还原性含碳质围岩在斑岩铜矿成矿中的作用

斑岩铜矿是最重要的铜矿资源类型,高氧逸度岩浆是公认的评价斑岩成矿的有效指标。硫在成矿岩浆中主要以硫酸盐形式存在,在矿石中则以硫化物为主。什么触发了高氧化性成矿岩浆热液的还原与成矿?这是关系斑岩铜矿形成机制和高效评价的重大科学谜题。前人关注的焦点是成矿母岩浆的起源与演化,还原性围岩在成矿中作用长期被忽视。还原性围岩主要有两种:富碳质围岩和富亚铁围岩。本文在前人工作基础上,以甲玛、德兴、普朗等大型-超大型斑岩铜矿为例,研究了斑岩铜矿的空间分布与含碳质围岩之间的关系,发现斑岩铜矿围岩中普遍发育黑色含碳质地层,并在成矿过程中普遍发生褪色蚀变;发现蚀变围岩和矿床中方解石和矿石矿物流体包裹体的δ^13CV-PDB值普遍较低,与沉积碳酸盐围岩的值显著不同。首次提出并论证了含碳质围岩中甲烷等还原性气体组分的加入可能是引发斑岩成矿系统氧化-还原转换和矿质沉淀的关键。CH4沿构造裂隙扩散进入斑岩成矿系统,无需成矿斑岩与围岩直接接触即可将成矿溶液中SO2–4还原,解决了困扰矿床学家多年的一道难题。围岩中碳质含量高,产生的甲烷数量大,可将成矿热液中SO4^2-在斑岩体内全部还原,形成金属硫化物沉淀,则矿体主要产在斑岩体之内;围岩中碳质含量低,产生的甲烷数量不足,则矿体主要赋存于斑岩体与围岩的内外接触带。含碳质围岩中还原组分即可在岩浆阶段加入,也可在热液阶段加入。在岩浆阶段加入将造成岩浆还原,形成“还原型斑岩”,易导致成矿物质分散,不利于形成大矿富矿;在热液阶段加入,对成矿更有利。“高氧化性斑岩+还原性富碳质地层/富铁火山岩”是高效评价斑岩成矿的新指标。

微量硫化物、硫酸盐硫同位素EA-IRMS在线测试分析

常规EA-IRMS硫同位素测试中,硫化银(Ag2S)的需样量为0.2~1.0 mg,硫酸钡(BaSO4)的需样量为0.35~1.5 mg,较大的需样量已难以满足珍贵样品及微区样品的分析要求,因此如何减少测试样品量已成为EA-IRMS测试分析工作中急需解决的问题。通过对EA-IRMS测试系统的研究发现,在采用常规方法测试样品时,由于初始He载气流速(100 mL/min)、进入分流接口时的流速(10 mL/min)与进入离子源时流速(0.3 mL/min)的差异导致样品燃烧产生的目标气体中99.7%的气体被浪费,样品的总体利用率仅有0.3%。因此如何减少样品在测试过程中的损耗,提高样品的利用率,从而减少需样量的关键在于缩小载气流速的差距。本实验在常规EA-IRMS测试技术基础上进行了关键改进,在元素分析仪和分流接口之间设计增加一个由六通阀和自动加热冷阱构成的装置,自动加热冷阱可在Load模式时收集SO2气体,六通阀在Load-Inject模式之间切换时可改变He载气流速,通过与分流接口匹配的反吹He载气(10 mL/min)将冷阱中富集的SO2气体送入分流接口,从而保证进入分流接口前样品燃烧产生的SO2气体全部收集。这一改进,理论上可以将样品的利用率提高10倍,该系统需硫量降至3~13μg,并且可以提高反应管的寿命,降低清灰的频率,提高工作效率。同时有效避免了拖尾的产生,提高分析结果的精密度。本次微量样品实验获得的硫同位素数据与常规方法一致,分析精度优于0.15‰(1SD),测量值与真值的差异在0.4‰以内,达到国际同类实验室先进水平。此外,该方法可为微量有机碳、氮同位素EA-IRMS测试分析工作的开展提供参考经验。

细菌反硝化法测定10^-6级硝酸盐的氮和三氧同位素

硝酸盐的氮和三氧同位素(δ^15N,δ^17O和δ^18O)及氧同位素非质量分馏(△^17O)综合研究,可以更有效地示踪硝酸盐的来源和形成过程、制约硝酸盐的形成条件。本文详细描述了细菌反硝化法测定10^-6级硝酸盐氮和三氧同位素的分析测试方法和实验要点。综合优化改良的细菌反硝化前处理方法、全自动气体预浓缩富集纯化系统和测试流程,实现了实验室长期测定数据的稳定性,以及多批次标准样品测定的良好重现性。10 nmol NO3^-标准样品的δ^18O和δ15N测试精度分别是0.25‰(1σ)和0.40‰(1σ)。80 nmol NO3^-标准样品的δ^18O、δ^17O和δ15N的测试精度分别是0.5‰(1σ)、0.4‰(1σ)和0.1‰(1σ),据此计算出的Δ^17O精度为0.46‰(1σ)。

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Ni-Cu-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(SO4^2-)的蒸发沉积建造,除SO4^2-外,还富含Cl^-、CO3^2-、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-Cu-PGE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(SO4^2-)的加入,可以大幅度提高成矿系统的氧逸度,将成矿岩浆中Fe^2+氧化成Fe^3+,形成铁氧化物,SO4^2-自身被还原,向成矿系统提供还原硫S^2-,与Cu^+、Ni^2+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。