中国东北小红石砬子Pb-Zn-(Ag)矿床锌镉同位素特征对成矿机制与勘探策略的启示

为解决吉林延边吉中-延边Cu-Mo-Au-Pb-Zn多金属成矿带中矿床成因争议问题，研究人员针对小红石砬子Pb-Zn-(Ag)矿床开展Zn-Cd同位素精确测量研究。通过分析闪锌矿和方铅矿的δ66ZnAA–ETH（-0.68‰至-0.12‰）和δ114/110CdNIST SRM 3108（-0.63‰至0.77‰）值，结合地质与硫化物微量元素特征，提出该矿床属于密西西比河谷型（MVT-like）矿床，并建立基于Zn同位素分馏的找矿模型，为区域矿产勘探提供新思路。

　　

在中国东北的吉中-延边Cu-Mo-Au-Pb-Zn多金属成矿带中，小红石砬子Pb-Zn-(Ag)矿床的成因长期存在争议，曾有学者提出火山成因块状硫化物（VMS）、喷流沉积（SEDEX）等多种假说。这种认识分歧严重制约了区域找矿勘探工作。更棘手的是，该矿床现有探明资源即将枯竭，亟需通过创新技术手段破解成因谜题，指导深部及外围找矿突破。

针对这一难题，中国的研究团队选择Zn-Cd同位素这一新兴技术作为突破口。与传统S、Pb同位素相比，Zn-Cd作为直接成矿元素，其同位素特征能更精准反映成矿流体演化过程。研究人员对矿床东西矿段的闪锌矿和方铅矿进行高精度同位素测定，发现闪锌矿的δ⁶⁶Zn_AA–ETH值（-0.68‰至-0.12‰）显著轻于方铅矿（-0.07‰至0.03‰），且东矿段闪锌矿的Zn-Cd同位素组成整体重于西矿段。通过建立100-250°C温度区间的瑞利分馏模型，证实闪锌矿沉淀过程中的同位素分馏是主导机制。这些发现与典型MVT矿床的地球化学特征高度吻合，尽管围岩存在差异，仍将小红石砬子归类为MVT-like矿床。该成果发表于《Geoscience Frontiers》，不仅解决了长期争议，还创新性提出基于Zn同位素分馏的找矿模型，预测在现有开采层位的浅部/外围和深部存在未发现资源。

关键技术方法包括：1）从9件代表性矿石中手工分选闪锌矿和方铅矿（纯度>99.99%）；2）采用MC-ICP-MS测定Zn-Cd同位素组成，以AA-ETH和NIST SRM 3108为标准；3）通过瑞利分馏模型模拟100-250°C温度区间的同位素分馏过程；4）整合已发表的S-Pb-Fe同位素及微量元素数据开展多指标综合分析。

【矿床地质与矿物共生序列】研究发现矿床受NS向断裂控制，矿物组合分三个阶段：早期高温石英-磁铁矿-黄铁矿组合，主成矿期石英-闪锌矿-方铅矿组合，晚期低温石英-方解石组合。矿物分带和元素垂向分异指示流体自下而上运移。

【Zn-Cd同位素特征】闪锌矿δ⁶⁶Zn_AA–ETH值（-0.68‰至-0.12‰）比方铅矿（-0.07‰至0.03‰）轻0.27‰-0.63‰，显示显著分馏；Cd同位素在共生的闪锌矿与方铅矿间无固定分馏方向。东西矿段的空间分异暗示流体可能源自不同路径。

【成矿机制约束】闪锌矿中Fe（4.78-8.70 wt.%）和Cd（7514-16790 ppm）含量与Zn呈负相关，证实通过Zn²⁺?Fe²⁺/Cd²⁺类质同象置换进入晶格。Zn/Cd比值（32-84）和Cd同位素特征与全球MVT矿床高度一致，否定了VMS或SEDEX成因。

研究结论创新性地提出：小红石砬子矿床应归类为MVT-like矿床，其Zn-Cd同位素分馏主要受控于瑞利分馏机制。这一认识不仅解决了区域成矿模型争议，更重要的是建立的Zn同位素分馏找矿模型已得到部分钻探验证，为类似矿床研究提供了同位素地球化学应用范例。该成果对理解中国东北地区Pb-Zn成矿规律和指导矿产勘探具有重要实践意义。