Re-Os同位素体系在金属矿床中的应用综述

本文由张苏坤（中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）、郑有业（中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室；中国地质大学（武汉）资源学院）、孙祥与郭俊卫（同属中国地质大学（武汉）资源学院）合作完成，发表于2012年12月的《地质找矿论丛》（Contributions to Geology and Mineral Resources Research）第27卷第4期。文章系统综述了Re-Os同位素体系在金属矿床定年与成矿物质来源示踪中的应用进展，并探讨了其未来发展方向。

学术背景与研究意义

Re-Os同位素体系因其独特的化学性质（Re为中等不相容元素，Os为相容元素）成为金属矿床研究的有效工具。地壳与地幔的Re/Os比值差异显著（地幔<0.13，地壳>1），使得该体系能灵敏反映成矿过程中壳幔物质的混合比例。随着负离子-表面热电离质谱（N-TIMS）和Carius管熔样法等技术的进步，Re-Os的应用范围从辉钼矿、铜镍硫化物扩展到黄铁矿、毒砂等贫Re硫化物，为金矿、铅锌矿等矿床的定年与示踪提供了新方法。

主要观点与论据

1. Re-Os同位素在金属矿床定年中的应用

传统定年方法（如Rb-Sr、Ar-Ar）受蚀变矿物或流体包裹体干扰，而Re-Os可直接测定硫化物年龄，精度高且适用范围广。
- 辉钼矿与铜镍硫化物：早期研究集中于高Re矿物（如辉钼矿），如杜安道等（1994）对东秦岭钼矿的定年。
- 贫Re硫化物：技术进步使得黄铁矿（如芬兰Kuittila金矿，年龄2.77±0.12 Ga）、毒砂（辽东猫岭金矿，年龄2.32±0.14 Ga）等低Re矿物也能获得可靠年龄数据。
- 多类型矿床：铅锌矿（如Red Dog矿床黄铁矿年龄338.3±5.8 Ma）、喷流沉积型钴矿等均通过Re-Os定年厘清了成矿时代。

支持证据：文中列举了全球多个矿床的Re-Os年龄数据，并与传统方法（如石英Ar-Ar年龄）对比，验证其一致性（如金顶铅锌矿黄铁矿Re-Os年龄72±4.4 Ma与石英Ar-Ar年龄吻合）。

2. Re-Os同位素示踪成矿物质来源

通过初始¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os比值、γOs值及Re/Os图解可区分壳幔来源：
- 初始比值与γOs：地幔¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os为0.12~0.13，地壳平均值3.63。例如，新疆黄山东铜镍矿γOs=99，指示地壳混染；罗马尼亚Bolcana斑岩铜矿初始值0~0.37，接近地幔来源。
- Re/Os图解：通过对比典型地幔/地壳端元（图1），广西铜坑锡矿初始值0.56±0.12，显示壳幔混合来源。
- 辉钼矿Re含量：与幔源相关的辉钼矿Re含量高（n×100×10⁻⁶），壳源则低（n×10⁻⁶），如西藏冈底斯斑岩铜矿带辉钼矿Re含量达382~2,231×10⁻⁶，可能反映深部地幔贡献。

理论支持：文中引用Walker等（1989）和Lambert等（1999）的幔源Os同位素组成理论，结合实例数据（如新疆喀拉通克γOs=183）论证混染程度。

3. 技术局限与未来方向

• Os-Os法潜力：无需稀释剂即可获得¹⁸⁶Os/¹⁸⁸Os双年龄，但因放射性防护问题应用较少。
  
• 多同位素联用：如¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr图解（台湾金瓜石矿床）可量化壳幔流体混合比例，显示Os比Sr更易富集于岩浆流体。
  

论文价值与亮点

1. 系统性综述：首次全面整合Re-Os在各类金属矿床中的应用案例，涵盖辉钼矿、硫化物及贫Re矿物。
   
2. 方法创新：提出Os-Os法与多同位素联用策略，为复杂成矿系统提供新思路。
   
3. 实证丰富：引用国内外30余项研究数据，包括中国典型矿床（如驱龙斑岩铜矿、烂泥沟卡林型金矿）和全球对比案例（如Voisey’s Bay铜镍矿）。
   

总结

本文不仅总结了Re-Os同位素体系的原理与应用成果，还指出技术瓶颈与发展方向，为矿床学研究者提供了方法学参考和理论框架。其核心价值在于推动金属矿床成矿时代与物质来源研究从定性走向定量，并为深部找矿预测提供同位素地球化学依据。