铜同位素在矿床学中的应用：认识与进展.doc

铜同位素在矿床学中的应用：认识与进展第4O卷第4期2O10年7月吉林大学(地球科学版)JournalofJilinUniversity(EarthScienceEdition)Vo1.40NO.4July2010铜同位素在矿床学中的应用:认识与进展王跃,朱祥坤中国地质科学院地质研究所/国土资源部同位素地质重点实验室,北京100037摘要:在甘肃西峰剖面黄土样品的铜同位素组成测定基础上,讨论了地壳的平均铜同位素组成.根据铜同位素在不同储库,不同类型矿床和不同矿物中的分布特征,认为铜同位素可以用来指示成矿温度,源区变化,流体出溶过程,矿化过程和次生富集过程等与成矿作用相关的信息.具体表现在:低温环境下形成的矿物比高温环境下形成的矿物具有更大的铜同位素组成变化范围;流体出溶过程中,铜同位素会发生分馏,早期出溶的流体富集铜的轻同位素,晚期出溶的流体富集铜的重同位素;同一矿化集中区内,根据同类型矿床间的铜同位素分布特征可以判别出其是否为同一矿化事件的产物;热液萃取源区铜的过程中,铜的重同位素优先从源区中淋滤出来.此外,在成矿体系q-,淋滤帽富集轻同位素的特征可能暗示其下部存在铜矿化富集带.关键词:西峰黄土;铜同位素;成矿温度;流体出溶;源区变化中图分类号:P6文献标识码:A文章编号:16715888(2010)04073913ApplicationsofCuIsotopesonStudiesofMineralDeposits:AStatusReportWANGYue.ZHUXiangkunInstituteofGeologyLaboratoryofIsotopeGeology,MLR,CAGS,Beijing100037Abstract:BasedonCuisotopecompositionsofloessfromXifengloesssection,GansuProvince,averagevalueofCuincrustisdetermined.AccordingtodistributionofCuisotopeinvarioussources,typesoforedepositaswellascopperbearingminerals,authorssuggestthecompositionCuisotopebeusedtotraceoreformingtemperature,fluidexsolution,mineralizationprocessanddeepmineralization.ValuesofCuinlowtemperaturedepositsvarymorelargelythanthoseinhightemperaturedeposits.CuisotopesfractionatedduringthefluidexsolutionandthelightCuisotopeispreferentiallyenrichedintheear1vexsolutedfluidwhileheavyCuisotopeenrichedinlaterexsolutedfluid.Inametallogenicprovince,differentdepositswiththesamegenesishavethesimilarcompositionofCuisotope,whichcanbeusedtodistinguishwhethertheyareproductofasamemineralizationevent.WhenoreformingmaterialsincludingCuleachedfromtheregion,theheavyCuisotopesarepreferentiallyleachedthanthelightCuisotope.Inaddition,inanoreformingsystem,lightCuisotopeenrichmentofleachingcapmayreflectstronglcachingoccurred.andthenindicatestheCumineralizedenrichmentzoneoccurindeep.Keywords:Xifengloess;Cuisotopes;temperatureofmetallogenesis;fluidexsolution;sourcevarjations收稿日期:20100530基金项目:国家自然科学基金项目(40973037,40921001);国家重点基础研究发展规划项目(2007CB411408)作者简介:王跃(1984一),女,吉林珲春人,博士研究生,主要从事同位素地球化学研究,Email:通讯联系人:朱祥坤(1961-),男,山东沂水人,研究员,博士生导师,主要从事同位素地球化学研究,E-mail:.740吉林大学(地球科学版)第4O卷0引言铜是自然界中的主要过渡金属元素之一,以不同的价态(0,+1,+2)赋存于各类岩石,矿物,流体和生物体中,并广泛参与多种地球化学和生物化学过程.因此,铜不仅是矿床学研究中重点关注的元素,也是生命活动必不可少的元素之一.对铜同位素组成的研究有望为揭示地质与成矿过程和生物作用过程提供新的线索和证据.铜在自然界有Cu(30.826)和.Cu(69.I749/6)2个同位素口.2O世纪中叶,Walker等_2和Shields等_】在利用热离子质谱(TIMS)对自然样品中的铜同位素组成进行调查时,限于当时的分析精度(误差11.5),并未发现地球样品的铜同位素组成存在变化.随着多接收器电感耦合等离子体质谱(MCICPMS)的诞生和发展,同位素测试精度有了大幅提高,对铜同位素组成的高精度测试成为可能.Mar6chal等口和Zhu等4率先利用等离子体质谱技术进行了地质和生物样品铜同位素组成的高精度测定,结果表明自然样品中铜同位素组成的变化广泛存在.近年来,铜同位素广泛地被应用于宇宙科学引,地质引,环境14-17和生物l3等研究领域.同位素示踪技术在成矿作用研究中具有重要意义.从成矿学角度讲,传统的H,C,O,S等稳定同位素对成矿物质来源与集聚过程的研究是间接的,而非直接成矿元素,因此研究仍带有一定的推断性和不确定性.近年来同位素测试技术的发展为运用铜同位素直接示踪铜的成矿作用提供了可能性.目前,国际上部分学者对铜同位素在矿床学领域的应用进行了开拓性的研究.这些研究既指示了铜同位素在示踪矿床形成机理等方面的潜力,又为今后的研究提供了必要的数据积累.本文根据甘肃西峰黄土剖面的铜同位素研究的初步结果,并结合已发表的资料,对铜同位素体系及其在矿床学领域的应用进行基本总结,以期推动国内该研究领域的发展.1各种储库中的铜同位素本文采用的同位素组成以千分偏差表示:Cu(g0)一(Cu/Cu)样/(Cu/Cu)标样一11000,CuAB一CuA一CuB.文中所引用的数据均已统一为国际标准NIST976.铜广泛分布于地壳,大气和生物物质中,Cu的总体分布范围为一16.49%o9.98%o,平均值为0.17%.(一1091).其中,Cu的最大值和最小值均出现在表生矿物中,分别出现在绿松石,辉铜矿和氧化物样品中.相对玄武岩和黄土样品,海水样品富集铜的重同位素.矿床样品的Cu变化范围最大(图1).为了约束整体硅酸盐地球的平均铜同位素组成,为地球物质的铜同位素组成提供一个参考基点,下面将重点讨论陨石,地幔和地壳的铜同位素组成特征.6CuN/%o图1陆源物质和海洋储体中的铜同位素组成特征Fig.1Cuisotopecompositionsofterrestrialandoceanicmaterials数据来源:河水据文献173;海水据文献17;海洋沉积物据文献3,14,17;矿床据文献34,913,1930;玄武岩据文献3,89,3132;花岗岩据文献33;黄土据文献331.1陨石Luck等和Moynier等先后对铁质陨石,碳质球粒陨石和普通球粒陨石进行了铜同位素分析(表1).现有的数据表明,普通球粒陨石的.Cu变化范围为一0.510.10%o,平均值为(一0.130.38),碳质球粒陨石的.Cu变化范围为一1.46%0一0.09%0,平均值为(一0.670.95)0,铁陨石的Cu变化范围为一0.34%00.49%o,平均值为(O.050.60)o(表1).