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        Nano-SIMS技術(shù)在地質(zhì)中的應(yīng)用
        ——以泥堡金礦為例

        2018-07-04 09:45:50梁金龍
        成功 2018年1期
        關(guān)鍵詞:熱液黃鐵礦巖漿

        李 軍 梁金龍 趙 靜

        成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川成都 610000

        Nano-SIMS開始主要應(yīng)用于空間科學(xué)和生命科學(xué),隨著空間分辨能力和同位素分析精度的提高,在地質(zhì)科學(xué)中的應(yīng)用也越來越廣泛。它的分析模式主要有點分析、面分析(圖像分析)、線分析等。與傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡和電子探針等分析手段相比較,Nano-SIMS最大的優(yōu)勢在于可以在(亞)微米尺度上觀察分析環(huán)帶中的元素分布特征,尤其是高精度的同位素分析能力,對熱液礦床的成礦流體來源的研究起到了很大的促進作用。

        成礦物質(zhì)來源是礦床的主要研究方向之一。對于金屬硫化物礦床,示蹤熱液中硫的來源,對判別金屬成礦物質(zhì)來源及熱液礦床成因具有重要的指示作用。目前國內(nèi)的硫同位素研究更多的是將整個礦石進行硫同位素分析,并未將不同階段的硫化物分別測試,獲得的數(shù)據(jù)也是混合一起,并不能準(zhǔn)確區(qū)分成礦流體的來源,其分析結(jié)果也是不夠嚴(yán)謹(jǐn)。對于卡林型金礦而言,載金礦物黃鐵礦多數(shù)發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu),且金以“不可見金”形式賦存于黃鐵礦及毒砂中。傳統(tǒng)的硫同位素分析方法由于不可彌補的缺陷存在,無法將不同階段、不同成礦期次的載金礦物區(qū)分開,不利于準(zhǔn)確地判斷成礦物質(zhì)的來源,而納米二次離子質(zhì)譜測試技術(shù)(Nano-SIMS)則有在不同環(huán)帶的黃鐵礦中測定硫同位素的能力,因此本文利用Nano-SIMS在劃定的不同成礦期次和階段基礎(chǔ)上,對載金礦物黃鐵礦進行了硫同位素測定,并結(jié)合前人的研究成果來以探討泥堡成礦流體的來源。

        一、礦床地質(zhì)特征

        泥堡金礦是黔西南的典型的卡林型金礦,它以沉積巖容礦和微細(xì)粒金為特征,主要賦存于碎屑巖和碳酸鹽巖中,并伴隨著強烈的去碳酸鹽化作用[1-2]。它位于貴州省普安縣和興仁縣的交匯處,在區(qū)域上泥堡金礦與爛泥溝、水銀洞、丫他等金礦床相鄰,大地構(gòu)造位置上,位于揚子陸塊與右江造山帶過渡區(qū)的揚子陸塊一側(cè)[3-4]。礦區(qū)地層主要有中二疊統(tǒng)茅口組和大廠層、峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M等。

        二、樣品采集及分析方法

        本次試驗選擇泥堡金礦的代表性原生礦石樣品送至北京地質(zhì)博物館標(biāo)本廠磨制成薄片。在對黃鐵礦詳細(xì)的鏡下觀察和背散射電子圖像(BSE)的基礎(chǔ)上,挑選載金黃鐵礦送至中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所納米離子探針實驗室完成原位硫同位素微區(qū)測試。采用儀器為CAMECA Nano-SIMS 50L,測試條件為:實驗轟擊電壓為16KV,計數(shù)時間為150s,束斑直徑為50nm。有關(guān)實驗儀器和具體的分析測試方法詳見,有關(guān)儀器和測試方法詳細(xì)情況詳見文獻[5]。

        三、分析與討論

        一般認(rèn)為地球上的硫主要有三種不同的來源:①巖漿硫,34S值以0±3‰為特征;②海水硫,地質(zhì)歷史時期的海水硫同位素組成隨時間推移發(fā)生變化,通常以較大的正值為特征;③沉積硫,或生物硫,34S值可在一個較大的范圍之間(-40‰~+50‰)變化,硫同位素組成變化極大[6-8]。礦床中的硫可以是單一來源,也可以是不同來源的混合。

        通常通過實驗手段得到的 34S值并不是成礦物質(zhì)沉淀富集成礦時系統(tǒng)的熱液流體體系的 34S值,在成礦熱液流體沿著斷裂、褶皺等控礦構(gòu)造進行遷移時,成礦物質(zhì)的沉淀富集會受到如溫度、氧逸度、PH等諸多因素的影響。大量的研究結(jié)果表明:泥堡金礦床成礦流體具有中低溫(120-300℃),中低鹽度(0.5-11.0w t%NaCl),富含 CO2、H2S,弱酸性(pH=6.7-7.2),低氧逸度的特點,而成礦熱液流體中的硫主要以HS-、S2-等形式存在,所以熱液中沉淀形成的黃鐵礦與流體系統(tǒng)具有相似的 34S值。因此,Nano-SIMS測試技術(shù)得到的 34S值基本可以代表成礦流體中硫同位素的組成。

