基于白云石微量元素和Mg同位素组成的偏最小二乘判别分析区分碳酸岩与密西西比河谷型矿床

推荐：为解决碳酸岩相关矿床与密西西比河谷型(MVT)矿床的地球化学区分难题，研究人员通过分析加拿大科迪勒拉东部白云石的42种微量元素和δ26 Mg值，建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型。结果显示δ26 Mg、Sr/Mg、Zn/Mg等参数最具判别力，成功区分两类矿床，为关键金属矿产勘探提供新方法。

　　

在全球矿产市场碎片化和碳中和目标推动下，碳酸岩相关稀有金属矿床和密西西比河谷型(MVT)矿床作为关键矿产资源的重要性日益凸显。这两类矿床常赋存于相似地质环境中，且都可能沿相同断裂系统迁移，导致在露头有限时难以区分。更棘手的是，碳酸岩相关流体与MVT流体的叠加蚀变会使矿床类型判断更加复杂。传统上依靠少量元素制作二维散点图的分类方法存在明显局限性，亟需开发更精准的判别技术。

针对这一科学难题，日本海洋研究开发机构等机构的研究人员选择加拿大科迪勒拉东部作为研究区，这里同时存在碳酸岩相关矿床和MVT矿床。研究团队创新性地将白云石——这两类矿床中最常见的脉石矿物——作为研究载体，通过整合其微量元素组成和Mg同位素特征，建立了可靠的判别模型。这项开创性研究发表在《Journal of Geochemical Exploration》上，为矿床类型识别和矿产勘探提供了新思路。

研究采用多项关键技术：首先通过微钻取样获取高纯度白云石样品，经X射线衍射验证纯度；使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定42种元素含量；采用离子色谱结合多接收器ICP-MS分析Mg同位素组成(δ²⁶
Mg)；最后运用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)整合所有地球化学数据进行建模。样本来自加拿大科迪勒拉东部5个碳酸岩相关矿床和8个MVT矿床的矿化白云石，以及6个争议性矿床和2个未矿化围岩样品作为验证集。

研究结果部分，"白云石的微量元素和Mg同位素组成"显示：碳酸岩相关矿床的白云石显著富集Fe、Ga、Sr、As、Ba、REE和Th，δ²⁶
Mg值较高(-0.24‰至-0.71‰)；而MVT矿床白云石则富集Zn和Pb，δ²⁶
Mg值较低(-0.79‰至-1.64‰)。争议性的Rock Canyon Creek(RCC)矿床白云石元素特征介于两者之间，但δ²⁶
Mg值与碳酸岩相似。

"白云石地球化学数据的PLS-DA分析"部分发现：仅需两个PLS成分即可100%准确区分两类矿床，优于传统PCA-LDA方法。变量重要性投影(VIP)显示δ²⁶
Mg、Sr/Mg、Zn/Mg、Ba/Mg和Pb/Mg最具判别力。其中δ²⁶
Mg的VIP得分最高，这与两类矿床成矿流体温度差异(碳酸岩岩浆热液高温vs MVT盆地流体低温)导致的分馏程度不同有关。

在"矿床类型判别与矿产勘探应用"部分，PLS-DA模型成功将RCC矿床归类为碳酸岩相关型，但其在得分图中远离典型碳酸岩区域，反映其独特的元素特征。未矿化围岩白云石则与矿化样品明显分离，显示该方法在区分矿化与非矿化方面的潜力。

研究结论指出，整合白云石微量元素和Mg同位素的PLS-DA模型可有效区分碳酸岩相关和MVT矿床。δ²⁶
Mg差异源于成矿流体性质不同：碳酸岩相关白云石的高δ²⁶
Mg反映岩浆-热液过程的高温特征，而MVT白云石的低δ²⁶
Mg则与低温流体混合作用相关。Sr/Mg和Zn/Mg等元素比值的重要贡献与它们在白云石中的置换行为及微矿物包裹体有关。该研究不仅解决了矿床类型判别难题，更重要的是为关键金属矿产勘探提供了新的地球化学指标组合和分析方法，对保障战略性矿产资源安全具有重要意义。