金属稳定同位素在矿床中的应用

7.1. 甘肃金川铜镍硫化物矿床Mg-O同位素组成

    金川铜镍硫化物矿床是世界上第三大的岩浆型硫化物矿床,作为一个出露面积1.34 km², 岩体矿化率高达60%的独立超镁铁岩体，长期以来一直备受国内外矿床专家的关注。但是金川岩浆成矿过程中硫化物的来源和硫化物的饱和熔离机制尚不清楚。因为已经排除了结晶分异和加入酸性组分促使硫化物饱和的可能性, 并且在金川没有发现含硫的围岩，所以理解金川矿床成因的关键问题是是否存在其它可能的机制引发硫化物的饱和。

    Lehmann 团队（2007）提出金川岩浆混染同化地壳碳酸盐岩导致成矿硫化物饱和的观点，但是此观点没有在深部岩浆房岩浆与碳酸盐岩的相互作用的证据,并且不能确定碳酸盐岩混染同化和硫化物饱和之间的关系。因为镁(Mg)和氧(O)是主要的造岩元素,富集在金川早期结晶的橄榄石和随后结晶的辉石中；同时Mg和O也是碳酸盐矿物的基本组成元素，所以我组准备基于Mg-O同位素体系洞察岩浆与碳酸盐岩相互作用。通过分析Mg-O同位素特征, 判断混染同化作用,进而推测岩浆演化过程和成矿硫化物饱和的可能性。本项目已经获得国家自然科学基金委员会面上项目的资助，相关的成果将是利用金属稳定同位素地球化学研究成岩和成矿过程的良好范例。

7.2. 湖北铜口山斑岩铜矿Fe同位素组成：贺治伟，准备中

    斑岩铜矿床是世界上最重要的铜矿资源，尽管传统的地球化学方法已经对斑岩铜矿的成因提供了很好的制约，但诸多成矿过程细节依然存在广泛争论，例如斑岩岩浆与流体的氧化还原状态变化，控制矿质运移和沉淀的热液过程，以及导致斑岩和相关矽卡岩矿化的流体源区。铁是斑岩系统中分布最广泛的氧化还原敏感元素，因此铁同位素可以潜在地用来示踪斑岩成矿过程。我们以中国东部铜山口斑岩-矽卡岩Cu-Mo矿床作为研究对象，系统研究了铁同位素在斑岩矿床中的分馏行为，从而探讨铁同位素作为一种新的地球化学工具示踪斑岩成矿流体源区和演化过程的可行性。

    研究结果显示蚀变斑岩全岩具有均一的δ⁵⁶Fe 组成 (0.10 ± 0.08‰)，与上地壳新鲜火成岩组成 (~0.10‰) 一致，表明涉及含铁矿物分解以及次生矿物生成的斑岩热液蚀变过程导致的铁同位素分馏有限。相反，来自斑岩围岩和脉状矿体中的共生黄铁矿和黄铜矿的铁同位素组成变化很大(-0.60‰~ 0.61‰)，且具有显著的矿物间不平衡分馏特征；反映了多期次流体活动导致硫化物发生了复杂的溶解和再沉淀过程。此外，我们在矽卡岩接触带中观测到了显著的铁同位素组成分带(图7.1)，这可能是流体在不同氧化还原条件下沉淀出不同含铁矿物相而产生的铁同位素分馏；亦可能是矽卡岩外带低温沉积物铁同位素信号的加入。该项目的研究对于示踪斑岩系统成矿流体铁的源区以及重建流体的氧化还原状态演化有重要的意义。

图7.1 矽卡岩蚀变带硫化物铁同位素组成分带。Gt-I:石榴子石矽卡岩蚀变带；Di-I/Di-II: 透辉石矽卡岩蚀变带；SC: 蛇纹石-绿泥石化带。

7.3. 攀枝花层状岩体的V同位素研究：刘梦蜀，准备中

    钒钛磁铁矿通常被认为是镁铁质岩浆晚期分离结晶的产物。研究表明钒钛磁铁矿的形成与氧逸度变化相关，而V作为钒钛磁铁矿的主要元素，其同位素组成对氧化还原状态异常敏感。我们分析了一套攀枝花兰家火山剖面基性岩样品的V同位素。结果显示（图7.2），全岩的V同位素分馏明显(δ⁵¹V = -0.959 ~ +1.697‰)，磁铁矿的V同位素变化趋势与全岩变化一致，且大多数较全岩略轻，表明全岩的V同位素组成主要由磁铁矿控制；单斜辉石的V同位素组成较全岩和磁铁矿偏重。这说明在岩浆演化过程中，不同价态的V在矿物和熔体间的分配不同，导致V同位素发生分馏；同时由于岩浆的多期次补充，氧逸度再经改造，V的价态发生变化，最终导致V同位素的大范围变化。

图7.2 兰家火山层状岩体剖面全岩和单矿物的V同位素组成