微量元素含量、整体岩石数据及模型，可以提供有关岩浆在分异过程中金属行为的信息。我们的数据表明，科伦博火山的岩浆中早期且持续的硫化物饱和导致亲硫元素进入硫化物相，但沉淀有限。我们推测，大多数硫化物保留在岩浆中，可能是由于其尺寸小（<10 µm）和岩浆粘度高，或由于硫化物-挥发物化合物的形成。随着脱气过程的进行，砷（As）、银（Ag）、金（Au）、铜（Cu）、汞（Hg）、锑（Sb）、锡（Sn）、铅（Pb）和锌（Zn）在岩浆中耗竭，可能从熔体中分配到挥发相，或在挥发物氧化硫化物的过程中发生分配。在脱气后，熔体中剩余的亲硫元素被纳入磁铁矿中，因为熔体变得硫不足。在岩浆脱气过程中流失的金属在成矿过程中富集，表明其具有岩浆起源。科伦博的烟囱中还富集铊（Tl），该元素在脱气过程中未在岩浆中耗竭，反映了其他金属来源和过程（如围岩的淋滤）可能对金属总量有所贡献。我们的研究表明，火成磁铁矿中的微量元素含量是追踪岩浆分异过程中金属行为、识别熔体中硫化物饱和度以及区分脱气前后磁铁矿的有力工具。科伦博火山的构造位置和地质背景图
火山岩的岩石学特征图
使用COMAGMAT 3.75针对不同H2O含量和fO2值模拟的地球化学熔体演化，与整体岩石数据进行对比。
平均洋中脊玄武岩标准化的全岩微量元素数据图
a 根据Dare等人的研究，将磁铁矿分类为岩浆型和热液型；b 磁铁矿中的V/Sc比值与整体岩石的MgO含量进行对比；c 在岩浆分异过程中，模拟的硫化物饱和硫浓度（SCSS）与熔体中MgO含量的关系，与整体岩石的硫含量与MgO含量的关系进行对比。
在岩浆分异过程中，整体岩石和磁铁矿中的亲硫元素和亲铁元素含量随整体岩石MgO数据变化的情况。左轴和右轴分别对应整体岩石和磁铁矿的数据。注意：整体岩石和磁铁矿数据的刻度不同。蓝色虚线连接了磁铁矿数据的中位数，垂直蓝线表示根据模型在0.9 wt% MgO时的水饱和状态。拟合曲线（灰色）基于MgO含量大于0.9 wt%的数据（即水饱和之前的数据）计算，指示岩浆分异过程中整体岩石中金属含量的演化。曲线的虚线部分向MgO = 0 wt%方向外推，用于模拟在无水饱和、脱气及相关金属移除的情况下，岩浆分异过程中整体岩石中金属含量的演化。
金属元素在岩浆分异和相关热液过程中的迁移概念模型图
a. 1. 脱气前 在脱气之前，熔体是硫饱和的，亲硫元素（如银、砷、金、铜、汞、锡、锑、铅和锌）优先分配到硫化物相中，而镍、钴、钒和钛则优先分配到磁铁矿中。此时，硫化物相在岩浆中“漂浮”，而磁铁矿则沉降。2. 脱气时 在脱气过程中，硫化物相通过硫化挥发物的形成或与挥发物的相互作用被氧化。亲硫元素从硫化物中释放，并可能作为硫或氯的络合物进行迁移。3. 脱气后 在脱气后，系统中硫被耗尽，熔体中剩余的亲硫元素会分配到磁铁矿中，局部形成富含亲硫元素的磁铁矿。b. 岩浆分异过程中全岩和磁铁矿中的亲硫元素和磁铁矿相容元素。c. Kolumbo岩浆-热液系统中的金属迁移模型。
不同弧火山样品中Cu/Ag比值与MgO含量的演化关系图
火成磁铁矿中的铜含量与其V/Sc值的比较。水饱和度通过COMAGMAT 3.75模型计算得出，并在经过与磁铁矿寄主岩石成分校准后，标示在V/Sc轴上。Simon Hector, Clifford G. C. Patten, Aratz Beranoaguirre, Pierre Lanari, Stephanos Kilias, Paraskevi Nomikou, Alexandre Peillod, Elisabeth Eiche & Jochen Kolb.Magmatic evolution of the Kolumbo submarine volcano and its implication to seafloor massive sulfide formation. 2024.Volume 59, pages 1229–1248Nomikou P, Polymenakou PN, Rizzo AL, Petersen S, Hannington M, Kilias SP, Papanikolaou D, Escartin J, Karantzalos K, Mertzimekis TJ, Antoniou V, Krokos M, Grammatikopoulos L, Italiano F, Caruso CG, Lazzaro G, Longo M, Sciré Scappuzzo S, D’Alessandro W, Grassa F, Bejelou K, Lampridou D, Katsigera A, Dura A (2022) SANTORY: SANTORini’s seafloor volcanic ObservatorY. Front Mar Sci 9:796376Klaver M, Carey S, Nomikou P, Smet I, Godelitsas A, Vroon P (2016) A distinct source and differentiation history for Kolumbo submarine volcano, Santorini volcanic field, Aegean arc. Geochem Geophys Geosyst 17:3254–3273Hübscher C, Ruhnau M, Nomikou P (2015) Volcano-tectonic evolution of the polygenetic Kolumbo submarine volcano/Santorini (Aegean Sea). J Volcanol Geoth Res 291:101–111Ariskin AA, Barmina GS (2004) COMAGMAT: development of a magma crystallization model and its petrological applications. Geochem Int 42:1–157Arevalo R, McDonough WF (2010) Chemical variations and regional diversity observed in MORB. Chem Geol 271:70–85Dare SAS, Barnes S-J, Beaudoin G, Méric J, Boutroy E, Potvin-Doucet C (2014) Trace elements in magnetite as petrogenetic indicators. Miner Deposita 49:785–796Smythe DJ, Wood BJ, Kiseeva ES (2017) The S content of silicate melts at sulfide saturation: new experiments and a model incorporating the effects of sulfide composition. Am Miner 102:795–803Park J-W, Campbell IH, Kim J, Moon J-W (2015) The role of late sulfide saturation in the formation of a Cu- and Au-rich magma: insights from the platinum group element geochemistry of Niuatahi-Motutahi lavas, Tonga rear arc. J Petrol 56:59–81Wang 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. Geochim Cosmochim Acta 250:18–33Brandl PA, Portnyagin M, Zeppenfeld H, Tepley FJ, de Ronde CE, Timm C, Hauff F, Garbe-Schönberg D, Bousquet R (2022) The origin of magmas and metals at the submarine Brothers volcano, Kermadec arc New Zealand. Econ Geol 118(7):1577–604Georgatou A, Chiaradia M, Klaver M (2022) Deep to shallow sulfide saturation at Nisyros active volcano. Geochem Geophys Geosyst 23:e2021GC010161
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