大洋板块的俯冲携带了大量硫、铁、碳等氧化还原敏感的变价元素进入地球内部，驱动着地球表面与地球深部之间的氧循环。目前研究普遍认为弧火山岩比洋中脊玄武岩更为氧化，然而其氧化的成因是“幔源”（俯冲板片对地幔楔的物质贡献）还是“壳源”（地壳演化过程的影响）存在极大争议。而目前研究中的难点是，几乎没有能代表原生弧岩浆组成的火山岩，难以从根本上限定弧火山岩氧化的成因。原生弧岩浆的氧化还原状态决定了岩浆中变价元素S的含量，从而控制了岩浆中亲硫元素Cu的系统变化。因此前人曾尝试使用亲硫元素Cu的系统变化来示踪岩浆中氧逸度的变化，认为氧逸度越高，岩浆中S的饱和度越高，Cu含量也就越高；并结合高Mg弧火山岩和洋中脊玄武岩相似的Cu含量，提出二者地幔源氧逸度相同。然而，前人研究中忽视了弧下软流圈地幔中由于俯冲改造具有比洋脊地幔更高的硫含量，以及不同的地幔熔融程度对于岩浆Cu含量的影响。
本研究对全球十万多件弧火山岩样品数据进行了系统汇总和梳理，发现不同俯冲带弧火山岩中的Cu/Zr比在岩浆演化初期均保持恒定，首次提出MgO>6%的弧火山岩的Cu/Zr比保存了其原生岩浆的信息，记录了地幔部分熔融过程中地幔硫含量和氧化还原状态的系统变化。通过全球弧火山排气数据结合弧火山岩熔体包裹体S含量数据，综合限定了弧下地幔的硫含量为300-450ppm，远高于洋中脊地幔~200ppm的硫含量。并据此定量模拟了不同氧逸度下不同硫含量地幔熔融过程中Cu和Cu/Zr的系统变化，发现全球弧火山岩Cu/Zr的系统变化记录了弧下高S含量地幔在高氧逸度（最高可达FMQ+1.3）下的熔融过程，从而证实了弧岩浆氧化的成因来自于“幔源”。此外，超大型斑岩铜矿主要分布在地壳厚度较厚的弧，前人提出厚弧火山岩中低Cu含量是岩浆在深部地壳中硫化物大量堆晶的结果，以此提出早期大量硫化物堆晶是厚弧富集大型斑岩铜矿的关键。然而本研究显示不同地壳厚度的弧岩浆中Cu含量存在系统差别，厚弧的原生岩浆具有低的Cu含量，是地壳厚度控制下软流圈地幔低程度部分熔融的结果，并不需要早期大量硫化物堆晶过程降低岩浆中的Cu含量。未来若能解决“Cu悖论”，即为何原生岩浆贫Cu的大陆厚弧反而大量发育超大型斑岩铜矿，对于研究斑岩铜矿的成矿机理至关重要。
 

俯冲带、弧火山岩、氧逸度、亲硫元素、斑岩铜矿