辽东地区沉积变质硼矿床及硼同位素研究

辽东地区元古界硼矿床属于沉积变质硼矿。根据现代盐湖沉积 ,认为硼矿物沉积通常为硼砂 ,然后在区域变质作用过程中 ,硼砂矿物转变为硼镁矿物或硼铁矿等硼酸盐矿物 ,但辽东硼矿床中不同硼矿物的硼同位素有一定差别。电气石富10 B ,δ11B值较低或呈负值 ;而硼镁石与硼镁铁矿类矿物明显富集11B ,δ11B值较高 ,为 +2 3‰～ +17 4‰。根据水岩作用过程中硼同位素分馏特征的研究 ,11B与10 B比较有下列 4个特征 :( 1) 11B属于极不相容元素 ,优先进入水相 ,因此在变质残余矿物相中形成低的δ11B值 ;( 2 )在蚀变和交代变质反应中硅优先替代11B进入矿物晶格 ,因此在硅化交代中可以降低δ11B值 ,而脱硅反应中可以提高δ11B值 ;水化作用中 ,OH-带入11B ,使富水矿物具有较高的δ11B值 ;( 3)热水沉积及热液交代成因电气石均具有较低的δ11B值或者为负值 ;( 4)通过最近的研究表明 ,在热蒸馏过程中 ,硼同位素会发生明显的分馏 ,11B倾向于进入蒸汽相 ,而使残余相或后蒸馏相亏损11B ,形成较低的δ11B值。因此可以认为辽东地区元古界硼矿床属于热水沉积电气石岩在后期区域变质或热变质过程中分解出硼酸气水溶液交代镁碳酸盐形成硼镁石或硼镁铁矿矿物 ,而非蒸发沉积变质矿床。     

硼同位素在矿床学中的应用研究

硼在自然界有两种稳定同位素11B和10B,常采用δ(11B)/10-3来表示不同地质体的同位素组成。由于硼同位素在不同地质体中的分馏作用大,在较大温度范围内岩浆-热液流体中的高活动性和化学性质稳定等方面的优势,使硼同位素在地球科学研究中的作用越来越广泛。控制硼同位素分馏的主要因素是硼源。一般情况下,非海相的硼酸盐矿物和与之相关的电气石的δ(11B)值为负值,而在某些盐湖卤水和与海相环境有关的硼酸盐矿物的δ(11B)值则为正值。目前,硼同位素示踪主要应用于块状硫化物矿床、与花岗岩有关的热液矿床以及盐湖矿床的研究。随着硼同位素分馏机制及其在不同环境地质样品中分布特征的深入研究,硼同位素在解决矿床的成矿物质来源、矿床成因和成矿作用等方面将发挥更大的作用。     

硼及硼同位素地球化学在地质研究中的应用

总结了硼及硼同位素的地球化学特征：（１）硼是易溶元素,主要赋存在地球表层,尤其是海水、海相沉积物及海水交代岩石中。其同位素组成δ１１Ｂ值按顺序变化,封闭盐湖卤水（＞４０‰）＞海水（３９５‰）＞海相硼矿物（１８２‰～３１７３‰）＞海相沉积物（１３９‰～２５２‰）＞海水交代岩石（４５１‰～１０８５‰）。大陆水及陆相沉积物硼含量及硼同位素组成变化极大,并多以负值为主。海陆过渡构造带则具有过渡的硼丰度值和硼同位素组成。（２）１１Ｂ较１０Ｂ具有更活跃的地球化学性质,因此在水岩作用中具有明显的同位素交换。硅化交代作用中,岩石被硅化交代,释放硼,并优先释放重硼,同位素组成变轻;在脱硅反应中,岩石释放硅吸收硼,并优先吸收重硼,同位素组成变重。在封闭体系中,水溶液淋滤岩石中部分的硼,即可大量富集,并富集１１Ｂ;在开放体系中,岩石硼被大量淋滤流失,δ１１Ｂ值明显降低。由于水岩作用的结果,从新鲜海底玄武岩到正常海水,硼同位素值从－２９５‰到３９５‰逐渐升高。（３）变质脱水反应中硼被大量排出,并优先排出重硼同位素,进入流体相,因此随着变质程度由低到高,岩石中硼含量及同位素组成δ１１Ｂ值由高变低。（４）在成矿研究中?     

