铜陵冬瓜山层控矽卡岩型铜金矿床的成因机制:硫同位素制约

冬瓜山铜金矿床是铜陵矿集区乃至长江中下游成矿带中的一个重要矿床。矿床上部受石炭系层位控制,发育层状、似层状层控矽卡岩型矿体;下部受岩体及其接触带控制,在岩体及其接触带围岩中发育脉状、细脉浸染状矿体。上部层控矽卡岩型矿体中的矿石类型以含铜(金)石英硫化物为主,矿石硫化物矿物的硫同位素组成显示主要成矿阶段的硫同位素基本达到了平衡。矿石矿物中的硫化物和硫酸盐的硫同位素组成对比表明,冬瓜山矿床与斑岩型矿床相似,而与Sedex型和VHMS型矿床不同。结合矿床成矿物理化学条件和矿石矿物共生组合关系,根据硫同位素储库效应,认为冬瓜山矿床硫化物阶段成矿热液中的含硫物种以H2S为主(XH2S0.99),硫化物的结晶沉淀对成矿热液的δ34S值影响不大。应用大本模式,高温岩浆来源的热液与熔体之间的硫同位素分馏Δ34S为0‰～+5‰,依据岩浆岩全岩硫同位素组成可以确定岩浆来源热液的硫同位素组成为+0.3‰～+12.0‰。在高温(600～350℃)硅酸盐阶段和氧化物阶段,硬石膏与成矿热液之间的硫同位素分馏Δ34S为+5.0‰～+19.0‰,而在高温(450～350℃)氧化物阶段后期及低温(350～200℃)硫化物阶段,黄铁矿与成矿热液之间的硫同位素分馏Δ34S分别为-1.0‰～0‰和0‰～+1.5‰。据此计算的含硫矿物硫同位素组成理论值与冬瓜山矿床实测值基本一致,显示成矿热液流体中的硫源为岩浆来源。综合前人对区域及冬瓜山矿床的研究,本文认为冬瓜山矿床为与燕山期岩浆作用密切相关的层控矽卡岩型铜金矿床。岩浆及其平衡热液中较高的总硫同位素组成暗示岩浆混染了区域沉积地层中广泛发育的膏盐成分。虽然硫同位素组成特征显示区域沉积岩成岩过程中经历了明显的海水沉积作用和细菌硫酸盐还原作用,但冬瓜山矿床矿石没有保存海西期沉积成矿的硫同位素证据。     

膏盐在金顶铅锌矿成矿中的作用：硫和锶同位素证据

云南金顶铅锌、天青石、石膏和硫铁矿超大型复合矿床位于兰坪盆地的北缘,矿床中富含沥青和重油等有机质和膏盐类矿物。大部分硬石膏和石膏的δ34SV-CDT集中分布在+12‰~+16‰之间,与三叠纪末期海洋硫酸盐的δ34SV-CDT值+15‰相近;天青石的δ34SV-CDT较为离散,+6‰~+26‰,但在整体上围绕着硬石膏分布。除少部分早期成岩-矿化阶段形成的硫化物具有极低的生物成因特征的δ34SV-CDT以外,大部分金属硫化物的δ34SV-CDT呈现出“两段式”的分布特征,一组δ34SV-CDT集中在-12‰~-20‰区间,与石膏的δ34SV-CDT值相差约30‰;另一组δ34SV-CDT集中在-8‰~-2‰区间,与石膏的δ34SV-CDT值相差约20‰。在200℃的主成矿温度下,硫酸盐与硫化氢之间的硫同位素分馏刚好为30‰,在300℃为20‰,这与金顶矿床中石膏-硫化物之间硫同位素分布规律一致,表明矿床中的大部分硫源自有机质还原三叠纪膏盐所产生的硫化氢。当富含Pb2+、Zn2+、Sr2+等阳离子的成矿溶液与富含有机质、CO2、H2S和硫酸盐的热水溶液在推覆穹窿构造中汇合时,Pb2+、Zn2+与H2S结合生成方铅矿和闪锌矿,Sr2+与SO42-结合生成天青石。另外,矿区天青石、石膏、灰岩角砾和金属硫化物的锶同位素数据表明膏盐类矿床中的锶 (87Sr/86Sr=0.707765~0.710553)可能并非仅来自于三叠纪海相地层(87Sr/86Sr=0.70695~0.70845),而是成矿热液对各个流经地层和蒸发岩的萃取;受成矿热液中高锶同位素组成的混染,灰岩角砾岩的锶同位素组成相对于三叠纪的灰岩有明显增高。膏盐-有机质(油气)-金属硫化物矿床三位一体可能是普遍规律。     

