碳酸盐矿物氧同位素分馏的理论研究

应用增量方法系统地计算了碳酸盐矿物的同位素分馏系数，得到不同结构和成分的碳酸盐矿物的18O富集顺序为：菱铁矿〉铁白云石〉菱镁矿≥白云石≥方解石〉文石〉菱锶矿〉白铅矿〉碳钡矿。在0℃～1200℃范围内获得了一组内部一致的碳酸盐－水体系的理论分馏系数，这些计算结果与已知的实验和／或经验数据之间存在良好的一致性，因此本文对碳酸盐矿物氧同位素分馏系数的理论校准不仅可应用于共生矿物组合形成温度的确定，而且能够应用于其形成机理的示踪。 计算结果表明，白云石的氧同位素分馏行为与方解石相似，在25℃下白云石与方解石之间的平衡分馏为0.56‰ 。理论预测文石相对于方解石显著地亏损 δ18O，在25℃时方解石与文石之问的平衡分馏为4.47‰ 。文石向方解石的同质多相转变可能是通过一种没有同位素再造的惰性氧结构单元[CO3]2- 进行的，即只涉及Ca2+ 与[C03]2- 基团之间键的断裂和再组台而未出现[CO3]2- 基团内部C－O键的断裂和再组合。结果在自然界和实验室实验中，文石中氧同位索配分的温度关系能够传递副方解石中来。这种在同质多相转变形成方解石过程中的氧同位素继承性对于了解白云石－方解石－水体系分馏的难题至关重要。理论预测也能够用来解释对方解石分馏的经验估算与实验测定之间的分歧。     

花岗岩型热液铀矿床C、O同位素研究---以甘肃省龙首山芨岭矿区为例

龙首山地区是西北重要的花岗岩型热液铀矿产区之一,区内控矿条件复杂。研究选取甘肃省龙首山芨岭矿区内的矿床和部分矿点的热液碳酸盐样品并测定其C、O同位素组成：δ13C VPDB的值在-1.50‰～-6.33‰之间,δ18OSMOW值为-2.577～5.051‰之间。进一步研究结果表明,成矿流体中矿化剂ΣCO2主要来源于与区域深大断裂有关的幔源脱气作用,同时伴有海相碳酸盐来源;成矿同时期伴随的强烈流体脱气(CO2)作用对矿质沉淀至关重要。成矿热液的水源主要为岩浆热液与大气降水混合特征,但以大气降水形成为主。     

湖泊沉积碳酸盐氧同位素影响因素的定量评估

湖泊自生碳酸盐 δ18O是重建湖泊演化历史的重要代用指标, 然而由于湖泊沉积物质来源的多元性和沉积过程的复杂性, 所获沉积物碳酸盐的 δ18O往往具有多解性。在嘎顺诺尔古湖相沉积小狐山剖面, 其剖面590~500cm层段湖泊沉积物碳酸盐矿物中的方解石逐渐被白云石取代, 同时碳酸盐 δ18O呈现异常偏重趋势, 其幅度达6.1 ‰。本文以此为例, 通过对沉积物碳酸盐矿物类型和碳酸盐 δ18O的分析, 结合沉积物粒度、TOC和有机碳同位素等代用指标, 对碳酸盐 δ18O的影响因素进行了定量评估。对小狐山剖面而言, 结果显示湖水蒸发浓缩效应和碳酸盐矿物相变均会导致碳酸盐 δ18O发生变化, 其中碳酸盐矿物相变引起的分馏作用是影响 δ18O发生非环境效应的最主要因素之一。小狐山剖面沉积物中白云石较方解石富集 δ18O约7.65 ‰ ~11.02 ‰, 由此估算白云石与方解石之间的分馏作用可以解释 δ18O波动约70%。本文研究结果揭示了自然条件下生成的不同碳酸盐矿物相变存在氧同位素分馏, 在进行古环境重建的过程中必须对此进行重视和评估。     

