唐冬梅等-GCA：黃銅礦的Cu-S同位素特徵指示造山帶型銅鎳硫化物礦床成因
鎳、銅主要來自於岩漿硫化物礦床，通常由幔源岩漿經歷特殊的演化過程聚集而成，全球鎳儲量的40%，銅儲量的~10%產自這類礦床。世界級的銅鎳礦大多產出於克拉通背景，近年大型造山帶型銅鎳礦越來越受到學者的關注，但造山帶型銅鎳礦床的成因機制及演化，特別是控制Cu同位素分餾的機制，由於缺乏直觀可靠的來自於銅鎳礦石本身的證據而受到限制。
Cu和S同位素是新興的非傳統穩定同位素，利用這兩種元素進行相互驗證，有望揭示地殼混染、硫化物結晶分異等銅鎳礦床中重要成礦過程。中科院地質與地球物理研究所礦產資源研究院重點實驗室鎂鐵-超鎂鐵巖成礦系統學科組唐冬梅副研究員等，對我國中亞造山帶南緣喀拉通克和白石泉礦床不同深度的硫化物礦化樣品（蘇長巖、橄欖輝石巖和二輝橄欖岩）中的黃銅礦進行了系統的Cu和原位S同位素分析，首次探討了造山帶型銅鎳硫化物礦床中Cu同位素的行為，並對這兩個礦床的S-Cu同位素進行了多端元同位素混合模擬。
喀拉通克和白石泉礦床中黃銅礦S同位素變化範圍分別是-1.86‰~+1.74‰和1.70‰~+4.98‰。母岩漿中硫化物熔體、硅酸鹽熔體、殘餘體和堆晶橄欖石的S同位素多組分混染模擬表明兩個礦床中礦石的δ34S值隨著硅酸鹽岩漿占上述多組分總和的質量分數（R’）的減少而增加，地殼的S含量及同位素組成對礦石有較大貢獻，兩個礦床的R’範圍接近（分別為250-800和10-1000）。混染物高硫含量和不同δ34S的範圍對於中亞造山帶經濟品位硫化物礦床的形成非常重要。
喀拉通克Y2巖/礦體（管狀）和白石泉Y8巖/礦體（扇形）中黃銅礦的δ65Cu的變化範圍分別是-1.32‰~+0.07 ‰和 -0.40‰ ~+0.59 ‰，與礦體形態和產出部位無相關性。地幔部分熔融和交代造成的δ65Cu不均一和地殼多端元混染擬合顯示，礦石的δ65Cu與S同位素具有一致的R’值（圖1）。相較於產出於陸內裂谷的高程度部分熔融的銅鎳礦床（圖2k、圖2l），喀拉通克和白石泉礦床δ65Cu值較低且變化範圍較大（圖2d、圖2f），指示母岩漿來自於部分熔融程度較低的交代地幔源區。地幔柱高程度部分熔融、俯衝交代改造的地幔部分熔融，可能更大程度上約束了δ65Cu值。
結果表明：黃銅礦S-Cu同位素能夠揭示銅鎳礦床的地殼混染程度，Cu同位素更可以研討岩漿地幔源區性質，為岩漿型銅鎳礦金屬來源提供來自礦石的最直接有利證據。
圖1 （a）喀拉通克（紅色）和白石泉礦床（藍色）；（b）South Kawishiwi（白色）和Patridge River（深藍色）的δ65Cu與R’的多端元模擬。R’=硅酸鹽岩漿/（硫化物熔體+硅酸鹽熔體+殘餘體+堆晶橄欖石）。帶圓圈的曲線是正常地幔源區和淺層多組分的混染模擬趨勢線，不帶圓圈的曲線是交代地幔源區和淺層多組分的混染模擬趨勢線。正常地幔與硫化物熔體+硅酸鹽熔體+殘餘體+堆晶橄欖石的混合模擬趨勢並不能完全擬合礦石中δ65Cu值，揭示硅酸鹽結晶分異、硫化物熔離和地殼混染均無法完全解釋現有δ65Cu值，地幔來源岩漿δ65Cu的變化則能更好的擬合測量值
圖2 不同時代、不同構造背景銅鎳礦的δ65Cu值分佈頻數圖。a、b、 k和l. 陸內裂谷Duluth 地區的South Kawishiwi、Partridge River、Eagle和Tamarack礦床；d、e和f. 中亞造山帶喀拉通克、圖拉爾根和白石泉礦床；g、h和i. Noril’sk地區Talnakh、Kharaelakh和Noril’sk礦床
研究成果發表於國際權威學術期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。（Tang D M*, Qin K Z, Su B X, et al. Sulfur and copper isotopic signatures of chalcopyrite at Kalatongke and Baishiquan: Insights into the origin of magmatic Ni-Cu sulfide deposits [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2020, 275: 209-228. DOI: 10.1016/j.gca.2020.02.015）
美編：徐海潮
校對：張 崧
