铜同位素的分馏机制及其在矿床学研究中的应用

作为一种重要的成矿元素,铜广泛分布于不同地质体中,并广泛参与成岩成矿作用。近年来,由于同位素分析方法的改进和新一代多接收等离子质谱仪(MC-ICPMS)的应用,使得铜同位素的高精度测试成为现实,并已成为国际地学领域的一个前沿研究方向。铜同位素在自然界中具有较大的变化范围,δ65Cu值介于-3.03‰～5.74‰之间。本文介绍和评述了铜同位素的分析方法和可能的分馏机制,并根据已发表数据,重点讨论了铜同位素组成与成矿温度、矿化阶段和成矿物质来源的关系。认为铜同位素有可能作为一种灵敏的地球化学示踪剂,对指示成矿物质来源、成矿作用过程和矿床形成机理具有重要作用。     

322矿田花岗岩与铀矿床的同位素研究

本文应用同位素地质方法研究322矿田内花岗岩的年龄和成因、成矿热液和成矿物质来源等问题。研究表明,矿田内的成矿母岩为改造型花岗岩,其Rb-Sr同位素年龄为198.8Ma,成矿热液来自花岗岩结晶矿物颗粒间和裂隙中的溶液以及大气降水。成矿物质主要来自花岗岩,部分也来自岩体周围的寒武系地层。     

鸡笼山矽卡岩金(铜)矿床地质矿产特征、物质来源及成矿机制研究

文章在区域地质和矿床地质研究的基础上,从流体包裹体、微量元素、稳定同位素、稀土元素等方面进一步探讨了成矿流体演化规律、成矿物质来源和成矿机制。     

硫同位素示踪与热液成矿作用研究

具有明显分馏效应的硫同位素以各种含硫物种广泛赋存于热液成矿作用过程中,因此硫同位素示踪成为热液成矿作用研究的重要途径之一.在总结前人研究基础上,综述了硫同位素在热液成矿作用中成矿物理化学条件、成矿物质来源、矿体剥蚀程度、矿化富集部位、矿床成因类型等的示踪意义,认为硫同位素示踪应用须在了解热液矿床基础地质前提下,准确区分成矿期次,判别硫同位素分馏平衡状态,结合Ohmoto模式综合研究影响成矿热液体系的各种因素才可以赋予同位素准确的地质内涵.     

铅同位素特征对成矿物质来源的制约--以华北地块北缘中段铅锌银矿床为例

华北地块北缘中段是我国铅锌银矿床的重要富集区之一.对这些矿床的成因研究长期以来存在诸多争论.笔者依据成矿地质、地球化学和成矿年代学等特征,将本区铅锌银矿床划分为四种类型.通过对铅同位素地质特征的研究,探讨了成矿物质来源,指出区域古元古代变质基底和中新元古代地层是成矿物质的重要来源之一.     

湖北大冶铜山口矽卡岩-斑岩复合型铜(钼)矿床地质特征和成矿机制

本文系统地研究了铜山口铜(钼)矿床地质特征和成矿机制,探讨了构造、蚀变和矿化三者在时间和空间上的关系,推断了成矿物质来源和成矿作用机理。     

稳定同位素在成矿物源研究中的应用及存在的问题浅析

稳定同位素在矿床研究中已经有了广泛的应用,其可以为成矿流体和成矿物质来源研究提供有价值的的信息,以帮助更好地了解成矿过程和成矿流体的性质,为矿床成因研究提供有力证据.文章对氢、氧、碳、硫等稳定同位素在成矿物源研究中的应用原理做进一步简述,并对其在应用中存在的问题进行简要分析.     

大兴安岭中南段布敦化铜矿床H-O-S-Pb同位素特征及成矿指示

布敦化铜矿是大兴安岭中南段一个斑岩-热液脉型复合铜矿床,包括南部的金鸡岭斑岩型铜矿段和北部的孔雀山热液脉型铜矿段。本文在详细的矿床地质特征研究基础上,通过对矿体的氢、氧、硫和铅同位素系统研究,探讨了成矿流体和成矿物质来源以及成矿机制。氢、氧同位素组成表明,金鸡岭矿段与孔雀山矿段早期成矿流体主要以岩浆水为主,至成矿晚期有大气降水的参与。硫同位素分析结果表明金鸡岭矿段相对富集重硫,成矿热液的硫同位素组成为+2.54‰-+2.60‰。而孔雀山矿段相对富集轻硫,成矿热液的S同位素组成为-1.84‰--1.71‰,两矿段的硫同位素组成表明硫主要来源于地球深部,铅同位素组成则表明铅具壳幔混合的特点,其来源与岩浆活动密切相关。结合大兴安岭中南段区域地质演化历史认为,布敦化矿床两个矿段的成矿作用均是由流体混合而导致黄铜矿等金属硫化物的大量沉淀。     