水-岩反应过程中的锂硼同位素分馏变化规律

作为热液体系中成矿的一个重要前提,水-岩反应一直以来都是矿床学的重要研究内容,亦是国际地学界的前沿问题。该过程伴随着同位素的交换,使流体和岩石的同位素组成发生变化。硼和锂同位素作为非传统的稳定同位素示踪工具,常用于限定流体和岩石的热液反应过程。本文对水-岩反应过程中影响硼和锂同位素分馏的因素作了较全面概述,包括温度、pH值、溶解过程、表面交换反应以及次生矿物的沉淀过程,并取得了一些主要认识:(1)一般地,低温或者高pH值时流体更快速富集11B并且在反应结束时有更高的δ11B值;低温(150℃)时锂进入次生矿物中,高温(200℃)时锂从岩石中萃取出来。(2)初始物质的溶解过程与表面交换反应对锂同位的分馏几乎没有影响。(3)一般而言,次生矿物的形成使7Li优先丢失进入溶液而富集重同位素。最后简单陈述了水-岩反应过程中硼和锂同位素组成的质量平衡模拟计算以及反映流体和岩石的同位素组成的变化。     

大别造山带超高压变质岩稳定同位素地球化学

通过对大别造山带超高压变质岩的氢、氧和碳同位素地球化学研究，发现了显著的稳定同位素异常。结果对扬子板块向华北板块的俯冲提供了如下化学地球动力学制约： (1)北大别榴辉岩和基性麻粒岩与南大别超高压榴辉岩和片麻岩一样，具有较低的δ 18O值，表明它们在板块俯冲前经历了高温地表水热液蚀变，在超高压变质阶段流体以亏损 13C为特征； (2)部分低δ 18O值榴辉岩的共存矿物对之间保存了氧同位素平衡分馏，记录了榴辉岩相变质温度，指示这些榴辉岩在地幔的居留时间较短，折返初期的冷却速率较大； (3)退变质作用过程中存在显著的差异性氢氧同位素交换，早期阶段流体具有内部缓冲性质，而晚期则具有外部来源； (4)东大别大理岩显著富集 13C，反映出其母岩灰岩的沉积环境为封闭的大陆边缘盆地，西大别苏家河大理岩的δ 13C值接近于正常海相碳酸盐，指示其母岩形成环境为宽广开阔的海洋。     

新疆库布苏金矿成矿流体特征及成矿流体性质判别

对库布苏金矿北、中两个矿带含金石英脉样品内包裹体特征观察、均一温度测定以及流体成分的分析表明，含金石英脉成矿流体主要为气液两相包裹体，均一温度分为中低－中高两个区间，成矿流体成分不具有典型岩浆水与典型热水的特征；运用水岩反应的原理，在一定湿度下结合不同W／R比，对成矿介质水的内氢氧同位素组成进行了计划，得到了与测试结果相近的σ（D）－σ（^18O）组成，结合成矿流体不具有典型岩浆水和热卤水特征的事实，推测成矿流体可能为变质水或混合热液来源。     

硼同位素分馏的实验理论认识和矿床地球化学研究进展

硼是一种中等挥发性元素,具有¹¹B和¹⁰B两个稳定同位素。两个同位素间高达10%的相对质量差使其在地质过程中引起高达-70‰至+75‰的硼同位素变化。硼在自然界主要与氧键合形成三配位(BO₃)和四配位(BO₄)结构,因而¹¹B和¹⁰B间同位素分馏主要受控于三配体(BO₃)和四面体(BO₄)间配分。本文综述了低温和高温地质过程的硼同位素分馏的理论和实验研究进展。在溶液中B(OH)₃和${B(OH)^{-}_{4}}$间硼同位素分馏受pH和热力学p-T条件控制,实验和理论表征获得常温常压条件下的B(OH)₃和$B(OH)^{-}_{4}$间同位素分馏系数(α_3-4)变化范围为1.019 4至1.033 3。低温条件下矿物(如碳酸盐、黏土矿物(蒙脱石和伊利石)、针铁矿、水锰矿、硼酸盐)与溶液间硼同位素分馏行为除了受p-T-pH影响外,矿物表面吸附引起的分馏效应十分显著。在中高温过程(蒙脱石伊利石化、富硼电气石和白云母矿物与热液流体,以及硅酸盐熔体与流体)中硼同位素分馏行为受到硼配位构型、化学成分以及物理化学条件的控制。随着硼同位素分馏机理研究的深入以及越来越完善的地质储库硼同位素端员特征表征,硼同位素地球化学指标可以灵敏示踪成矿物质来源、探究成矿作用与成因模式和重建成矿过程物理化学条件。目前矿床硼同位素地球化学研究的难点在于实现不同赋存相(如流体、矿物和熔体)中硼配位键合结构和硼同位素组成的精细化表征。     

