Question

地幔流体成矿作用的同位素证据

Answer 1

地幔流体具有相对统一的稳定同位素组成范围，如δ¹³C_PDB的峰值为-4‰～-8‰、δ¹⁸O_SMOW为6‰～10‰、δ³⁴S在0‰附近、δDH₂O为δ-45‰～-90‰，因此稳定同位素组成认为是示踪地幔流体成矿作用的有利工具。值得注意的是，由于许多大型—超大型矿床的成矿流体为有地幔流体参与的混合流体、加上稳定同位素的分馏作用，因此，矿床稳定同位素组成常常具有多解性。地幔相对富集³He并具有较高的³He/⁴He（6Ra～9Ra；Ra为空气的³He/⁴He，其值为1.39×10^-6），地壳相对富集放射成因和核反应成因的⁴He而具有相对较低的³He/⁴He（0.01Ra～0.05Ra）（Li andManuel.,1994；Stuart et al.,1995），两者的³He/⁴He值相差近1000倍，因而He同位素组成是示踪地幔流体更有效的手段。

国内外学者先后以矿床中的流体包裹体为测定对象研究了许多矿床成矿流体的He同位素组成，在示踪地幔流体成矿作用方面取得一系列研究成果。胡瑞忠等（1997）测得云南马厂箐铜矿床黄铁矿流体包裹体的³He/⁴He值为0.52Ra～1.58Ra，在地幔和地壳³He/⁴He值之间，在⁴⁰Ar/³⁶Ar-³He/³⁶Ar和³He/⁴He—⁴⁰Ar/⁴He图上也分存于地幔端元和地幔端元之间、且呈线性关系（图3-1A,B），据此认为该矿成矿流体为地幔和地壳两个端元流体的混合物，同时计算出成矿流体中地幔He占10%～52%；胡瑞忠等（1998,1999）还测定了云南老王寨金矿、墨江金矿和大坪金矿流体包裹体的He同位素组成，其³He/⁴He值分别为0.17Ra～0.73Ra、0.02Ra～0.26Ra、0.78Ra～1.31Ra和0.03Ra～0.05Ra，结合Ar同位素分析结果，认为地幔流体参与了前3个矿床的成矿作用，计算出成矿流体中地幔He分别为11%～52%、2%～23%和52%～95%；毛景文和魏家秀（2000）报道四川大水沟碲矿床流体包裹体的³He/⁴He值为0.2Ra～2.8Ra，在地幔和地壳³He/⁴He值之间，结合δ³⁴S（-3.1‰～2.8‰）、δ¹³C_PDB（-5.3‰～-7.2‰）、δ¹⁸O_SMOW（3.3‰～6.1‰）和δDH₂O（-82‰～-54‰）具幔源特征，认为该矿床成矿流体主要来自地幔。

图3-1　云南马厂箐铜矿床⁴⁰Ar/³⁶Ar—³He/³⁶Ar和³He/⁴He—⁴⁰Ar/⁴He图

原始数据引白胡瑞忠等（1997）