基于共生金属硫化物硫同位素分馏程度约束热液活动温度：以川中下寒武统龙王庙组为例

硫循环及硫同位素(δ³⁴S)分馏研究对地表圈层的成岩作用具有重要意义,其中多种金属硫化物中硫同位素的分馏程度可以约束成矿热流体温度,进而作为地温计证据约束热液活动。四川盆地龙王庙组储集层内的热液改造影响着该储集层的非均质性,本研究着重讨论目的层中与热液成因白云石所伴生的黄铁矿(FeS₂)-黄铜矿(CuFeS₂)成矿现象：基于详尽的岩石学证据,应用纳米二次离子探针(NanoSIMS)对金属硫化物内部硫同位素分布进行测定,并基于热力学驱动下的硫化物间平衡分馏程度计算其成矿温度,进而约束层段内热液活动过程。研究发现：(1)微区硫同位素分布显示黄铁矿(FeS₂)与黄铜矿(CuFeS₂)沉淀过程中不仅存在热力学分馏,还存在动力学分馏现象,其中动力学分馏程度可以达到40.1‰,应用NanoSIMS微区测定手段可以有效剔除动力学分馏数据影响,获取热力学平衡分馏数据;(2)黄铁矿(FeS₂)与黄铜矿(CuFeS₂)成矿过程或利用不同的硫源,其中黄铁矿...     

豫西熊耳山地区吉家洼金矿床成矿物质来源探讨——碳、氧、硫、铅同位素地球化学证据

吉家洼金矿床位于豫西熊耳山金多金属矿集区中西部,矿体产出受断裂构造控制,属构造蚀变岩-石英脉型金矿床。为了查明吉家洼金矿床的成矿物质来源,本次对矿床的碳、氧、硫、铅等同位素进行了系统研究。研究结果表明,吉家洼金矿的δ~(13)C_(V-PDB)介于-10.3‰~-7.7‰之间,δ~(18)O_(V-SMOW)介于14.2‰~17.8‰之间,表明成矿流体中的碳来源于岩浆。硫化物δ~(34)S值介于-20.4‰~-5.4‰,表明硫来源于早白垩世花山花岗岩基,造成硫化物的δ~(34)S值呈现出较大负值的原因可能是在成矿过程中成矿流体物理化学条件的变化引起硫同位素发生分馏所致。铅同位素组成为~(206)Pb/~(204)Pb=17.042~18.149,~(207)Pb/~(204)Pb=15.333~15.575,~(208)Pb/~(204)Pb=37.675~38.868,与由新太古界—古元古界太华群岩石重熔形成的早白垩世花岗岩的铅同位素组成相似,具有壳幔混合源的特点。综合碳、氧、硫、铅等同位素的研究结果认为,吉家洼金矿床的成矿流体来源于岩浆热液,并有大气降水的加入;成矿物质主要来源于早白垩世花岗岩,矿床成因属岩浆期后热液脉状金矿床。     