云南会泽超大型铅锌矿床C、O同位素地球化学

云南会泽超大型铅锌矿床规模大、品位富、伴生有用元素多,预示其成矿环境较为特殊。本文分析该矿床矿石中脉石矿物方解石和赋矿碳酸盐地层的C、O同位素组成,结果表明矿石中脉石矿物方解石的C、O同位素组成相对均一,不同矿体(不同标高)、不同产状以及相同矿体不同产状方解石的C、O同位素组成不具明显差别,其δ13CPDB值和δ18OSMOW值分别为-2.1‰～-3.5‰(均值-2.8‰)和16.7‰～18.6‰(均值17.7‰),在δ13CPDB-δ18OSMOW图上集中于岩浆碳酸岩与海相碳酸盐岩之间的狭小范围内。多方面的证据表明:矿床成矿流体为壳-幔混合流体,其中壳源组分可能主要由矿区(或区域)碳酸盐地层提供,而幔源组分则可能与区域大面积峨眉山玄武岩岩浆活动过程中的去气作用有关。     

湖北徐家山锑矿床方解石C、O、Sr同位素地球化学

湖北通山的徐家山锑矿床产在上震旦统陡山沱组和灯影组的海相碳酸盐岩中.对该矿床中成矿前和成矿期方解石进行了较系统的C、O、Sr同位素地球化学研究,结果表明,成矿前方解石具相对较高的δ13CPDB(-0.7‰～ 2.0‰)、δ18OSMOW( 18.6‰～ 19.6‰)和Sr含量(2645-8174 μg/g,平均5656μg/g),及较低的87Sr/86Sr比值(0.7096～0.7097);而成矿期方解石具相对较低的δ13CPDB(-3.9‰～-2.1‰)、δ18OSMOW( 11.5‰～ 15.3‰)、Sr含量(785～2563μg/g,平均1571μg/g),和较高的87Sr/86Sr比值(O.7109～0.7154,平均0.7141).分析认为,成矿前方解石的C、O和绝大部分Sr来源于赋矿围岩--震旦系海相碳酸盐岩;而成矿流体为富H2CO3的溶液,它来自或流经富放射成因87Sr的下伏基底碎屑岩--中元古界冷家溪群浅变质岩;该流体与围岩发生水.岩反应导致成矿期方解石和辉锑矿的沉淀.     

湖南香花岭锡多金属矿床C、O、Sr同位素地球化学

对湖南香花岭锡多金属矿床成矿早、晚两期方解石进行了系统的C、O、Sr同位素研究。结果表明,成矿早期方解石具有相对较低的δ13CPDB（-5.4‰ ~ -1.4‰）、δ18OSMOW（+6.1‰ ~ +13.9‰）和较高的87Sr/86Sr值（0.7101 ~ 0.7230）;而成矿晚期方解石则具有相对较高的δ13CPDB（+0.2‰ ~ +0.6‰）、δ18OSMOW（+19.4‰ ~ +21.5‰）和较低的87Sr/86Sr值（0.7101）。成矿早期方解石为岩浆热液与海相碳酸盐岩相互作用的产物,成矿流体中的碳源于岩浆碳和海相碳酸盐岩;模拟计算结果显示,成矿早期方解石为成矿溶液发生0.05-0.1摩尔分数的 CO2去气作用的产物。而成矿晚期方解石主要为矿区碳酸盐岩围岩低温淋滤的产物,流体中的碳主要源于矿区碳酸盐岩围岩。成矿流体中Sr源于矿区花岗岩和碳酸盐岩,从成矿早期到晚期,岩浆来源的Sr逐渐减少,而碳酸盐岩围岩提供的Sr比例不断增大。     

祁连山冻土区天然气水合物伴生碳酸盐C、O同位素特征及其地质意义

伴生碳酸盐矿物在海底与天然气水合物伴生是一种普遍现象,但在陆上冻土区中报道较少。以近两年在祁连山冻土区发现天然气水合物伴生的碳酸盐矿物为研究对象,根据对含碳酸盐样品的显微镜观察及矿物分析,确定了伴生碳酸盐的矿物种属及赋存状态。按碳酸盐矿物组成及地质产状的不同,其赋存状态分成4种类型,即白色薄层状、烟灰色菱形晶簇状、深灰色薄壳状、微细浸染状。根据不同赋存形态碳酸盐的C、O同位素特征,认为烟灰色菱形晶簇状方解石或呈(云烟状)微晶方解石可能与天然气水合物分解有关。碳酸盐C、O同位素随深度变化特征表明在一定深度处可能存在着烃类物质的活动,即天然气水合物分解,导致碳酸盐的矿物生成。     