第4期王跃,朱祥坤:铜同位素在矿床学中的应用:认识与进展表1陨石中的铜同位素组成特征Table1Coisotopecompositionsofmeteorites1.2地幔物质Mar6chal3研究了印度洋PitondelaFournaise活火山玄武岩的铜同位素组成,Cu为一0.03%o.BenOthman等对冰岛的玄武岩进行了铜同位素组成的测定,Cu为一0.1O%o.Archer和Vance_3对玄武岩标准物质BCR一1进行了锌同位素组成的测定,Cu为0.o7%o.Rouxel等_9对LavaLake2个玄武岩样品进行了铜同位素测试,Cu分别为一0.16%o和一0.20,对超镁铁质橄榄岩测定的Cu为0.14%o.BenOthman等口对MORBs和地幔橄榄岩等进行了高精度的铜同位素分析.结果表明,3个大洋的MORB样品365Cu为常量(O),地幔橄榄岩的铜同位素变化范围为0.00.18.唐索寒等对玄武岩标准物质CAGSR一1进行了铜同位素组成的测定,Cu=:=0.10%o.Li等.对玄武岩标准物质BIR进行了铜同位素组成的测定,Cu一一0.02%0.Herzog等对PitondesNeiges的洋岛玄武岩进行了铜同位素分析,Cu=一0.05%.如果地幔部分熔融过程中发生的铜同位素分馏不明显,那么地幔的铜同位素组成应与玄武岩和地幔橄榄岩的平均值相近,即Cu一(一0.020.20)(表2).1.3地壳物质上地壳部分的铜同位素组成可以通过页岩和黄土的平均铜同位素组成进行很好的约束.但是目前这方面的数据还很有限,仅Li等3.报道了中国黄土高原2个黄土样品的铜同位素组成,Cu分别为0.03%0和一0.020.为了更好地确定地壳的铜同位素组成,选取甘肃西峰剖面的4件样品进行重点研究.其中,S1和L1分别为取自剖面第一层的古土壤和黄土样品,S3和L3分别为取自剖面第三层的古土壤和黄土样品.完全溶解后的样品采用Mar6chal等的分离方法实现铜与其它元素的分离.铜同位素的测定在英国剑桥大学同位素实验室的NuPlasmaHR型多接受电感耦合等离子体质谱仪(MCICPMS)上进行,测试在低分辨模式下运行,采用标准一样品交叉法对仪器的质量分馏进行校正_4.化学分离后的样品溶人0.1molHC1介质中,通过自动进样器和膜去溶DSN一100进入等离子体火炬离子化,进样浓度为20010_.,样品和标准样品之间分别用1O和1的HC1清洗各5min.数据采用牛津大学Belshaw博士提供的基于Unix操作系统的控制软件进行自动采集,每组数据采集之前进行20S的背景测定.实验所用的Ho经Millipore系统纯化,电阻为18.2MQ,HCI和HNO.为优级纯试剂在超净室经二次亚沸蒸馏纯化得到.铜同位素的测定结果以样品相对于标准物质(NBS976)的千分偏差表示.结果表明,西峰剖面4件样品的Cu分别为0.11,0.17,一0.13和0.16(表3).结合Li等l_3所报道的数据,上地壳的平均铜同位素组成为(O.050.23),接近零值.742吉林大学(地球科学版)第4O卷表2玄武岩和地幔橄榄岩中的铜同位素组成Table2Cuisotopecompositionsofbasaltsandperidotite注:数据引自会议摘要,3个样品分别为来自三大洋的洋中脊玄武岩;为USGS标准物质BIR,BCR一1;样品为来自国家质量监督检验检疫总局的玄武岩标准物质GBW07105,命名为CAGSR一1.一一代表原文中样品号或采样位置不明.表3黄土的铜同位素组成Table3Cuisotopecompositionsofloess另外,Ii等l_3对澳大利亚不同类型的花岗岩进行了研究.结果显示,扣除2个受热事件影响而偏离较大的值,Cu变化范围为一0.46%.0.21,大多数位于零值附近,I型和S型花岗岩的平均值分别为(0.O30.15)和(一0.030.42).所测定的花岗岩分布很广且具有很宽泛的物质组成和不同的物质来源,因此数据可以代表上地壳结晶部分的铜同位素组成.