膏盐层在Ni-Cu-PGE硫化物矿床成矿中的作用 ——以俄罗斯诺里尔斯克矿床为例

与基性-超基性侵入体有关的Ni-Cu-PGE硫化物矿床是镍-铜-铂族元素矿床的最重要类型。传统观点认为,Ni-Cu-PGE硫化物矿床是由成矿岩浆分异演化、熔离形成的,与围岩性质关系不大。实际上,大部分基性-超基性岩浆是硫化物不饱和的,在岩浆自身演化过程中难以聚集大量硫化物而形成有经济价值的大型高品位NiCu-PGE硫化物矿床。因此,壳源硫的加入是基性-超基性岩浆中硫化物浓度达到过饱和,熔离形成Ni-Cu-PGE硫化物矿床的关键。膏盐层是富含石膏等硫酸盐(SO24-)的蒸发沉积建造,除SO24-外,还富含Cl-、CO23-、Na+、K+等盐类物质,在自然界分布广、面积大,是地壳中重要的硫源层和氧化障。但膏盐层在Ni-Cu-PGE硫化物矿床中的作用长期被忽视,制约了Ni-Cu-PGE硫化物矿床成矿找矿理论的发展。文章以世界最大的俄罗斯诺里尔斯克Ni-CuPGE硫化物矿床为例,介绍了膏盐层与矿床分布的空间关系、石膏等硫酸盐矿物在矿床和蚀变围岩中的分布、成矿元素和硫同位素组成特征及变化规律,阐明了膏盐层在成矿中的作用和控矿机理。膏盐(SO24-)的加入,可以大幅度提高成矿系统的氧逸度,将成矿岩浆中Fe2+氧化成Fe3+,形成铁氧化物,SO24-自身被还原,向成矿系统提供还原硫S2-,与Cu2+、Ni2+等结合,形成铜镍硫化物等,使基性-超基性成矿岩浆由硫化物不饱和变为过饱和,形成硫化物小液滴,在岩浆房经聚集-熔离-富集,形成岩浆型Ni-Cu-PGE硫化物矿床。除膏盐层外,富含硫化物的地层也是形成Ni-Cu-PGE硫化物矿床的重要硫源层。     

四川冕宁稀土矿床硫同位素地球化学

分析了四川冕宁大型稀土矿床硫同位素组成.结果显示成矿期脉石矿物重晶石与矿化期后硫化物(黄铁矿和方铅矿)的硫同位素组成明显不同,前者富集34S,其δ34S为 1.8‰～ 6.7‰,后者富集32S,其δ34S在-10.9‰～-2.1‰之间,表明本区成矿流体中的硫和矿化期后富含硫化物流体中的硫具有不同的来源.矿区各种类型矿石中的重晶石均普遍遭受过风化作用,且δ34S随风化作用的增强而增加,暗示物理分馏效应是本区重晶石硫同位素组成差异的主要原因,重晶石风化过程实际上是一个贫32S、富34S过程,未风化重晶石的δ34S与典型幔源硫的δ34S(0‰左右)相近,成矿流体中硫主要来源于地幔.矿石中重晶石风化作用过程中被淋滤的32S可能是矿化期后富含硫化物流体中的硫的重要来源,但有待深入研究.     

云南会泽铅锌矿田硫同位素研究

为探讨会泽铅锌矿田成矿流体总硫同位素组成、成矿温度、硫源及还原硫的形成机制,在分析前人的硫同位素数据基础上对麒麟厂矿床上部原生矿体硫化物(黄铁矿、闪锌矿和方铅矿)及麒麟厂和矿山厂矿床外围新发现的硫酸盐矿物(重晶石)进行了硫同位素研究。结果显示,原生矿体中的硫化物的δ34S变化为8.0‰~17.68‰,成矿流体中硫同位素已达分馏平衡;矿床外围的硫酸盐δ34S变化为17.95‰~24.30‰。利用共生矿物对Pinckney法,估算获得成矿流体的δ34SΣS为14.44‰,与海相硫酸盐的δ34S相近;通过同位素地质温度计,估算获得成矿温度为134~388℃;包裹体测温发现,重晶石为热液成因,暗示成矿流体中的硫可能来自矿区及矿区外围各个地层的海相硫酸盐或是矿区发现的热液重晶石。硫酸盐的还原机制应为热化学还原作用(TSR)。     

高峰100号矿体硫、铅同位素特征

10 0号矿体的成矿物理化学环境为 :成矿温度 30 0± 30℃ ;成矿压力为 84.2× 10 5Pa ;LogfO2 =- 30 .4～- 35 .6 ,LogfCO2 =- 2 .5 5～ +0 .36 ,LogfS2 =- 8.3～ - 11.0 ,pH =4.2～ 4.9。同位素的分析结果 :硫化物的硫同位素为 6 4‰～ 12 .3‰ ,δ3 4 SΣS 值为 6 6～ 13 8;2 0 6Pb 2 0 4Pb值为 17 4 91～ 18 96 0 ,2 0 7Pb 2 0 4Pb值为 15 5 39～15 940 ,2 0 8Pb 2 0 4Pb值为 37 95 7～ 39 4 90。表明 10 0号矿体的硫源是混合硫 ,铅源是两种异常铅混合的结果。     