湘中锡矿山超大型锑矿床的碳、氧同位素体系

本文系统地研究了锡矿山锑矿床的围岩、蚀变围岩和热液成因方解石的碳、氧同位素组成。研究表明，相对于区域地层，矿区灰岩明显亏损^18O；围岩蚀变过程中，围岩的δ^18O值趋于减小并有明显的空间变化趋势。不同期次方解石的碳、氧同位素特征明显不同：成矿早期显示出深特征；成矿晚期方解石的碳、氧同位素组成呈正相关，为水－岩反应和温度降低耦合作用所致；成矿期后方解石的碳、氧同位素组成呈明显的负相关，这种方解石的沉淀介质成成矿流体明显不同。水－岩反应的理论模拟显示，成矿流体不可能为未经深部循环的大气降水；成矿流体中的可溶性碳以H2CO3为主；早期成矿流体的δ^13C、δ^18O分别为－6‰、＋10‰，晚期成矿流体的δ^13C、δ^18O分别为0‰、4‰。     

白云鄂博碳酸岩墙碳氧同位素地球化学

对内蒙古白云鄂博 REE- Fe- Nb矿床周围碳酸岩墙中共存的方解石和白云石进行了 C和 O同位素分析。结果表明，方解石和白云石的δ 13C值变化范围一致，均为－ 3.5‰～－ 7.3‰，落在正常地幔δ 13C值范围 (－ 5‰± 2‰ )内；而它们的δ 18O值可分为两组，第Ⅰ 组为 9.5‰～ 18.0‰，第Ⅱ 组为 20.6‰～ 22.6‰，均远大于正常地幔δ 18O值范围 (5.7‰± 1.0‰ )。第Ⅰ 组低δ 18O值样品中共存白云石与方解石之间的 C和 O同位素分馏均为负值，因此处于热力学不平衡状态，指示它们自形成后受到过后期热液蚀变，与先前的岩石学观察一致。相反，第Ⅱ 组高δ 18O值样品中白云石与方解石之间的 C和 O同位素分馏均为正值，处于热力学平衡状态，指示它们自形成后未受到后期热液蚀变，因此可能沉淀于晚期低温高δ 18O值流体。第Ⅰ 组碳酸岩墙中白云石的 C和 O同位素组成不呈线性分布，指示碳酸岩浆并非由幔源碳酸盐与沉积碳酸盐混合形成。应用水-岩交换模型计算得到，第Ⅰ 组碳酸岩在侵位后经历了碳酸岩浆期后热液的不均一蚀变，蚀变温度约在 220～ 800℃之间，蚀变流体的 CO2/H2O比值较小 (1/500)，但水 /岩比值变化较大 (10～ 400)。由于低温下方解石与热液之间的碳氧同位素交换速率大于白云石，导致这部分碳酸     

济阳拗陷第三纪玄武岩的氧同位素

研究了山东刘阳拗陷29个第三纪玄武岩样品的氧同位素组成。结果表明，这些玄武岩的全岩氧同位素组成变化明显，δ^18○值为6．3‰－12．2‰。其中，蚀变轻微的晚第三纪玄武岩的δ^18○值为6．3‰－7．9‰，与正常大陆玄武岩的值（5．0‰－7．4‰）相似；而蚀变明显的早第三纪玄武岩的δ^18○值为6．3‰－12．2‰，并且90％以上样品的δ^18○值都大于7．5‰。结合岩石学与岩石化学研究，是第三纪玄武岩δ^18○值不同程度升高是由低温雨水热液蚀变（碳酸盐化）作用造成的。