花岗岩与热液矿床中锌同位素分馏机制及其对成矿过程的示踪意义

本文通过系统研究冷水坑Ag-Pb-Zn矿床中闪锌矿（sphalerite）及伴生矿物的Zn同位素组成（δ66Zn），揭示了岩浆-热液系统中流体出溶（fluid exsolution）与矿物结晶导致的同位素分馏规律，提出Zn同位素可作为示踪成矿流体演化（mineralization processes）的灵敏指标。

　　

Highlight

锌同位素（Zn isotopes）是研究成矿元素迁移与分配的有力工具。锌（Zn）在流体中主要以氯化物络合物（chloride complexes）形式迁移，且其价态不受氧化还原条件显著影响，因此能有效示踪岩浆-热液矿床（magmatic-hydrothermal deposits）的形成机制。

Geological background

华南地区由扬子地块（Yangtze Block）与华夏地块（Cathaysia Block）组成，两者于约820 Ma沿江南造山带（Jiangnan Fold Belt）拼合。华夏地块内早古生代形成的武夷-云开造山带（Wuyi-Yunkai orogenic belt）发育强烈变形的火山-沉积岩系。

Analytical methods

采用HNO₃和HF消解样品，通过MC-ICP-MS测定Zn同位素组成（δ⁶⁶Zn），结合显微观察将闪锌矿按"黄铜矿病"结构（chalcopyrite disease texture）和Fe含量分为两世代。

Analytical results

早期富Fe闪锌矿（6–10 wt%）具较轻Zn同位素组成（δ⁶⁶Zn=0.05–0.30‰），晚期贫Fe闪锌矿（<6 wt%）则富集重同位素（δ⁶⁶Zn=0.30–0.60‰），符合瑞利分馏（Rayleigh-type fractionation）模式。

Fluid exsolution and crystallization

初始成矿流体δ⁶⁶Zn值（约0.26‰）低于相关花岗岩（0.23–0.69‰），证实流体出溶过程导致熔体富集重Zn同位素。Fe-Mn碳酸盐矿物（Δ⁶⁶Zn_smith-sph=–0.10‰）与晚期闪锌矿同位素组成相似。

Conclusions

热液流体较其母岩浆富Zn且具更轻Zn同位素组成，分馏程度受挥发分（H₂O、Cl^-、HS^-）含量调控。该研究为理解岩浆-热液成矿系统提供了同位素地球化学新模型。