湘西花垣地区铅锌矿床C、H、O同位素特征及其对成矿流体来源的指示

湘西花垣地区铅锌矿床是铅锌矿资源储量超过千万吨的世界级超大型矿床之一。对该矿床主矿化期的方解石和闪锌矿进行了系统的C、H、O同位素研究。分析结果显示,花垣地区铅锌矿床主成矿期方解石样品的δ~(13)C_(PDB)值范围为-2.71‰~1.21‰,δ~(18)OSMOW值范围为16.09‰~22.48‰,团结、李梅、土地坪、蜂塘和大石沟各铅锌矿床中主成矿期方解石的13C、18O同位素依次表现出逐渐降低的特征,在δ~(18)O_(SMOW)-δ~(13)C_(PDB)图上主要介于原生碳酸盐岩与海相碳酸盐岩之间,该地区铅锌矿床成矿流体中的碳主要来源于海相碳酸盐岩的溶解作用。花垣矿区围岩的δ~(13)C_(PDB)值范围为0.15‰~1.17‰,δ~(18)O_(SMOW)值范围为19.79‰~23.89‰,指示沉积成因海相碳酸盐岩的特征。方解石和闪锌矿样品中流体的δD_(SMOW)变化于-91.1‰~-15‰之间,δ18Ofluid变化范围为-4.1‰~9.25‰,在矿区范围内流体的迁移方向是由北向南,δ~(18)O_(fluid)-δD_(SMOW)图显示,矿床成矿流体的主要来源是建造水和大气降水。成矿流体与围岩间的水-岩反应是导致湘西花垣地区铅锌矿床中方解石和闪锌矿矿物发生沉淀的主要机制。     

云南易门铜厂铜矿床C、O同位素组成及其地质意义

易门铜厂矿床是滇中易门铜矿带中的Cu品位较低的大型矿床,是矿带中的一种代表性矿床。矿区发育沉积-成岩型铜矿(铜厂式)和热液脉状铜矿(大尖山式)两种矿(化)体,成矿地质作用较特殊。本文系统分析两类矿体和赋矿碳酸盐地层的C、O同位素组成。结果表明,铜厂式矿石中白云石的δ~(13)C_(PDB)=-3.7‰~1.4‰,平均值-0.1‰,δ~(18)O_(SMOW)=19.7‰~21.7‰,平均值20.8‰,与赋矿碳酸盐地层(落雪组)中的白云石C、O同位素组成一致,均在正常海相沉积碳酸盐岩的范围,且受成岩期后作用的影响小,具有典型的沉积-成岩成因标志。尖山式矿体的脉石矿物方解石的δ~(13)C_(PDB)=-3.7‰~0.1‰(均值为-1.5‰),δ~(18)O_(SMOW)=11.9‰~17.0‰(均值为14.1‰),与沉积-成岩型矿体和赋矿碳酸盐地层的C、O同位素组成明显不同,在δ~(13)C_(PDB)-δ~(18)O_(SMOW)图上集中于岩浆碳酸岩与海相碳酸盐岩之间的狭小范围内,指示其成矿流体与幔源或深部岩浆活动有关,为壳-幔混合流体。其中壳源组分可能主要由矿区碳酸盐地层提供,而幔源组分则可能与晋宁-澄江期基性岩浆活动过程中的去气作用有关。C、O同位素组成证据说明,铜厂矿区层状铜矿和脉状铜矿的成矿作用类型不同,成矿流体也不具同源性,是典型的沉积-成岩型+热液叠加型矿床。     