虽然这些地质储体中的铜同位素组成的数据很有限,仍处于积累阶段,但这些储体的平均铜同位素组成共同说明,整体硅酸盐地球的平均铜同位素组成可能与铜同位素标准物质NBS976相似,地幔,地壳之间没有发生明显的铜同位素分馏.2铜同位素在矿床中的分布特征2.1不同含铜矿物的铜同位素组成特征前人的研究表明,含铜矿物Cu的总体变化范围为一3.03%o7.32%.,平均值为(0.132.27).不同含铜矿物的铜同位素组成存在很大差别(图2).2.1.1铜同位素在共生硫化物间的分布对铜同位素在共生矿物问分配规律的研究,不仅是同位素分馏理论体系构筑不可或缺的组成部分,同时,对这一问题的正确认识将为铜同位素体系在成岩成矿研究中的应用奠定必要的理论基础.Iarson等船,Graham等和Maher和第4期王跃,朱祥坤:铜同位素在矿床学中的应用:认识与进展743铜矿+铜的硅酸盐矿物自然铜辉铜矿-I-方铁黄铜矿+铜蓝十砷铜矿一黝铜矿叶一孔雀石蓝铜矿氯铜矿4.02.002.06Cu/%o图2不同含铜矿物中的铜同位素组成Fig.2CuisotopecompositionsofdifferentCu-bearingminerals数据引自文献E34,913,1930,38Larson2对矽卡岩型矿床和斑岩型矿床的研究结果,指示了黄铜矿和斑铜矿间存在铜同位素分馏.Larson等对秘鲁Tintaya,LasBambas和美国BeaverHarrison及Michigan等矿区的6个共生硫化物矿物对进行了铜同位素的研究.结果表明:黄铜矿的Cu的变化范围为一0.711.39%o,平均为0.34%o;共生的斑铜矿Cu的变化范围为一1.07%01.O0,平均为一0.02%.除LasBambas的1个样品外,黄铜矿与对应的斑铜矿的ACu黄一斑为0.36%00.46%o.Graham等对Grasberg矿床中共生的黄铜矿和斑铜矿进行了铜同位素组成的研究.结果显示:黄铜矿Cu的变化范围为0.02%o0.77%0,平均为0.22%o;共生的斑铜矿Cu变化范围为一0.27%o一0.03%o,平均为一0.16%o.Maher和Larson对秘鲁Tintaya矿区,美国Superior矿床,Troy矿床,BeaverHarrison矿床和SparLake等矿床中15个共生硫化物矿物对进行了铜同位素组成的研究.结果表明:黄铜矿Cu的变化范围为一0.03%01.38%0,平均为0.55;共生的斑铜矿.Cu的变化范围为一0.40%01.00%0,平均为0.29%0.除Tintaya矿床和Troy矿床的3个样品,黄铜矿与对应的斑铜矿的ACu黄一斑为0.20%00.40%0,平均值为(0.380.04).这些结果均指示,铜同位素在不同硫化物间存在质量分馏,相对于斑铜矿,黄铜矿富集铜的重同位素(图3).0O.5图3黄铜矿一斑铜矿矿物对中的铜同位素组成Fig.3Cuisotopecompositionsinchalcopyritebornitemineralpairs数据引自文献11,22,272.1.2铜同位素在不同价态矿物问的分布Cu(O),Cu(I)和Cu(II)矿物在自然界中广泛分布.Zhu等l_39进行了室温下将Cu(II)还原为Cu(I)生成沉淀的分馏实验.结果表明:Cu(II)和Cu(I)之间存在铜同位素分馏,.Cu(Cu(II)一Cu(I)一4.03%0;Cu(II)富集铜的重同位素,Cu(I)富集铜的轻同位素.Ehrlich等4所进行的还原实验进一步验证了这一实验结果,即Cu(II)中富集重同位素,Cu(I)中富集轻同位素.上述实验研究表明,氧化还原过程是导致不同价态含铜矿物问铜同位素分馏的重要过程.Larson等对自然铜一赤铜矿矿物对进行了铜同位素分析,样品分别取自美国Arizona的Ray和CcatunPucara矿床.Ray矿床中,Ray一1为纯自然铜样品,其Cu为一0.04%.Ray一2样品为赤铜矿作为外壳包裹自然铜的样品,未去掉赤铜矿外壳时,测试出的Cu为1.26%o;而去掉赤铜矿外壳后,自然铜的Cu为0.72%o.结合Ray一1的Cu(一0.04%.)