金屬穩(wěn)定同位素的迅速發(fā)展為礦床學(xué)的研究提供了新的手段。

 

一、甘肅金川銅鎳硫化物礦床 Mg-O 同位素組成

 

金川銅鎳硫化物礦床是世界上第三大的巖漿型硫化物礦床,作為一個出露面積1.34km2, 巖體礦化率高達(dá)60%的獨立超鎂鐵巖體，長期以來一直備受國內(nèi)外礦床專家的關(guān)注。但是金川巖漿成礦過程中硫化物的來源和硫化物的飽和熔離機(jī)制尚不清楚。因為已經(jīng)排除了結(jié)晶分異和加入酸性組分促使硫化物飽和的可能性,并且在金川沒有發(fā)現(xiàn)含硫的圍巖，所以理解金川礦床成因的關(guān)鍵問題是是否存在其它可能的機(jī)制引發(fā)硫化物的飽和。

 

 Lehmann 團(tuán)隊（2007）提出金川巖漿混染同化地殼碳酸鹽巖導(dǎo)致成礦硫化物飽和的觀點，但是此觀點沒有在深部巖漿房巖漿與碳酸鹽巖的相互作用的證據(jù),并且不能確定碳酸鹽巖混染同化和硫化物飽和之間的關(guān)系。因為鎂(Mg)和氧(O)是主要的造巖元素,富集在金川早期結(jié)晶的橄欖石和隨后結(jié)晶的輝石中；同時Mg和O也是碳酸鹽礦物的基本組成元素，所以我組準(zhǔn)備基于Mg-O同位素體系洞察巖漿與碳酸鹽巖相互作用。通過分析Mg-O同位素特征,判斷混染同化作用,進(jìn)而推測巖漿演化過程和成礦硫化物飽和的可能性。本項目已經(jīng)獲得國家自然科學(xué)基金委員會面上項目的資助，相關(guān)的成果將是利用金屬穩(wěn)定同位素地球化學(xué)研究成巖和成礦過程的良好范例。

 

二、湖北銅山口斑巖銅礦Fe同位素組成

 

斑巖銅礦床是世界上最重要的銅礦資源，盡管傳統(tǒng)的地球化學(xué)方法已經(jīng)對斑巖銅礦的成因提供了很好的制約，但諸多成礦過程細(xì)節(jié)依然存在廣泛爭論，例如斑巖巖漿與流體的氧化還原狀態(tài)變化，控制礦質(zhì)運(yùn)移和沉淀的熱液過程，以及導(dǎo)致斑巖和相關(guān)矽卡巖礦化的流體源區(qū)。鐵是斑巖系統(tǒng)中分布最廣泛的氧化還原敏感元素，因此鐵同位素可以潛在地用來示蹤斑巖成礦過程。我們以中國東部銅山口斑巖-矽卡巖Cu-Mo礦床作為研究對象，系統(tǒng)研究了鐵同位素在斑巖礦床中的分餾行為，從而探討鐵同位素作為一種新的地球化學(xué)工具示蹤斑巖成礦流體源區(qū)和演化過程的可行性。

 

研究結(jié)果顯示蝕變斑巖全巖具有均一的δ56Fe組成(0.10 ± 0.08‰)，與上地殼新鮮火成巖組成(~0.10‰)一致，表明涉及含鐵礦物分解以及次生礦物生成的斑巖熱液蝕變過程導(dǎo)致的鐵同位素分餾有限。相反，來自斑巖圍巖和脈狀礦體中的共生黃鐵礦和黃銅礦的鐵同位素組成變化很大(-0.60‰~0.61‰)，且具有顯著的礦物間不平衡分餾特征；反映了多期次流體活動導(dǎo)致硫化物發(fā)生了復(fù)雜的溶解和再沉淀過程。此外，我們在矽卡巖接觸帶中觀測到了顯著的鐵同位素組成分帶(圖7.1)，這可能是流體在不同氧化還原條件下沉淀出不同含鐵礦物相而產(chǎn)生的鐵同位素分餾；亦可能是矽卡巖外帶低溫沉積物鐵同位素信號的加入。該項目的研究對于示蹤斑巖系統(tǒng)成礦流體鐵的源區(qū)以及重建流體的氧化還原狀態(tài)演化有重要的意義。

 

三、攀枝花層狀巖體的V同位素研究

 

釩鈦磁鐵礦通常被認(rèn)為是鎂鐵質(zhì)巖漿晚期分離結(jié)晶的產(chǎn)物。研究表明釩鈦磁鐵礦的形成與氧逸度變化相關(guān)，而V作為釩鈦磁鐵礦的主要元素，其同位素組成對氧化還原狀態(tài)異常敏感。我們分析了一套攀枝花蘭家火山剖面基性巖樣品的V同位素。結(jié)果顯示（圖7.2），全巖的V同位素分餾明顯(δ51V= -0.959 ~ +1.697‰)，磁鐵礦的V同位素變化趨勢與全巖變化一致，且大多數(shù)較全巖略輕，表明全巖的V同位素組成主要由磁鐵礦控制；單斜輝石的V同位素組成較全巖和磁鐵礦偏重。這說明在巖漿演化過程中，不同價態(tài)的V在礦物和熔體間的分配不同，導(dǎo)致V同位素發(fā)生分餾；同時由于巖漿的多期次補(bǔ)充，氧逸度再經(jīng)改造，V的價態(tài)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致V同位素的大范圍變化。