研究亮点

翟德高:成矿热液体系锑同位素分馏机制【GCA,2021】
发布:科技处 2021-07-01 阅读:

人们对自然体系锑同位素组成方面的研究很少,而且对控制锑同位素分馏的关键因素尚不清楚。由于锑的质量数较大,且只有两个同位素(121Sb123Sb),因此它的同位素分馏较小。已有研究结果显示在绝大多数地质背景下,锑同位素的分馏约为千分之一。造成自然界锑同位素发生分馏的机制方面已有一些初步研究,如有的研究认为物理化学条件的变化,包括氧化还原过程可以造成其发生显著分馏,还有的研究提出矿物表面的吸附过程以及生物有机质参与过程也会造成锑同位素发生分馏。而已有的锑同位素研究大都关注环境和一些地质应用方面,而对富含锑的热液体系却鲜有研究报道。锑在自然界主要以辉锑矿(Sb2S3)的形式存在,这种矿物主要形成于不同类型的中低温热液矿床中。已有研究对辉锑矿锑同位素组成的报道不多,且对富含锑的成矿热液体系中锑同位素分馏的机制仍不清楚。

针对上述科学问题,来自中国地质大学(北京)地球科学与资源学院的翟德高教授、刘家军教授与科学研究院的刘盛遨教授及国内外合作者,选取全球最大的热液锑矿床锡矿山锑矿床为研究对象,进行了系统的野外地质调研、样品采集和高精度锑同位素研究,取得如下创新性认识:

1)锡矿山锑矿床辉锑矿矿石样品的39个高精度锑同位素分析结果显示,所有样品的δ123Sb值变化范围为-0.27+0.86,显示该热液体系的锑同位素分馏达1.13‰

2)研究提出流体中硫化物的沉淀是致热液体系中锑同位素发生分馏的关键机制,所获取矿石的锑同位素分馏可以很好地使用瑞利分馏模型来解释;

3)计算得到流体和辉锑矿之间分馏系数约为0.9994;进一步通过计算限定了热液的初始锑同位素组成(~0.45),表明成矿所需的金属来源于基底岩石;

4)系统的野外样品采集和锑同位素分析表明,距流体和金属来源越远的辉锑矿样品具更重的锑同位素组成,这表明运用锑同位素可以有效地指示热液流体运移的方向。

该项工作对成矿热液体系进行了较系统的锑同位素分馏机制方面的探索研究。研究认识对有效限定热液体系中流体运移方向、金属物质来源以及热液矿床成因等方面有重要参考,同时也对不同自然系统中锑同位素的理论研究和地质应用有一定的启发。

1 锡矿山矿脉和辉锑矿晶体不同部位的锑同位素组成

 

2 锡矿山矿床沿矿体走向系统采样及其锑同位素组成

3 瑞利分馏模型计算沉淀辉锑矿和初始热液的锑同位素组成

 

该成果得到国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目92062219)和国家重点研发计划项目(2018YFC0603901)的支持。翟德高教授为论文的第一和通讯作者,刘盛遨教授为共同通讯作者。

上述研究发表于地学领域国际知名期刊Geochimica et Cosmochimica Acta》:Zhai, D.*, Mathur, R., Liu, S.A.*, Liu, J., Godfrey, L., Wang, K., Xu, J., Vervoort, J., 2021. Antimony isotope fractionation in hydrothermal systems. Geochimica et Cosmochimica Acta, 306: 84-97 .

全文链接https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.05.031