值,不难发现,赤铜矿相对自然铜富集铜的重同位素.CcatunPucara矿床中,分别选取纯赤铜矿样品(CCP一1)和纯自然铜样品(CCP一2)进行了铜同位素分析,Cu分别为一0.54%o和一0.83%0(图4a).尽管只分析了2对样品,但这些数据仍然表明,赤铜矿相对自然铜富集铜的重同位素.在自然铜向赤铜矿氧化的过程中,Cu(I)矿物744吉林大学(地球科学版)第4O卷(赤铜矿,Cu.O)和Cu(0)矿物(自然铜,Cu)之问会发生分馏,导致Cu(I)矿物中富集重同位素.Markl等23对来自德国南部Sehwarzwald矿区原生的黄铜矿,黝铜矿,硫铜铋矿和表生的孔雀石,蓝铜矿,赤铜矿,黑铜矿,橄榄铜矿和硅孔雀石的铜同位素组成进行了测定.来自不同矿区,不同矿化事件的Cu(I)矿物样品中,Cu主要集中分布在(0.O00.5O);而Cu(II)矿物,例如孔雀石的Cu变化范围为一1.55%o2.41%o,Cu值多高于0.50o,高于Cu(I)矿物(图4b).Asael等对TimnaValley的层状矿化中共生的Cu(I)矿物和Cu(II)矿物进行了铜同位素的对比分析.以辉铜矿为主的Cu(I)矿物Cu变化范围为一3.44%o一1.63%0,平均为一2.38%0;与其伴生的Cu(II)矿物Cu变化范围为一0.770.45%.,平均为0.07%0.以铜蓝为主的Cu(I)矿物Cu变化范围为一3.18%o一1.24o,平均为一2.08%o;与其伴生的Cu(II)矿物的Cu变化范围为一1.23%00.24%o,平均为一0.24%o.他们选取了3个样品从核部Cu(I)矿物到边部的Cu(II)矿物进行了铜同位素分析,结果表明:核部Cu(I)矿物0CMDO/S-15I!厶CMD0/S一16oCMD0/S17一1,一2氧:物硫化物边部硫化物核部边B的Cu分别为一1.94%0,一2.31%.,一2.24%0,与之对应的边部Cu(II)矿物的Cu分别为一0.96,一0.19,一0.09(图4c).Cu(Cu(II)-Cu(I)分别为0.98%o,l_21和2.15%o.Haest等叩对Dikulushi矿床中的Cu(I)矿物和Cu(II)矿物进行了铜同位素组成的研究,结果表明:黄铜矿和辉铜矿的Cu变化范围为一2.30%oO.00%o,与之对应的硅孔雀石,孑L雀石和蓝铜矿的Cu变化范围为1.40%02.7Oo(图4d).Cu(Cu(II)一Cu(I)为2.70%o3.50o.综上所述,无论是实验研究还是对地质样品的实测研究,均说明不同价态的含铜矿物问存在铜同位素分馏,高价态的化合物富集重同位素,低价态的化合物富集轻同位素,导致这种铜同位素分馏的主要原因是氧化还原过程.2.2不同类型矿床中黄铜矿的铜同位素组成黄铜矿是最主要的含铜矿物,前人对岩浆矿床,矽卡岩型矿床,斑岩型矿床,热液脉型矿床,VMS矿床,现代大洋底热液体系和沉积矿床中的黄铜矿开展了大量的铜同位素组成调查(表4).氧化的cu(I1)矿物一一一一I一I一4321012346Cum/硅孔雀石橄榄铜矿蓝铜矿孔雀石黑铜矿自然铜赤铜矿辉铜睁,硫铜铋矿黝铜矿黄铜矿b图4不同价态矿物间的铜同位素分布Fig.4Cuisotopecompositionsofmineralsindifferentvalenceconditionsa.自然铜一赤铜矿矿物对中的铜同位素组成;b.Schwarzwald矿区含铜矿物的铜同位素组成Timan组白云岩中3个样品的铜同位素分带现象;d.Dikulushi矿床不同矿物的铜同位素组成特征盖第4期王跃,朱祥坤:铜同位素在矿床学中的应用:认识与进展745表4不同类型矿床中黄铜矿的铜同位素组成Table4Cuisotopecompositionsofchalcopyritesindifferentore-typedeposits注:一代表原文中采样位置,变化范围或平均值不明确.这些研究表明,不同类型矿床中铜同位素组成存在较大差别(图5).总体来讲,内生矿床中,岩浆矿床铜同位素组成变化范围较小,集中分布在零值附近,平均值与玄武岩和整体地球平均值接近;相对高温岩浆矿床来说,矽卡岩,斑岩,热液脉型矿床的铜同位素组成变化范围较大;低温热液脉型矿床和沉积矿床中的黄铜矿较为富集铜的轻同位素.3铜同位素在矿床学领域的应用成矿温度,成矿物质来源和成矿作用过程是矿床学研究的重点.