新疆西天山喇嘛萨依铜矿床地质和C、O、S、Pb同位素地球化学

喇嘛萨依铜矿是新疆西天山赛里木微地块内的一处典型铜矿床,关于其成因类型尚存争议。总结了该铜矿床的地质特征,测试围岩、脉石碳酸盐的C、O同位素和硫化物的S、Pb同位素组成,探讨其成因类型。研究表明,喇嘛萨依铜矿床具有后生矿床特征,发育矽卡岩化蚀变,脉石方解石的δ13C值变化范围为-1.04‰~-0.87‰,低于围岩灰岩的δ13C值(变化范围为3.51‰~5.47‰),δ18O值变化范围为9.33‰~9.61‰,明显低于正常的海相碳酸盐岩的O同位素(δ18O=20‰~26‰),C、O同位素组成反映喇嘛萨依铜矿成矿晚阶段流体来自岩浆水和地下水的混合水;硫化物的δ34S值主要变化范围为3.75‰~8.64‰,与区域上海西期斑岩的硫同位素组成(如达巴特斑岩铜钼矿床硫化物的δ34S变化范围为4.9‰~7.9‰)接近,反映硫来源于斑岩;黄铜矿的铅同位素为206Pb/204Pb=18.264~19.544,207Pb/204Pb=15.575~15.656,208Pb/204Pb=38.103~38.705,具有富含放射成因铅、两阶段异常铅特征,与区域上海西期斑岩(达巴特流纹斑岩)的铅同位素组成特征相似,反映成矿金属物质部分来源于斑岩。通过综合分析认为,喇嘛萨依铜矿是与斑岩有关的矽卡岩型矿床。     

黔西北天桥铅锌矿床热液方解石C、O同位素和REE地球化学

利用连续流动质谱和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对黔西北天桥铅锌矿床原生矿石中脉石矿物热液方解石C、O同位素组成和稀土元素含量进行了分析,结果表明热液方解石C、O同位素组成相对均一,不同标高方解石C、O同位素组成不具明显差别,其δ13CPDB和δ18OSMOW分别为-3.4‰～-5.3‰和14.7‰～19.5‰,在δ13CPDB-δ18OSMOW图上介于原始碳酸岩与海相碳酸盐岩之间。热液方解石总稀土元素含量较低(ΣREE=6.80×10-6～49.1×10-6),表现为轻稀土富集、Eu负异常的"M"型,其Eu/Eu*变化范围为0.30～0.55,与硫化物具有相似的稀土配分模式。根据热液方解石与蚀变围岩、远矿围岩及不同时代地层碳酸盐岩的C、O同位素组成和REE含量特征对比结果,结合前人研究成果,认为该矿床成矿流体具"多来源混合"特征,其中围岩碳酸盐岩为成矿流体提供了主要的C和REE来源,地层中膏岩海相硫酸盐岩为成矿流体提供了主要的S来源,而成矿流体中的水则主要为变质基底昆阳群等提供的变质水,并受到大气降水的影响。     

沾化凹陷新近系沉积物的C、O、Sr、Nd同位素组成变化对古环境变迁的记录

沾化凹陷新近系馆陶组(Ng)广泛发育了一陆相螺化石层.来自螺化石层上下沉积层位的馆陶组和明化镇组(Nm)泥灰岩的C、O、Sr、Nd同位素的分析结果显示,螺化石层所在Ng4段泥灰岩具有比其上下部泥灰岩较低的δ13C值和较高的δ18O值,而螺化石埋藏层位的泥灰岩具有相对较低的δ13C和87Sr/86Sr值以及相对较高的δ18O值.143Nd/144Nd比值在剖面上的变化不明显,反映Ng、Nm沉积时期凹陷具有稳定的物源区;而C、O、Sr同位素组成的系统变化则指示了古沉积环境的变化.其中Ng4段沉积时期气候相对干热,Ng3、Nm1 2段沉积时期气候相对湿热;螺化石层泥灰岩所表现出的低87Sr/86Sr值和螺化石壳体相对高的δ13C和δ18O值可能代表了区域上一次重要的气候干热化事件,该时期大气降水明显减少,湖泊蒸发量较大,使得盆地的水体盐度增加,水体中87Sr/86Sr降低和δ18O值增加,同时水体营养生物和河流输入的营养物质减少,致使田螺最终死亡.随后环境气候相对湿热,生物生产力提高和碎屑物质供应的增加使得87Sr/86Sr值和δ13C值增加,大气降水补给导致沉积介质的δ18O值降低.     