金川铜镍矿床硫同位素地球化学

本文利用硫同位素作为地球化学指示剂对金川硫化铜镍矿床的成矿作用和硫源进行分析,获得结论性的认识主要有:(1)交代型矿石中大多数黄铜矿与黄铁矿不属于同一成矿阶段的产物,且二者也没有在新的条件下建立硫同位素交换平衡;(2)在早期超基性岩型矿石到晚期贯入型矿石的漫长成矿作用过程中,硫同位素分馏不显著,表明成矿物质是均一化程度很高的高温浓硫化物熔融体;(3)硫来源于地幔。     

广东长坑金银矿床的成矿地球化学——硫同位素研究

长坑矿床金、银矿石硫化物的δ＾３４Ｓ分别以高离散的负值和相对较集中的正值为特征。在主要成矿阶段硫同位素基本达到平衡或近平衡分馏条件下，采用大本模式分析表明，硫同位素分布特征可能与成矿流体物理化学条件不同有关，即形成金矿石的热液偏酸性、ｆｏ２较高，而银矿化期的流体近中性、ｆｏ２较低；此外，伴随硫化物沉淀的储库效应对此也有一定的影响。热液的总硫同位素组成可取为４‰－７‰，应主要来自围岩中的沉积硫。成矿     

四川冕宁稀土矿床硫同位素地球化学

分析了四川冕宁大型稀土矿床硫同位素组成。结果显示成矿期脉石矿物重晶石与矿化期后硫化物（黄铁矿和方铅矿）的硫同位素组成明显不同，前者富集^34S，其δ^34S为＋1．8‰～＋6．7‰，后者富集轮S，其δ^34S在-10．9‰～-2．1‰之间，表明本区成矿流体中的硫和矿化期后富含硫化物流体中的硫具有不同的来源。矿区各种类型矿石中的重晶石均普遍遭受过风化作用，且δ^34S随风化作用的增强而增加，暗示物理分馏效应是本区重晶石硫同位素组成差异的主要原因，重晶石风化过程实际上是一个贫弛^32、富^34S过程，未风化重晶石的δ34S与典型幔源硫的^δ34S（0‰左右）相近，成矿流体中硫主要来源于地幔。矿石中重晶石风化作用过程中被淋滤的^32S可能是矿化期后富含硫化物流体中的硫的重要来源，但有待深入研究。     

浙西北地区大桥坞铀矿床硫同位素特征研究

大桥坞矿床是赣杭构造-火山岩带中典型火山岩型铀矿床之一,文章旨在研究大桥坞矿床硫同位素特征及其物源示踪意义。研究表明,大桥坞矿床铀矿石δ34 SV-CDT值介于-2.18‰～-10.43‰,蚀变围岩中的δ34SV-CDT值介于6.67‰～8.63‰,两者硫同位素组成存在明显的差异。分析认为,造成铀矿石的δ34SV-CDT值一致为负,而蚀变围岩的δ34SV-CDT值一致为正的原因,可能是成矿流体本身产生的沸腾去气作用导致硫同位素分馏效应;大桥坞矿床成矿流体中的硫具有幔源属性。     

扬子板块北缘马元铅锌矿床两类矿石地球化学特征及其对成矿作用的制约

对马元铅锌矿白云石-硫化物型和重晶石-硫化物型矿石中的热液矿物白云石和重晶石的同位素和稀土元素地球化学特征对比研究表明,白云石的δ~(13)CPDB为-2.51×10-3~0.93×10-3,δ18OSMOW为17.55×10~(-3)~23.24×10~(-3),说明成矿流体中碳、氧来源于震旦系碳酸盐岩的溶解;锶同位素组成(0.711 46)表明Sr来源以壳源锶为主,可能与富放射性锶的上覆碎屑岩或下伏基底变质火山岩有关;稀土元素具有明显的正Eu异常(δEu平均为1.415),表明白云石-硫化物型矿化流体具有盆地中循环热卤水特点。重晶石的硫同位素(平均为33×10~(-3))具有富重硫且分布均一的特点,暗示硫可能来源于富集重硫的单一海相硫酸盐;Sr同位素(0.709 18~0.709 71)特征表明其来源以海水锶为主,有少量壳源锶加入;稀土元素具有明显负Ce异常(δCe平均为0.255)和正Eu异常(δEu平均为1.43),表明重晶石--硫化物型矿化有关的流体可能是海水(或大气降水)与盆地循环热流体混合的结果。白云石--硫化物型矿石和重晶石-硫化物型矿石的沉淀可能是盆地中循环热卤水与海水(或大气降水)两种端元组分以不同比例混合的结果。     