前人的实验和实测研究均表明,铜同位素在指示成矿温度,流体出溶过程,源区变化和矿化过程方面具有可能性.本文对前人的这些工作进行了高度的总结和归纳,得出铜同位素在示踪这些方面的一些规律.3.1铜同位素组成与源区变化Zhu等对东太平洋洋隆(EPR),太平洋Galapagos裂谷和大西洋洋中脊的BrokenSpur热液场中黄铜矿的铜同位素研究结果显示,相对于活动的高温热液烟囱来说(Cu为0.31%.l_17%o),不活跃的古老烟囱中黄铜矿具有更低的Cu值(Cu为一0.48%o一o.19),并且Cu746吉林大学(地球科学版)第4O卷41_+-岩浆矿床23块状硫化物矿床矽卡岩型矿床热液脉型矿床6十一沉积矿床一4.O一2.O02.04.05Cu/图5各种类型矿床中黄铜矿的铜同位素组成特征Fig.5Cuisotopecompositionsofchalcopyritesindifferenttypesofdeposit数据引自文献E34,913,1930,381值变化范围更小.例如:Galapagos裂谷86.w不活动烟囱的年龄为9ka的样品具有较小的Cu变化范围(0.44%.一0.B4%.),平均值为一0.35;而EPR13.N不活动烟囱的年龄为20ka的样品Cu为一0.19%o和一0.48,EPR13.N活动烟囱的样品具有较高的Cu值(Cu为0.49).Rouxel等lg对大西洋洋中脊的LuckyStrike,Rainbow和Logatchev热液场中的黄铜矿同位素组成进行了测定.研究结果支持Zhu等所观测到的铜同位素组成变化规律.其中:活跃的热液烟囱的.Cu分布范围为一0.29%03.14%0,平均值为0.96%oo;不活跃的古老烟囱的.Cu分布范围为一0.980.14,平均值为一0.35%o.这些研究共同表明,洋底黑烟囱硫化物中,即使在同一热液场内,相对于不活跃的古老烟囱,活跃的烟囱具有更大的Cu变化范围和更高的Cu平均值.Zhu等4对洋底黑烟囱硫化物中的铜同位素研究同时表明,来自同一活动烟囱的样品,Cu值随着样品在烟囱中的位置不同而发生变化,烟囱底部的Cu值高于烟囱顶部的Cu.例如,BrokenSpur,MAR29.N烟囱底部的Cu为0.65%.和1.05%o,而烟囱口顶部的样品,艿Cu为0.36%o;即早期阶段形成的含铜矿物具有较高的.Cu值,而晚期阶段形成的含铜矿物具有较低的Cu值.对上述铜同位素组成变化规律的一个可能解释是,形成黑烟囱的流体的铜同位素组成随时问发生规律性变化.相对于早期流体,晚期流体富集铜的轻同位素.晚期富集轻同位素的流体对早期形成的富集重同位素的硫化物进行了铜同位素组成上的再造和均一化,使得其整体变化范围变小,并导致硫化物的Cu值降低,因此导致不活跃烟囱相对于活动烟囱具有更小的铜同位素组成变化范围和更低的Cu值.Mathur等,Fernandez等和Kimbll等对黄铜矿和富黄铜矿的硫化物矿石进行的淋滤实验证实了这种假设.实验结果表明:淋滤出的溶液相对于原岩来说富集重同位素;被淋滤的黄铜矿和硫化物岩石富集轻同位素(娟Zn溶液一矿物可达2);在淋滤过程的早期阶段,流体最为富集重同位素(图6)图6淋滤实验中的铜同位素分馏Fig.6CuisotopeseparationfactorsforCuisotopicfractionationinleachedexperiment在热液对源区物质进行淋滤萃取铜的过程中,热液流体的铜同位素组成将随时间变化;铜的重同位素会优先从源区中淋滤出来,而晚期淋滤出的流体则相对富集轻同位素,从而形成同一烟囱不同部位的铜同位素空问分布特征.正在活动中的烟囱,因为热液淋滤自重同位素富集的源区,因此相对于不活跃的烟囱,其硫化物更富集重同位素.按此规律,当活动烟囱停止活动后,其硫化物的整体Cu值会降低.3.2流体出溶过程中的铜同位素分馏含矿流体从岩浆出溶的过程中是否发生铜同位素分馏,是利用铜同位素体系示踪成矿物质来源和矿化作用过程的关键所在.