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2022年09月27日
钡和铷同位素研究揭示了稀有金属如何随流体运移和富集

近日,中国科大黄方教授团队利用金属稳定同位素,在流体活动稀有金属运移和富集过程的研究中取得了系列进展。研究成果于近期发表在《Earth and Planetary Science Letters》《Geochimica et Cosmochimica Acta》等国际知名学术期刊上。

战略金属矿产对于国家经济和安全意义重大。稀有金属元素的超常富集是战略金属成矿学研究的核心问题,而热液流体为稀有金属成矿提供了物质来源和运移载体。传统手段只能间接了解成矿物质的来源,流体活动金属的稳定同位素则可直接示踪稀有金属的来源,揭示成矿元素在地壳和地幔中的运移与富集成矿过程。钡(Ba)和铷(Rb)均为流体活动性元素,其同位素体系在示踪流体活动金属元素的富集机制方面具有先天优势。但是由于Ba和Rb是微量元素,其稳定同位素的分析非常困难,国际上相关的研究极少。

华南侏罗纪骑田岭花岗岩和钨锡成矿关系密切,是我国著名的锡多金属矿床产地。在前期建立的高精度金属稳定同位素分析方法的基础上,该团队发现骑田岭花岗岩具有很轻的Ba同位素组成,和Sn的富集紧密相关。这个结果表明在岩浆-热液演化过程中,具有低δ138/134Ba的深部岩浆流体可以有效地将富集于不同深度的Sn运移至岩浆房顶部,为大型/超大型Sn矿床提供物质来源(图1),从而解决了长期争议的Sn来源问题。

图1.穿地壳岩浆系统中以岩浆流体为载体的物质运移过程示意图

该团队进一步测量了产自青藏高原的康巴淡色花岗岩的Ba和Rb同位素组成。这些花岗岩由变沉积岩熔融形成,在大陆造山带的背景下高度演化,富集Li、Rb、Be等关键金属,具有重要的找矿意义。测量结果表明,康巴淡色花岗岩具有明显偏轻的Ba同位素组成,其Rb同位素组成则比平均大陆上地壳显著偏重(图2)。这些偏轻的Ba同位素和偏重的Rb同位素组成不是分离结晶、部分熔融、化学风化过程和源区过程造成的,而是一致的反映了来自深部岩浆的流体特征。两个流体活动元素的同位素联合示踪,对于研究示踪岩浆-热液过程有明显优势。

图2.康巴淡色花岗岩与上地壳的Rb-Ba同位素组成对比

这些论文的第一作者分别为胡霞特任副研究员和博士生邓庚辛,通讯作者为黄方教授,合作者包括中科院地质地球所刘小驰副研究员和南京大学章荣清副教授等。相关研究得到了国家自然科学基金委和科技部的支持。

论文链接:

Xia Hu, Xiaoyun Nan, Xiaochi Liu, Fang Huang*, 2022. Rubidium isotope compositions of the average upper continental crust and the Himalayan leucogranites: implications for magmatic-fluid interaction. Geochimica et Cosmochimica Acta.https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.09.015

Gengxin Deng, Dingsheng Jiang, Rongqing Zhang, Jian Huang, Xingchao Zhang, Fang Huang*, 2022. Barium isotopes reveal the role of deep magmatic fluids in magmatic-hydrothermal evolution and tin enrichment in granites. Earth and Planetary Science Letters.https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117724


(地球和空间科学学院、科研部)

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