S同位素示踪热液矿床成矿物质来源综述

0前言成矿年代、矿质来源、热液来源是研究矿床的三大核心内容。

只有这三大核心内容研究透彻了，才能很好的为研究矿床的成矿机理做准备，才能建立和总结矿床的成矿规律，指导矿产勘查和开发具有重要意义。

而同位素的发展很好的解决了这三大核心。

目前，资料显示[1]，大多数人认为热液成矿作用的成矿物质有以下三方面的来源：岩浆熔体；地壳岩石；上地幔。

硫同位素分馏机制与过程复杂，影响因素甚多，有时示踪结果不完全与地质事实相符合，因此本文探讨硫同位素在示踪热液矿床矿质来源中的复杂性和多解性进行综述。

1S同位素分馏在自然界，同位素分馏是最常见的现象，通常由物理、化学和生物作用引起的热力学和动力学同位素分馏，几乎均为与质量相关的分馏。

所以分馏得根本原因在于同位素间的质量差，因此造成硫同位素分馏的主要机制有如下2种：1．1热力学平衡分馏即同位素受温度控制，按不同的分馏系数在各相间富集。

常见热力学分馏主要发生在岩浆去气过程及温度变化的热液体系中。

经大量实验和实际观测，当包括硫元素不同存在形式的含硫矿物由一个统一的流体相沉淀出来时，硫同位素会在含硫矿物间进行分配并达到平衡，共生矿物间的硫同位素组成差异明显。

然而最新研究提出该规律只考虑元素价态可能并不完备，刘耘提出压力导致元素电子自旋态变化的地质过程必定存在同位素分馏反常的复杂状况，甚至可能颠覆该原理[2]。

1．2动力学分馏即同位素原子或原子团反应速率不一致而造成同位素组成变化，如氧化反应、细菌还原及有机物热分解、有机还原与高温无机还原过程、歧化作用等。

细菌还原是最重要的硫同位素动力学分馏过程。

在低于50℃条件下，厌氧细菌易还原SO42-成H2S，进而与金属离子结合成硫化物，从而造成自然界最大的硫同位素分馏。

宏观上细菌还原过程中，硫同位素分馏程度取决于还原细菌的种类、还原反应速率及反应体系的封闭性。

2岩石中硫同位素组成2.1陨石和月岩目前在陨石中发现有二十多种含硫矿物，但绝大多数是以陨硫铁（FeS）形式存在。

各类陨石中总硫的同位素组成非常一致，δ34S值的变化约在0±0.7‰范围内，而且与硫含量无关。

月球物质中硫的含量为0.05‰—0.23‰，几乎全部以陨硫铁形式存在[3]。

2.2火成岩①基性-超基性岩的δ34S值一般为-1‰—+2‰，反应成岩物质来自地幔，但少数基型岩的δ34S达-13‰—+16‰，这可能是岩浆侵入过程中同化围岩的结果[4]。

②中酸性岩硫同位素组成变化较大，约为-13.4‰—+26.7‰，与陨石硫差别明显。

以花岗岩为例，幔源花岗岩δ34S=3.6‰±5‰，而壳源重熔型花岗岩δ34S约为-9.4‰~+7.6‰。

一般认为重硫来源于海相硫酸盐还原，轻硫来自含细菌分馏过的硫化物原岩，因此，高δ34S值花岗岩通常认为是沉积岩重熔形成[5]。

2.3沉积岩由于低温无机和细菌还原硫酸盐以及沉积物源和环境条件的复杂性，使得沉积岩中硫同位素的变化最为明显δ34S的变化幅度可达90‰，即使单个矿床也可达30‰，如我国的层控铅锌矿床[6]。

2.4变质岩变质岩的硫同位素变化较大，在很大程度上取决于原岩的同位素组成，其δ34S值一般变化与-20‰—+20‰之间。

由于变质过程温度升高，变质岩的硫同位素组成会趋于均一化，导致变质岩的δ34S值降低，变质过程中逸失的硫富集δ34S[7]。

3成矿物质来源示踪示踪的基本思路是通过对比矿石中硫元素与岩浆岩、被岩浆岩同化的围岩及矿区围岩蚀变过程中迁移与沉淀规律，说明它们之间是否存在成因关系以及硫化物矿床中的硫的来源。