        由表1和圖1可以看出,凝灰?guī)r載金膠狀黃鐵礦的中心地帶的 34S值為5.98~8.66‰,平均值為7.33‰,邊緣位置(裂紋之外)的 34S值為5.23~7.81‰,平均值為6.12‰,表明膠狀黃鐵礦的中心位置和邊緣的硫都主要來自巖漿硫,可能也有部分海水硫的加入,顯示了泥堡金礦的成礦流體主要來自于巖漿活動產(chǎn)生的熱液硫體。為了研究泥堡金礦的成礦作用與區(qū)域巖漿活動關(guān)系,前人做了大量的工作,其主要集中在地球化學(xué)特征和流體包裹體,以及地質(zhì)年代學(xué)方面。礦床的微量元素和稀土元素測試結(jié)果表明,熱液作用是成礦過程中重要影響因素[9]。泥堡金礦凝灰?guī)r包裹體測試結(jié)果顯示,黃鐵礦中的硫與玄武巖中的硫可能都來自幔源[10]。本文研究表明,凝灰?guī)r膠狀黃鐵礦的硫主要來自巖漿硫,可能也有部分海水硫的加入,表明泥堡金礦床的成礦流體與巖漿活動有關(guān),區(qū)域的巖漿活動不僅提供了足夠的熱源,還帶來了豐富的成礦物質(zhì),為礦床的形成創(chuàng)造了有利的條件。

        表1 泥堡金礦黃鐵礦硫同位素分析結(jié)果

        圖1凝灰?guī)r膠狀黃鐵礦硫同位素分布

        四、結(jié)論

        (1)納米二次離子質(zhì)譜技術(shù)(NanoSIMS)因其空間高分辨率,準(zhǔn)確的分析精度等特點在地質(zhì)科學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛,尤其在同位素示蹤方面。

        (2)原位硫同位素分析表明:凝灰?guī)r載金膠狀黃鐵礦的中心地帶的 34S值為5.98~8.66‰,平均值為7.33‰,邊緣位置(裂紋之外)的 34S值為5.23~7.81‰,平均值為6.12‰,表明膠狀黃鐵礦的核部和邊緣的硫都主要來自巖漿硫,可能也有部分海水硫的加入,顯示了泥堡金礦的成礦流體有多種來源混合的特點。

        (3)泥堡金礦成礦流體主要來自于巖漿活動,區(qū)域的巖漿活動僅提供了足夠的熱源,還帶來了豐富的成礦物質(zhì),為礦床的形成創(chuàng)造了有利的條件。

        [1]劉東升.1994.中國卡林型(微細(xì)浸染型)金礦[M].南京:南京大學(xué)出版社.1-35.

        [2]Su W C,Zhang H T,Hu R Z,Ge X,Xia B,Chen Y Y,Zhu C.2012.M ineralogy and geochemistry of gold-bearing arsenian pyrite from the Shuiyindong Carlin-type gold deposit,Guizhou,China:implications for gold depositional processes[J].M ineralium Deposita,47:653-662.

        [3]張錦讓,侯林,鄒志超,朱斯豹,吳松洋.2016.泥堡金礦床載金含砷黃鐵礦的微量元素LA-ICP-MS原位測定及其對礦床成因的指示意義[J].巖石礦物學(xué)雜志,03:493-505.

        [4]陳有能,韓志華,王祁侖.2002.貴州普安縣泥堡金礦區(qū)某些礦床地質(zhì)特征及找礦方向探討 [J].貴州地質(zhì),19(1):10-19.

        [5]Zhang JC,Lin Y T,Yang W,Shen W J,Hao JL,Hu S,Cao M J.2014.Improved precision and spatial resolution of sulfur isotope analysis using Nano-SIMS[J].Journal of Analytical Atom ic Spectrometry,29(10):1934-1943

        [6]Chaussidon M,Lorand JP.1990.Sulphur isotope composition of orogenic spinel lherzolite massifs from Ariege(North-Eastern Pyrenees,F(xiàn)rance):An ion m icroprobe study[J].Geochim icaet Cosmochim ica Acta,54(10):2835-2846.

        [7]韓吟文,馬振東主編.2003.地球化學(xué)[M].第一版.北京:地質(zhì)出版社,1-370

        [8]尹觀,倪師軍.編著.2009.同位素地球化學(xué)[M].第一版.北京:地質(zhì)出版社,1-409

        [9]陳世委,孫軍,付斌,聶愛國.2013.黔西南泥堡金礦含礦巖系元素地球化學(xué)特征 [J].礦物巖石地球化學(xué)通報,05:591-598.

        [10]劉平,雷志遠(yuǎn),葉德書,李克慶,金華英,韋勝永,呂天權(quán).2006.貴州泥堡金礦地質(zhì)地球化學(xué)特征[J].沉積與特提斯地質(zhì),04:78-85.

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