沉积环境细菌作用下的硫同位素分馏

缺氧的沉积环境中存在大量的细菌，它们消耗硫的化合物为其新陈代谢提供能量，并导致硫的化合物被还原、氧化或（和）歧化。细菌的还原作用和歧化作用都能造成明显的硫同位素分馏。细菌硫酸盐还原造成的硫同位素分馏一般在4‰～46‰之间，平均为21‰；细菌参与的氧化作用所造成的硫同位素分馏很小，不到5‰；硫的中间价态物质（S0、S2O2-3和SO2-3）的歧化作用可以造成7‰～11‰的硫同位素分馏。主要依据实验研究和现代海洋观测获得的细菌还原和歧化作用的硫同位素分馏结果已经被用于解释古代沉积物中的硫同位素记录，成为研究地球历史上古海洋的化学演化的重要手段。     

硫化物中硫同位素分馏理论计算研究进展

硫化物是重要的矿物类,通常是一个或多个金属元素与硫结合而形成硫化物.硫化物作为大多数金属的主要来源具有重大的经济利用价值,硫化物中硫同位素分馏的研究一直是同位素地球化学研究的热点.研究不同金属硫化物之间的硫同位素分馏效应,对于利用硫同位素对成矿作用过程和成矿物质来源开展地球化学示踪,具有非常重要的意义.本文结合笔者近期的工作概述了硫化物中硫同位素分馏的理论计算研究,认为虽然半经验半理论的增量方法在同位素分馏计算中存在一定的局限性,但在没有其他实用的理论计算方法时,改进的增量方法可以作为硫化物中硫同位素分馏计算的一种理论估算方法.     

刚果(金)加丹加鲁苏西铜钴矿床S、C、O、Sr同位素特征及矿床成因

鲁苏西铜钴矿床位于刚果(金)加丹加铜钴矿带,是该区域典型层控铜钴矿床。该矿床的矿石类型依据氧化程度可分为硫化矿和氧化矿。野外地质观察和区域资料分析表明,硫化矿的成矿期可分为成岩早期和造山期,矿石矿物为黄铜矿、斑铜矿、硫铜钴矿和辉铜矿。氧化矿主要为铜钴硫化物在富水表生环境下淋滤而成。矿床的同位素数据分析表明:该矿床成岩期的硫化物为以生物还原作用为主,硫源来自元古宙海水,碳源以海相无机碳为主,放射性锶同位素与基底物质有关;造山期硫化物生成以热化学还原作用为主,成矿流体来自蒸发盐的溶解,硫源来自早期硫化物再活化和蒸发盐溶解,碳氧同位素表明成矿流体与围岩发生了强烈的缓冲反应。综合分析表明,蒸发相的海水为鲁苏西铜钴矿富集和成岩早期成矿提供了有利条件,造山期改造和表生期氧化对矿床品位的富集影响明显。     