鄂尔多斯盆地巴汗淖地区马五_6段碳酸盐岩C、O同位素特征及其成岩意义

鄂尔多斯盆地北部巴汗淖地区马五6段为风化壳型碳酸盐岩地层,岩性以鲕粒灰岩、晶粒白云岩为主,次生孔隙发育,是重要的油气储集层。采用Finnigan MAT252气体同位素质谱仪分别对该段碳酸盐岩进行C、O同位素测试,详细分析了巴汗淖地区马五6段碳酸盐岩成岩环境及孔隙演化条件。样品分析结果表明:埋藏高温成岩环境使得δ18O值与奥陶纪海水的δ18O值相比明显偏负,且白云岩δ18O值与灰岩δ18O值相比偏负,主要是埋藏白云石化作用的结果;δ13C值与奥陶纪海水δ13C值相当,极个别数值偏负,说明研究区马五6段在成岩作用过程中受有机碳影响较小,表明成岩作用发生在浅-中埋藏条件下。研究区孔隙度、渗透率的相关关系明显,主要是大气淡水成岩作用的改造,优化了孔隙及渗流通道,提高了储层的物性。     

花岗岩型热液铀矿床C,O同位素研究 ——以粤北下庄铀矿田为例

下庄矿田是华南重要的热液铀矿产区,区内控矿条件复杂。研究选取下庄矿田部分矿床内热液碳酸盐样品并测定其C,O同位素组成:测定矿田北部的1δ3CPDB为-7.6‰~-8.4‰,1δ8CSMOW为12.1‰~13.2‰,而矿田南部测波动范围较大1δ3CPDB则为-3.1‰~-8.5‰,δOSMOW为10.4‰~14.1‰。进一步研究结果表明,成矿流体中矿化剂ΣCO2主要来源于中新生代与区域深大断裂有关的幔源脱气作用,同时伴有壳源有机碳来源;成矿同时期伴随的强烈流体脱气(CO2)作用对矿质沉淀至关重要。     

碳酸盐中碳、氧同位素快速制样装置研制

介绍一种碳酸盐中碳、氧同位素快速制样装置。实验证明,该装置具有真空度好、使用方便、无污染、制样效率高、成本低的优点,所生成的二氧化碳具有高纯、分析结果准确、可靠等特点,完全能满足碳酸盐中碳、氧同位素分析的制样要求。     

济阳坳陷奥陶系碳酸盐岩及缝洞充填方解石C、O同位素特征及其意义

对济阳坳陷奥陶系碳酸盐原岩及孔洞缝中充填方解石进行了C、O同位素测定,结果表明孔洞缝充填方解石的δ13C和δ18O值比原岩偏负。奥陶系三山子组和马家沟组孔缝中充填的方解石C、O同位素演化有很大区别,前者的δ13C和δ18O值均为负值,δ13C向较高负值偏移,δ18O值向较低负值偏移;马家沟组八陡段孔缝充填方解石的δ13C和δ18O值也多为负值,δ13C向较正值方向偏移,δ18O值向较高负值偏移。奥陶系碳酸盐岩孔缝充填方解石形成于大气淡水环境和埋藏成岩环境,次生孔洞可能主要形成于早期表生阶段,裂缝形成于中-新生代的构造运动,方解石主要充填于埋藏环境中。次生孔缝的主要形成时期早于油气大量运移期,对古潜山油藏的形成有利。     

桐柏山花岗岩类Pb、O、Sr同位素特征

本文首次对桐柏山花岗岩类的Ｐｂ、Ｏ、Ｓｒ同位素进行研究。其长石铅同位素组成是２０４Ｐｂ＝１．４００（１．３８９－１．４１１），２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ＝１７．１４８（１６．８４７－１７．４３８），２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ＝１５．４２８（１５．３７８－１５．４８４），２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ＝３７．８８６（３７．５８３－３８．２９６）。与邻区花岗岩类相比，基本相当于胶东地区。全岩矿δ１８Ｏ＝８．４８（７．４９－９．３７）。８７Ｓｒ／８６Ｓｒ（ｉ）＝０．７０９０（０．７０６４－０．７１３８）。这些数据结合岩石矿物特征表明，本区花岗岩类的成因类型属Ⅰ型或同熔型。铅同位素组成揭示本区大地构造可能归属华北地台。     