李振清等9l对西藏驱龙斑岩铜矿从早(A脉)第4期王跃,朱祥坤:铜同位素在矿床学中的应用:认识与进展747到晚(D脉)的3期热液脉以及早期钾硅酸盐化蚀变同期样品中的黄铜矿进行了铜同位素组成的研究.结果表明:不同期次热液的铜同位素组成具有明显的分馏(图7),早期相对富集铜的轻同位素,晚期富集铜的重同位素.对这一现象最为可能的解释是,流体出溶的过程中,铜的轻同位素优先进入流体,导致残余岩浆逐渐富集铜的重同位素,进而导致出溶流体的铜同位素组成随时间发生变化,早期出溶的流体更为富集铜的轻同位素,而晚期出溶的流体相图7西藏驱龙斑岩铜矿不同期次黄铜矿中的铜同位素组成Fig.7VarietyinCuisotoperatioofchalcopyritefromvariousstagesinQulongdepositregion对富集重同位素,形成图7中铜同位素组成的时间分带现象.导致流体出溶过程中铜同位素发生分馏的机制尚需进一步研究.前人研究认为,在无机的质量分馏过程中,重同位素优先进入矿物晶格和结合键比较强的配位口,因此,在岩浆热液演化的过程中,铜的轻同位素可能优先进入气相.西藏驱龙矿床的流体包裹体研究表明,从岩浆中出溶的流体以富气相的流体为主l2.因此,铜同位素优先进入气相是流体出溶过程中铜同位素发生分馏的一个最为可能的解释.现有的研究表明:流体出溶的过程中,铜同位素会发生分馏,早期出溶的流体富集铜的轻同位素,晚期出溶的流体富集铜的重同位素.这一认识的重要意义在于,流体出溶过程中铜的地球化学行为可以用来示踪铜在岩浆体系和热液体系之间的分配和运移.3.3铜同位素组成与成矿温度Zhu等_4对岩浆矿床中的黄铜矿和洋底黑烟囱硫化物中的黄铜矿进行了铜同位素分析.研究结果显示:洋底黑烟囱硫化物中的黄铜矿铜同位素组成变化范围较大,为一0.48%o1.15%o;即便是在同一矿床,这种铜同位素组成的变化也很大.而世界范围内,岩浆矿床中的黄铜矿铜同位素组成变化范围较小(一0.62%.0.40%o).Larson等_2对岩浆矿床和热液矿床中的黄铜矿进行了铜同位素分析.研究结果显示:岩浆矿床中黄铜矿的铜同位素组成变化范围较小,为一0.250.16;相对于岩浆矿床,热液矿床中黄铜矿样品的铜同位素组成变化范围较大.上述研究结果表明,世界范围内的高温岩浆矿床中黄铜矿的铜同位素组成都很一致,变化范围很小,接近整体地球的平均值.相对于高温岩浆矿床的铜同位素组成在全世界范围内具有较小的变化范围来说,低温热液矿床即使在同一矿床的同种矿物中,铜同位素组成的变化范围都很大.因此,利用含铜矿物的铜同位素组成变化范围可以对成矿温度进行指示,低温环境下形成的矿物比高温环境下形成的矿物具有更大的铜同位素组成变化范围.3.4铜同位素组成与矿化过程一直以来,关于IrianJaya中南部的GIC杂岩体的矽卡岩矿体的矿化作用存在很大争议,主要存在2种观点:一种观点认为GIC的3个侵人体(Dalum,Grasberg和Kali)的就位过程中各自矿化;另外一种观点认为矿化作为一个整体发生在所有侵入活动结束之后.Graham等1对GIC内3个侵入体和其周围矽卡岩中的黄铜矿进行了铜同位素研究.研究发现,除个别样品外,矽卡岩矿体中的黄铜矿与GIC杂岩体中黄铜矿的铜同位素组成分布范围基本一致,说明了矽卡岩矿体与岩体之间的成因关系.另外,3个侵入体中黄铜矿的铜同位素组成呈现出2个明显的特征:(1)每个侵入体中黄铜矿的铜同位素组成都具双峰式的特点.各侵人体之间,Cu有部分的重叠.以Dalum和Grasberg侵入体为例,Dalum和Grasberg侵入体的Cu数据在0.250.50%o发生重叠;在重叠范围内,Dalum侵入体有4个明显的次峰,其中的2个次峰分别对应Grasberg侵入体的2个主峰(Cu分别为0.40%oo和0.49/ooo).其它侵入体间的峰也具有类似的对应性.(2)不同岩体中的黄铜矿,其Cu与侵人体的侵入顺序有关.最早侵人的Dalum岩体具有最轻的铜同位素组成,最晚侵入的Kali岩体具有最重的铜同位素组成,中间侵入的Grasberg岩体介于两者748吉林大学(地球科学版)第4O卷之间,Cu随着时间逐渐变重(图8).蒎图9距GIC杂岩体不同距离的铜同位素组成对比图8GIC