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岩浆-热液系统中锡石氧同位素的微区分析、分馏因子及应用

期刊:mineralium depositaDOI:10.1007/s00126-021-01068-x

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告:

作者及研究机构

该研究由Yang Li、Sheng He、Rong-Qing Zhang、Xian-Wu Bi、Lian-Jun Feng、Guo-Qiang Tang、Wen-Zhong Wang、Fang Huang和Xian-Hua Li共同完成。研究发表在《Mineralium Deposita》期刊上,于2021年7月3日接受发表。

学术背景

该研究的主要科学领域是岩浆-热液系统中锡石(cassiterite)的氧同位素分析。锡和钨是工业化社会的重要金属,理解其成矿流体的起源和演化对于支撑成矿模型至关重要。传统方法主要通过矿石和脉石矿物的批量分析或较少见的脉石矿物的原位分析来获取同位素信息,但这些方法要么存在继承的复杂性和不确定性,要么是间接的约束。因此,直接通过原位技术从矿石矿物(如锡石)中获取同位素信息是必要的。然而,这一直受到分析和应用方面的挑战。本研究首次展示了在锡石离子探针氧同位素分析中缺乏晶体取向效应,并开发了新的基质匹配参考材料Yongde-CST,使得锡石的原位氧同位素分析成为可能。

研究流程

研究流程包括以下几个步骤:

  1. 晶体取向效应评估:首先,研究团队通过电子背散射衍射(EBSD)技术评估了锡石晶体取向对氧同位素分析的影响。结果表明,晶体取向效应在当前的离子探针分析精度下可以忽略。

  2. 参考材料开发:研究团队开发了新的基质匹配参考材料Yongde-CST,并通过气体源同位素比值质谱(GS-IRMS)确定了其推荐的δ18O值为1.36±0.16‰(VSMOW)。

  3. 氧同位素分馏因子计算:通过第一性原理计算,研究团队精炼了石英-锡石的氧同位素分馏因子(1000 ln α),并推导出了相应的温度方程。

  4. 锡石样品分析:研究团队应用原位氧同位素分析技术对来自中国六个锡(-钨)矿床的锡石样品进行了分析,结果显示这些矿床的δ18O值在单个矿床内部和不同矿床之间存在显著差异。

  5. 流体来源评估:结合锡石样品的δ18O值和平衡氧同位素分馏,研究团队发现成矿流体的δ18O值显示出强烈的岩浆亲和性,且大部分没有或仅有低程度的(~0-10%)大气水参与。

主要结果

  1. 晶体取向效应评估:研究结果表明,锡石的晶体取向效应对离子探针氧同位素分析的影响可以忽略,这为锡石的原位氧同位素分析提供了可靠的基础。

  2. 参考材料开发:Yongde-CST参考材料的开发为锡石氧同位素分析提供了标准,其δ18O值为1.36±0.16‰(VSMOW)。

  3. 氧同位素分馏因子计算:研究团队通过第一性原理计算推导出了石英-锡石的氧同位素分馏因子方程,并进一步推导出了锡石-水的氧同位素分馏因子方程。

  4. 锡石样品分析:对六个中国锡(-钨)矿床的锡石样品进行分析,结果显示这些矿床的δ18O值在单个矿床内部和不同矿床之间存在显著差异,表明成矿流体的来源和演化过程存在多样性。

  5. 流体来源评估:结合锡石样品的δ18O值和平衡氧同位素分馏,研究团队发现成矿流体的δ18O值显示出强烈的岩浆亲和性,且大部分没有或仅有低程度的(~0-10%)大气水参与。

结论

该研究表明,锡石的原位氧同位素分析是一种有前途的工具,可以精炼成矿流体的来源,并解码控制锡和钨矿化的热液动力学。研究结果对理解锡和钨矿床的成因具有重要意义,并为未来的矿床勘探和开发提供了新的视角。

研究亮点

  1. 晶体取向效应评估:首次展示了在锡石离子探针氧同位素分析中缺乏晶体取向效应,为锡石的原位氧同位素分析提供了可靠的基础。

  2. 参考材料开发:开发了新的基质匹配参考材料Yongde-CST,为锡石氧同位素分析提供了标准。

  3. 氧同位素分馏因子计算:通过第一性原理计算推导出了石英-锡石的氧同位素分馏因子方程,并进一步推导出了锡石-水的氧同位素分馏因子方程。

  4. 锡石样品分析:对六个中国锡(-钨)矿床的锡石样品进行了原位氧同位素分析,揭示了成矿流体的来源和演化过程的多样性。

  5. 流体来源评估:发现成矿流体的δ18O值显示出强烈的岩浆亲和性,且大部分没有或仅有低程度的(~0-10%)大气水参与,为理解锡和钨矿床的成因提供了新的视角。

其他有价值的内容

该研究还展示了锡石的原位氧同位素分析在揭示流体动力学方面的潜力,特别是在大颗粒锡石中的应用。通过详细的岩石学研究,可以将矿物颗粒中的纹理控制信息转化为时间演化模式,揭示晶体生长历史,并重建矿物沉淀期间的岩浆-热液过程。这种方法对于揭示流体动力学具有前所未有的细节,并有望在未来的矿床研究中发挥重要作用。

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