湘南宝山铅锌银矿床硫同位素的地球化学特征及地质意义

成矿热液的总硫同位素组成(ΣS)可以更加准确地反映成矿流体中硫的来源。本文通过对湖南宝山矿床硫同位素以及总硫同位素的研究发现,金属硫化物样品的δ~(34)S值绝大多数为正值,变化区间为6.40‰~6.91‰,一般为-6.40‰~5.29‰,均值为2.22‰,其中黄铁矿δ~(34)S变化范围为-1‰~4.61‰,均值为2.92‰;方铅矿δ~(34)S变化范围为-0.80‰~1.70‰,均值为0.53‰;闪锌矿δ~(34)S变化范围为1.80‰~4.31‰,均值为2.69‰。具有集中的δ~(34)S值分布以及单一的峰值,表明硫的来源比较单一,具有岩浆硫特点,同位素组成具有δ~(34)S_(黄铁矿)δ~(34)S_(闪锌矿)δ~(34)S方铅矿的特征,证明成矿物质沉淀时基本达到了硫同位素分馏平衡。通过总硫同位素的分析,得出高温与低温两组数据,通过Pinckney图解计算获得中低温阶段的δ~(34)S_(ΣS)为1.28‰,高温阶段的δ~(34)S_(ΣS)为1.68‰。表明成矿流体的硫同位素组成变化很小,仅有0.4‰,且其总硫同位素组成为1.78‰,均显示矿床成矿流体具有地幔硫的特点,表明矿床中的硫可能来自地幔。     

用改进的增量方法计算硫化物中硫的同位素分馏系数

增量方法已成功地应用到硅酸盐矿物、金属氧化物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物氧同位素分馏系数的计算中。本文在对硫化物晶体结构与矿物学特点分析的基础上,通过详细分析前人对硅酸盐矿物和金属氧化物中氧同位素分馏的增量计算方法,将氧化物和硫化物的晶体特征加以对比,提出了计算硫化物中硫同位素分馏的增量计算方法。修正的增量方法根据硫化物的晶体化学结构特征,引入了一个重要的参数,即Madelung常数,用于指示不同结构的硫化物对~(34)S的富集能力。本文利用这一修正的增量方法计算出了0℃到1000℃温度范围内,磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、硫镉矿的10~3Inβ和它们之间的分馏系数10~3Inα。并给出这五种矿物间的~(34)S富集顺序：磁黄铁矿＞硫镉矿＞闪锌矿＞黄铜矿＞方铅矿。与前人的实验结果对比表明,本次计算结果与实验结果基本吻合。同时,增量计算方法成功地再现了任意硫化物中~(32)S、~(33)S、~(34)S和~(36)S这四种同位素之间确实存在一定的分馏比例关系。这说明尽管增量方法存在一定的局限性,但将其扩展到硫化物间硫同位素分馏的理论计算是可行的。     

闪锌矿-方铅矿硫同位素地质温度计的实验标定

本研究对闪锌矿一方铅矿硫同位素地质温度计进行了新的实验标定。选用的硫同位素分馏实验条件近似于天然热液系统的条件,实验温度由350℃到550℃。采用高精确度的SF6法进行硫同位素分析,分析精确度好于±0.1‰。得出的闪锌矿-方铅矿硫同位素分馏校准方程为1000lnα_(S_p)-G=0.74×10~6T~2+0.08。     

TSR成因H2S的硫同位素分馏特征与机制

热化学硫酸盐还原反应(TSR)是深层碳酸盐岩油气藏中硫化氢的主要成因机制,目前已在全球发现了50多个TSR成因的大中型含硫化氢天然气田。通过对中国四川盆地含硫化氢气田硫化物的采集与同位素分析,结合全球含硫化氢天然气田硫同位素分析数据,研究了TSR过程中硫同位素的地球化学行为和分馏特征。研究发现,TSR成因的高含硫化氢天然气中,硫化氢与硫酸盐的硫同位素分馏值小于15‰,主要分布范围为2.5‰~13.82‰,平均在10‰。四川盆地海相层系膏岩的硫同位素值分布较宽,并呈现阶梯状变化,而硫化氢的硫同位素则呈现出相似的分布规律,表明各主要含硫化氢气田硫化氢中的硫来自于本层系的硫酸盐,TSR主要发生在各自的储集层中。四川盆地各气田TSR发生的温度条件相似,硫同位素分馏比较接近。TSR过程中硫同位素的分馏过程与硫酸盐本身硫同位素值的高低无关,而与TSR反应程度有关。TSR反应程度越高,硫化氢的硫同位素值与地层硫酸盐的硫同位素越相近。通过系统分析整理全球含硫化氢气田的硫化物硫同位素数据,并结合四川盆地地质条件和油气演化过程,揭示了TSR过程中硫同位素的分馏特征,并绘制出四川盆地和全球各时代硫化氢和石膏的硫同位素分布曲线图,为研究含油气盆地蒸发岩沉积演化和硫化氢成因提供了参考。