老挝帕奔金矿床成矿流体来源与矿床成因:稀土元素和C、O、S同位素证据

帕奔金矿床位于老挝西北部,为韧-脆性剪切带控制的方解石脉型金矿床。文章在系统的野外和镜下工作基础上,对比了方解石脉、红化蚀变岩、弱碳酸盐化蚀变灰岩、未蚀变灰岩以及方解石脉内雄黄和雌黄的稀土元素特征,结合灰岩和方解石的C、O同位素组成以及雄黄/雌黄的S同位素组成,探讨了成矿流体的性质、来源及矿床成因。载金方解石、蚀变岩和灰岩的稀土元素配分曲线总体相近,均表现出重稀土元素平坦以及Eu、Ce负异常特征;但方解石轻微亏损轻稀土元素,且具有较高的Tb/La和Sm/Nd比值。在Y/Ho-La/Ho和Tb/Ca-Tb/La图解中,灰岩→蚀变岩→方解石投点分别与重结晶趋势线和重新活化趋势线基本吻合,灰岩和方解石C、O同位素组成也表现出了基本一致的海相碳酸盐岩成因。因此,推断帕奔金矿的含金方解石脉及相关的热液蚀变是同一成矿期内同源流体体系的产物,相对形成顺序由早到晚为弱蚀变灰岩、红化蚀变岩、方解石大脉,且与赋矿灰岩存在继承性。结合矿床地质特征,认为帕奔金矿床成矿流体可能主要来源于区域动力变质作用过程中,下二叠统灰岩的脱水和脱碳酸盐化作用。雄黄和雌黄δ34S值接近0‰,且方解石脉稀土元素总量较低,表明可能混入了深部岩浆流体和大气降水。综合区域地质背景,认为帕奔金矿床成矿作用很可能发生于晚三叠世—侏罗纪的滇缅马泰地体与印支陆块碰撞导致的区域韧-脆性构造活动,并受到岩浆活动驱动。     

云南腾冲地块北部空树河组一个菱铁矿结核中的C、O同位素变化特征

空树河组是滇西腾冲地块北部的石碳－二叠纪冈瓦纳相沉积。菱铁矿结核见于该组顶部的黑色泥岩中。将一个结核通过中心切开，在切面上由中心向边缘用牙钻等间隔提取10个样品。同位素测试结果显示，δ^13C自中心向边缘逐渐由－8．09％减为－16．12％，最外一个样例外（－15．39‰），而δ^18O自中心向边缘逐渐由－10．64‰增加为0‰左右。δ^13C的变化情况表明，菱铁矿结核可能形成于硫酸盐还原带。在解释δ^18o的变化情况时，推测在结核开始生长时可能有δ^18O亏损的大气降水掺入，随着埋藏深度的逐渐加大，孔隙水的O同位素逐渐趋近正常海水的值（0‰）。     

新疆伊宁县塔北铅锌矿床地质特征和S、Pb、C、O同位素组成

塔北铅锌矿床是西天山吐拉苏盆地中新近勘查成功的一个重要热液型铅锌矿床。矿体赋存于晚泥盆世-早石炭世大哈拉军山组第五岩性段酸性凝灰岩中,受断裂构造控制。矿石硫化物的δ³⁴S值介于0.5‰~7.3‰,估算获得成矿流体的总硫同位素值δ³⁴S_∑S约2.7‰,具岩浆硫的特征。晚期石膏的δ³⁴S值为4.7‰~5.3‰,表明石膏可能是火山热液中的SO₂发生歧化反应或火山喷发带出的H₂S挥发分在近地表的氧化环境中反应生成的。矿石铅同位素组成十分稳定,并与大哈拉军山组火山岩的铅同位素组成相似,指示成矿物质来源于赋矿火山岩。碳、氧同位素组成指示成矿流体中碳主要来源于深部岩浆。塔北铅锌矿床可能属于矿化较深的浅成低温热液型矿床。