岩浆热液与围岩作用程度，如何示踪？

changyz001 2021-07-18

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研究表明，岩浆有关的热液和盆地中的热液活动，有助于大陆地壳中的大量金属的迁移和成矿（Simmons et al.，2005；Wilkinson et al.，2009；Richards，2011）。矿物组分从热水溶液到矿物的溶解度降低会直接成矿，此过程严格受流体演化的影响（Audétat，1998；Reed and Palandri，2006）。

此外，溶液组成以及与矿物沉淀有关的压力和温度参数受沿流体演化的流体-岩石相互作用的影响（Seedorff et al.，2008；Steefel and Maher，2009）。

前人为了解释流体从源到汇的演化过程，限制硫化物矿物的沉淀过程，开展了多种研究，包括矿物共生的测定、显微测温和对脉石矿物和金属矿物组合中单个流体包裹体的原位化学分析。这些研究提供了包裹温度和流体的化学成分（例如，Audétat et al.，1998；Hedenquist and Richards，1998；Wilkinson et al.，2009；Kouzmanov et al.，2010；Catchpole et al.，2015；Casanova et al.，2018；Ortelli et al.，2018）。另外，这些研究以及关于脉石的补充稳定同位素和放射成因同位素数据（δ18O、δ13C、δ2H、δ34S、87Sr/86Sr），提供了有关流体组成和来源以及流体-岩石相互作用的信息。然而，有证据表明，脉石和硫化物矿物沉淀的物理化学条件并不总是相同的（Simmons et al.，1988；Roedder and Bodnar，1997；Wilkinson et al.，2009；Kouzmanov et al.，2010）。因此，需要采用补充方法直接追踪热液矿床中硫化物沉淀流体的来源和演化。

在这里，作者结合岩石学和锇（Os）同位素（187Os/188Os）硫化物地球化学，讨论了控制岩浆-热液系统中硫化物沉淀的岩浆-流体-岩石相互作用和岩浆-流体-地下水混合的新视角。

作者研究了秘鲁安第斯山脉中部与斑岩有关的多金属Cerro de Pasco（14.54–14.41 Ma）和Colquijirca（10.83–10.56 Ma）浅成热液矿床中的黄铁矿（FeS2）和砷铁矿（Cu3AsS4）。硫化物矿化在成因上与中新世岩浆作用有关，包括碳酸盐围岩的角砾岩和蚀变而成的变质岩，以及切割岩浆和沉积围岩的矿脉。

在这两个矿床中，黄铁矿后面形成的就是硫砷铜矿。黄铁矿具有放射成因的初始187Os/188Os同位素组成（187Os/188Osi-pyrite or Osi-pyrite = 0.80 - 1.45）。包裹黄铁矿或充填在黄铁矿裂隙中的硫砷铜矿（I）也具有放射成因的初始187Os/188Os同位素组成（Osi硫砷铜矿I=0.56至1.24）。相反，在早期黄铁矿的不规则表面上形成的硫砷铜矿（II）具有非放射成因的187Os/188Os同位素组成（Osi-enargite II = 0.13 to 0.17）。以上数据表明，从黄铁矿到硫砷铜矿的共生演化记录了这些硫化物中锇同位素组成的急剧变化。

黄铁矿和硫砷铜矿（I）记录了放射成因的187Os/188Os同位素组成，表明岩浆热液与沉积围岩的相互作用。然而，硫砷铜矿（II）的非放射成因初始187Os/188Os同位素组成表明，具有类地幔187Os/188Os特征的岩浆流体从母岩浆房上升到浅成热液环境，没有通过流体-岩石相互作用或与地下水混合纳入地壳Os。这种差异可能是由于围岩在前一阶段发生了蚀变，放射成因的地壳Os特征被早期岩浆脉冲冲刷抹除。本文的研究结果表明，矿石金属（即，Cu，Au）是岩浆来源的，而浅成热液矿床中黄铁矿和硫砷铜矿的Os同位素组成可能捕捉到岩浆流体与围岩岩性（例如，研究区域中的Eifelian黑色页岩）和/或地下水相互作用的特征。因此，硫化物中亲铁和亲铜微量元素Os的同位素组成可作为金属来源和围岩相互作用程度的示踪剂。