辽宁建平烧锅营子金矿床地质特征及成因探讨

较全面地阐述了烧锅营子矿区金矿床化地质特征,通过对成矿物质来源,硫同位素组成和成矿石英流体包裹体特征的研究,认为金矿的形成是岩浆侵入,构造运动和围岩蚀变等成矿控制因素综合作用的结果,其成因类型为中温岩浆热液金矿。     

河南南泥湖Mo-W-Cu-Pb-Zn-Ag-Au成矿区内生成矿系统

河南南泥湖矿田Mo、W、Cu、Pb、Zn、Ag、Au成矿元素组合表现为斑岩型-夕卡岩型-中低温热液脉型矿床成矿系统.通过对钼多金属成矿区矿床地质特征、空间分布规律、稳定同位素以及成矿物质来源的研究,得到如下主要研究成果:①以燕山期花岗岩为中心,矿种分布和成矿元素组合存在明显完整的分带,表现为以钼-钨为主的多金属、铁-铜-铅-锌多金属、铅-锌-银-金多金属的地球化学演化序列;②从岩体中心向外成矿时代表现为从燕山早期到燕山晚期的变化规律,成矿流体温度、盐度、气液比等参数亦呈现降低的演化趋势;③S、H、O、Pb同位素组成表明,南泥湖地区的成矿物质和成矿流体来自岩浆热液;④航磁异常和钻孔资料证实地壳深部隐伏有岩浆房,该岩浆房为成矿系统供给了巨量成矿物质和能量.     

汞同位素地球化学研究及其在矿床学中的应用进展

汞作为一种重要的成矿元素,广泛分布于不同地质体中,并参与成岩成矿作用。随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得引人瞩目的进展。汞同位素被广泛地应用于示踪地球表生生物地球化学过程及汞污染等。近年来,汞同位素又被应用于揭示行星的演化过程、识别地质历史时期大火成岩省及示踪矿床成矿物质来源等方面。本文在前人研究的基础上,对不同地质储库汞同位素组成进行了系统总结。陨石、岩浆岩、变质岩、沉积岩、火山气体等地质储库汞同位素组成变化较大,部分样品还显示非质量分馏信息。本文着重阐述了低温热液矿床(现代热泉、汞矿床、铅锌矿床、锑矿床、金矿床)汞的赋存状态及同位素组成特征,构筑了汞同位素体系的基本格架。结合最新的研究成果,较全面地总结了矿床成矿过程中可能会发生的汞同位素分馏机制。热液矿床中汞同位素的质量分馏可能由流体挥发或者沸腾作用、冷凝作用、氧化还原反应、硫化物沉淀等引起。岩矿石中汞同位素的非质量分馏信息可能是地质历史时期汞光化学作用的产物,或者是继承某一特定的源岩信息所致。因此,未来汞同位素在示踪低温热液矿床的成矿物质来源、刻画成矿流体演化过程方面具有较大的应用潜力。     

湘东北雁林寺金矿床成矿物质来源及成矿流体类型

雁林寺金矿位于雪峰弧形构造带(江南造山带湖南段)东段,是湘东北地区一个较为典型的金矿床。本文在前人研究的基础上,统计分析了矿区不同地质体Au元素含量、稀土元素地球化学、微量元素地球化学特征,对比研究了矿区含金石英的H-O同位素、Sr同位素地球化学特征及成矿流体组成特征。提出赋矿围岩冷家溪群浊积岩在沉积阶段就具有明显的金富集。矿区矿石、(矿化)蚀变围岩、未蚀变围岩稀土、微量元素地球化学特征呈现出高度相似性。含金石英的H-O同位素地球化学、Sr同位素地球化学及成矿流体成分特征表明成矿流体为变质流体。综合矿区地质特征、不同地质体金含量、稀土-微量元素地球化学特征、H-O同位素、Sr同位素及成矿流体成分特征,认为地层中的金元素为雁林寺金矿床提供了成矿物质。     

安徽安庆铜矿床硫同位素地球化学

安徽安庆铜矿床的硫同位素组成复杂，不能用单一硫源或物理化学条件的变化来解释，本文依据区域成矿地质背景及矿床地质特征，研究了硫从硫源地质体转移到成矿热液中的６种可能机理（模型），并确定了矿床的硫源。     

