新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所在錫成礦作用中錫同位素分餾研究中取得進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2018-11-23
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金屬礦床成礦作用研究中，礦床學(xué)家一直借助于與金屬礦物“共生”脈石礦物的傳統(tǒng)同位素（H-O-S, Sr-Nd-Pb等）地球化學(xué)示蹤成礦流體與物質(zhì)來源和推演成礦過程。近二十年來，測試技術(shù)的突飛猛進(jìn)，使得非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素（包括Mo、Cu、Fe、Zn等金屬）地球化學(xué)取得了突破性成果，促使礦床學(xué)家嘗試從研究金屬元素的地球化學(xué)行為入手，直接示蹤金屬礦床成礦作用中成礦元素的源運(yùn)儲(chǔ)，還原金屬礦床成礦過程，發(fā)展成礦理論。
錫是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大的金屬，易揮發(fā)、具親鐵性和親銅性，地球化學(xué)行為復(fù)雜，有0價(jià)、2價(jià)和4價(jià)。錫擁有10個(gè)同位素，是元素周期表中同位素最多的元素。近幾年，錫同位素測試技術(shù)取得突破，有學(xué)者對(duì)不同類型地質(zhì)樣品的錫同位素組成進(jìn)行了探索性研究，顯示高溫過程中錫同位素會(huì)發(fā)生分餾。然而，熱液錫成礦作用中錫同位素的分餾未見報(bào)道。廣州地化所流體成礦作用學(xué)科組副研究員姚軍明及其合作者，選擇四個(gè)不同環(huán)境的產(chǎn)錫地區(qū)（美國南達(dá)科他地區(qū)、英格蘭康沃爾地區(qū)、德國捷克交界處的厄爾士山脈和玻利維亞的安第斯錫礦帶），收集了50件錫石和21件黃錫礦樣品，開展了錫同位素地球化學(xué)的研究工作（圖1）。錫石是錫礦床最主要的礦石礦物，黃錫礦是含錫硫化物，數(shù)量極少但分布普遍；同一個(gè)成礦系統(tǒng)中，錫石形成較黃錫礦早。
圖1 不同環(huán)境錫成礦作用的卡通圖及其錫同位素組成
研究發(fā)現(xiàn)，錫石的錫同位素組成為δ124Sn = 0.48±0.62‰，黃錫礦的錫同位素組成為δ124Sn= -1.47±0.54‰，錫石富重錫同位素，黃錫礦富輕錫同位素；兩種礦物錫同位素的變化幅度也相似，錫石為2.48‰，黃錫礦為2.61‰。為了比較四個(gè)產(chǎn)錫地區(qū)的異同，我們用以下公式對(duì)錫石和黃錫礦之間的錫同位素差異進(jìn)行了計(jì)算。
Δδ124Sncassiterite–stannite = meanδ124Sncassiterite – meanδ124Snstannite
四個(gè)錫產(chǎn)地具有相似的Δδ124Sncassiterite–stannite值：2.3 ± 0.2‰ (康沃爾), 2.1 ± 0.2‰ (南達(dá)科塔), 2.0 ± 0.2‰ (Cinovec-Krupka齊諾韋茨-克魯普卡), 和 1.5 ± 0.2‰ (玻利維亞)。淺成的礦床具有最低的Δδ124Sncassiterite–stannite值（圖2）。
圖2 四個(gè)錫產(chǎn)地錫石和黃錫礦錫同位素組成（黑色范圍表示Δδ124Sncassiterite–stannite值）
對(duì)多價(jià)態(tài)過渡族金屬如銅鐵同位素系統(tǒng)的研究表明，氧化還原反應(yīng)會(huì)引起明顯的同位素分餾，高價(jià)態(tài)元素傾向于富集重同位素。錫石和黃錫礦中的錫都是四價(jià)態(tài)，在熱液錫成礦過程中，氧逸度變化至關(guān)重要，錫一般以二價(jià)態(tài)絡(luò)合物的形式搬運(yùn)，在成礦早階段以四價(jià)態(tài)的錫石大量沉淀下來，晚階段會(huì)有少量四價(jià)態(tài)的黃錫礦出現(xiàn)。因此氧化還原反應(yīng)可能是引起錫同位素分餾的主要機(jī)制。同時(shí)，熱液成礦系統(tǒng)中錫同位素的分餾可能與多種相互關(guān)聯(lián)的變化有關(guān)，如，溶液中錫的存在形式、氣液分離、電子遷移、溫度、壓力、化學(xué)鍵的競爭環(huán)境和不同礦物相之間錫的平衡過程等。本研究來自四個(gè)不同環(huán)境的錫產(chǎn)地樣品有著類似的錫同位素組成，可以排除溫度變化、壓力變化和氣液分離等因素；本研究只涉及了錫石和黃錫礦，且錫石早于黃錫礦形成，因此排除了不同礦物相之間的平衡分餾；而錫在熱液系統(tǒng)中以氯的絡(luò)合物形式存在?？紤]到氧離子和硫離子是先后與錫離子結(jié)合，而不是同時(shí)爭奪錫離子，故化學(xué)鍵的競爭所導(dǎo)致的分餾也很微弱。
該研究認(rèn)為，在熱液錫成礦作用中，因氧化還原反應(yīng)，早期形成的錫石富集重同位素，使得溶液中的錫同位素偏輕，導(dǎo)致晚期形成的黃錫礦具有輕的錫同位素組成。同等重要的是，不同礦床錫石的錫同位素的平均值具有不同的組成，暗示錫石的錫同位素組成可能與源區(qū)和巖漿演化有關(guān)，值得開展進(jìn)一步的研究工作。
該成果受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深地資源勘查開采”重點(diǎn)專項(xiàng)“燕山期重大地質(zhì)事件的深部過程與資源效應(yīng)”（2016YFC0600405）和國家自然科學(xué)基金（41672079，41372085）的聯(lián)合資助，發(fā)表在國際地學(xué)期刊American Mineralogist第103期1591-1598頁上。
論文詳情：
Yao, Junming; Mathur, Ryan; Powell, Wayne; Lehmann, Bernd; Tornos, Fernando; Wilson, Marc; Ruiz, Joaquin. Sn-isotope fractionation as a record of hydrothermal redox reactions. AMERICAN MINERALOGIST, 2018, 103(10): 1591-1598. DOI: 10.2138/am-2018-6524
論文鏈接：
（中科院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿）