绿松石低温生长过程中Cu同位素特征及其对产地溯源的意义

绿松石（CuAl₆（PO₄）₄（OH）₈·4（H₂O））是重要的表生宝石矿物,已有研究采用绿松石主量元素Cu的同位素进行产地溯源,但是溯源机理不明确.此外,绿松石生长过程复杂,该过程是否造成Cu同位素组成的显著变化还不甚清楚,这限制了其产地溯源的应用.湖北省竹山县是全球最大的宝石级绿松石产出地,采用MC-ICP-MS对竹山县条带状绿松石的生长条带进行高精度Cu同位素测试.结果表明:绿松石δ65Cu值较高,然而不同条带没有明显变化（δ65Cu=10.99‰~11.54‰）.绿松石含矿热液沉淀过程分馏有限（< 1‰）,这指示绿松石Cu同位素显著变化主要发生在含矿热液的形成过程.原生硫化物的δ65Cu=0±1‰,显著低于绿松石样品测定值,推测引起含矿热液Cu同位素显著分馏的主要原因是原生硫化物发生氧化作用.全球典型绿松石矿区的数据整体与该结果一致,表明绿松石Cu同位素组成主要受源区环境的控制;同一矿区中形成的绿松石,即使经历周期生长产生条带状结构,其Cu同位素组成基本一致.该研究深入探究了Cu同位素示踪绿松石矿区的机理,同时也加深了对低温过程Cu同位素分馏的认识.      

滇西南澜沧江带官房铜矿矿床成因和成矿模式探讨

官房铜矿是南澜沧江构造岩浆带正在勘探的规模较大的铜矿床,本文归纳整理了该矿床的地质特征,并结合微量元素和稳定同位素,对矿床成因、成矿模式进行了初步探讨,指出了区域找矿的方向。铜矿化主要与硅化和黄铁矿化有关,含矿岩石为上三叠统小定西组富钾基性火山岩,其稀土元素表现为轻稀土富集型,无或弱的负Eu异常;微量元素配分型式以K、Rb、Ba、Th强烈富集,Ti、Y、Yb、Cr明显亏损为特征,与石英脉型铜矿石存在明显的差异。矿体严格受放射状断裂和岩性双重控制。矿石硫同位素组成稳定,δ34SV-CDT变化范围为-11.88‰～-5.67‰,主要为深源硫。流体包裹体的成分和氢氧同位素组成表明成矿流体为大气降水和岩浆水的混合流体。地质和地球化学特征表明官房铜矿属浅成中-低温热液矿床,形成于相对开放的系统,成矿与隐伏岩体的岩浆作用有明显的成因联系。     

西藏多不杂铜矿床硫铅同位素地球化学示踪

多不杂铜矿床的发现是西藏地质找矿工作取得的重大突破,前人对其做了大量的研究,但始终未能合理解释该矿床的形成过程,究其原因主要是因为成矿物质和成矿流体来源认识上存在争议。本次研究指出了前人在多不杂铜矿床成因机制认识中存在的问题,并测试了岩矿石及单矿物的硫铅同位素组成。研究表明,矿床中硫主要来源于深源岩浆,幔源岩浆和流体在参与成岩成矿过程中伴随岩浆结晶成岩交代岩石而致自身流体性质演变,进而引发壳幔物质混染;铅同位素具有由岩浆作用形成的地壳与地幔混合的俯冲带铅的特征,伴随着含矿地幔流体的上升侵位,不可避免的混染了地壳铅,导致了多不杂铜矿床铅同位素组成的变化。综合分析认为该矿床的成矿物质和成矿流体主要来源于地幔,成矿动力主要来自深部地质过程,矿床的形成与地幔流体作用有关。     

铜陵地区微量元素铊与金在成矿中的相关性初步探讨

古铜陵地区是长江中下游成矿中重要的多金属成矿区,有着独特的多位一体、"层".带"结合、多矿种、多种成因类型复合的成矿地质环境,产生了丰富的接触交代与层控式夕卡岩-热液充填交代的块状硫化物型的铜、金、银、硫等内生矿产,成为国内外地学研究的热点地区.本文从铊元素的地球化学研究探寻其作为金(铜)矿床的探途元素的可能,从本区一些主要矿床中过铊与金(铜)相关性的研究,得出铊与金(铜)密切正相关的结论,并进行了微量元素铊在找矿方面应用的一些初步探读者论坛,指出下一步找矿方向及预测靶区.     

Copper isotopes as monitors of redox processes in hydrothermal mineralization

The stable copper isotope composition of 79 samples of primary and secondary copper minerals from hydrothermal veins in the Schwarzwald mining district, South Germany, shows a wide variation in δ⁶⁵Cu ranging from −2.92 to 2.41‰. We investigated primary chalcopyrite, various kinds of fahlores and emplectite, as well as supergene native copper, malachite, azurite, cuprite, tenorite, olivenite, pseudomalachite and chrysocolla. Fresh primary Cu(I) ores have at most localities copper isotope ratios (δ⁶⁵Cu values) of 0 ± 0.5‰ despite the fact that the samples come from mineralogically different types of deposits covering an area of about 100 by 50 km and that they formed during three different mineralization events spanning the last 300 Ma. Relics of the primary ores in oxidized samples (i.e., chalcopyrite relics in an iron oxide matrix with an outer malachite coating) display low isotope ratios down to −2.92‰. Secondary Cu(I) minerals such as cuprite have high δ⁶⁵Cu values between 0.4 and 1.65‰, whereas secondary Cu(II) minerals such as malachite show a range of values between −1.55 and 2.41‰, but typically have values above +0.5‰. Within single samples, supergene oxidation of fresh chalcopyrite with a δ value of 0‰ causes significant fractionation on the scale of a centimetre between malachite (up to 1.49‰) and relict chalcopyrite (down to −2.92‰). The results show that—with only two notable exceptions—high-temperature hydrothermal processes did not lead to significant and correlatable variations in copper isotope ratios within a large mining district mineralized over a long period of time. Conversely, low-temperature redox processes seriously affect the copper isotope compositions of hydrothermal copper ores. While details of the redox processes are not yet understood, we interpret the range in compositions found in both primary Cu(I) and secondary Cu(II) minerals as a result of two competing controls on the isotope fractionation process: within-fluid control, i.e., the fractionation during the redox process among dissolved species, and fluid-solid control, i.e., fractionation during precipitation involving reactions between dissolved Cu species and minerals. Additionally, Rayleigh fractionation in a closed system may be responsible for some of the spread in isotope compositions. Our study indicates that copper isotope variations may be used to decipher details of natural redox processes and therefore may have some bearing on exploration, evaluation and exploitation of copper deposits. On the other hand, copper isotope analyses of single archeological artefacts or geological or biological objects cannot be easily used as reliable fingerprint for the source of copper, because the variation caused by redox processes within a single deposit is usually much larger than the inter-deposit variation.     

稀有气体同位素测试技术及其在矿床学研究中的应用

稀有气体包含He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn六种元素,由于其化学性质十分的稳定,一般不参与各种化学反应过程。其在地球不同圈层及地外物质中的丰度和同位素组成差别巨大,是地球科学研究的重要示踪剂。稀有气体同位素组成的测试方法主要有分阶段加热熔融、真空压碎、激光微区熔蚀等气体采集方式,获得的气体经多级纯化后在静态稀有气体同位素质谱中进行测试。在矿床学研究中,作为灵敏示踪剂的稀有气体同位素大多用于判别成矿物质、成矿流体的来源,特别是幔源物质的贡献大小及壳幔相互作用与成矿的关系,用于揭示矿床在成矿各阶段(期)中的物质和流体源区差异,用以追踪和揭示成矿流体的演化、反演成矿过程并在一定程度上指示成矿流体在成矿过程中的行为。稀有气体同位素为精细成矿作用研究、不同矿种成矿作用差异分析、探寻大规模成矿作用提供了重要的科研手段。     

青海省兴海县铜峪沟铜矿床成矿物质和流体来源的地球化学探讨

青海铜峪沟铜矿床位于祁漫塔格-鄂拉山成矿亚带鄂拉山多金属矿带东南段。通过对铜峪沟铜矿床的矿石矿物微量元素地球化学研究及矿石矿物的稳定同位素研究,探讨该矿床的成矿物质及流体来源,确定矿床的成因。从测试结果来看,稀土元素配分模式为轻稀土较富集、重稀土亏损、分馏程度较高、Eu中度-强烈亏损,显示矿石物质来源为混合来源;硫同位素δ³⁴S测试结果全为负值,属轻硫型,总体上揭示出硫主要来自地层的沉积硫;铅同位素测试数据表明矿石铅部分来自沉积成岩阶段,部分与印支期造山运动有关,表明成矿物质混合来源的特征,富成矿流体在成矿之前存在均一化过程。氢、氧、硅同位素研究表明成矿热液为原生岩浆水和变质热液水,反映成矿物质来源与岩浆热液活动有关。通过研究认为,铜峪沟铜矿床为矽卡岩型铜矿床。