吴南平等自2000年以来一直对云南兰坪-思茅盆地由北至南金满、水泄、白龙厂3个脉状铜矿成矿物质来源进行研究[11]，硫化物中，金满矿床δ34S值变化最大（-20.5‰~+7.0‰），水泄矿床δ34S值变化最小（-0.1‰~+4.2‰），而白龙厂矿床δ34S值为-14.3‰~-3.6‰，且均显示塔式分布特征.另外，水泄和白龙厂矿床硫酸盐中重晶石δ34S值分别为+12.3‰~+19.0‰和+13.1‰，与盆地蒸发岩中石膏δ34S值（+10.8‰~+15.7‰）相近。

矿物共生组合均出现重晶石和砷黝铜矿，个别还有磁铁矿，结合流体包裹体成分研究，成矿溶液具有较高氧逸度和pH值。

因此，根据大本模式，硫酸盐重晶石δ34S应相当于或略大于热液δ34S值，而硫化物δ34S值则显著低于热液δ34S值。

由此确认硫源主要为盆地热卤水萃取地层蒸发岩中硫酸盐，并通过有机质热分解反应还原为低价硫分馏得到。

李文博等研究云南会泽超大型铅锌矿硫同位素[8]，也结合成矿温度考虑，发现流体中硫源为地层海相硫酸盐还原，热化学还原可能是其主要机制。

硫化物沉淀时与流体存在硫同位素分馏，热液总硫的组成表示为各溶解相中硫同位素浓度加权平均值，因此即使δ34S=0，也不一定说明硫源为岩浆或地幔。

臧文栓等研究西藏冈底斯帮浦、新嘎果、夏龙铅锌银矿床发现，组成均一、分馏平衡且分布范围狭小（-3.9‰~-1.1‰）的δ34S与该带斑岩铜矿床δ34S几乎一致（-3‰~+1‰），说明铅锌银矿δ34S与斑岩铜矿一致。

但仍不能直接说明硫源为岩浆，仅能确定与岩浆作用有一定成因关联。

由于热液体系中不同含S矿物之间δ34S的复杂分馏受流体诸多物理化学条件，如氧逸度、硫浓度、pH、与硫酸盐有关的阳离子活度等影响。

因此，在未知氧逸度和pH等条件下，热液流体的δ34S不能直接根据沉淀的硫化物δ34S估算，硫化物矿物也不能直接用来确定热液流体体系中S的来源。

4示踪的复杂性和多解性（下转第434页）Ｓ同位素示踪热液矿床成矿物质来源综述刘颖1周发2（1．东华理工大学，江西南昌330013；2．青海省柴达木综合地质矿产开发院，青海格尔木816000）【摘要】具有明显分馏效应的硫同位素以各种含硫物种广泛赋存于热液成矿作用过程中，因此硫同位素成为示踪热液矿床成矿物质来源的主要方法之一。

本文在总结前人研究基础上，综述了应用硫同位素在研究热液矿床成矿物质来源问题上的多解性，认为硫同位素示踪应用须在了解热液矿床地质前提下，准确区分成矿期次，判别硫同位素分馏平衡状态，结合Ohmoto模式才可以准确赋予同位素的地质意义。

【关键词】S同位素；热液矿床；示踪；物质来源Summary of S ulfur I sotopic T racing for M etallogenic M aterials of H ydrothermal D epositsLIU Ying1ZHOU Fa2（1．East China Institute Of Technology，Nanchang Jiangxi，344000；2．Qinghai Provincial Institute of Qaidan Integrated Geology and Mineral Exploration,Golmud Qinghai，816000）【Abstract】Sulfur isotopes with obvious fractionation effect occur widely in the process of hydrothermal mineralization in the forms of various sulfur species,therefore,sulfur isotopes is a major method for tracing the metallogenic materials of hydrothermal deposits.On the basis of former researches,this paper summarizes the multiple solutions of sulfur isotopes application in studying metallogenic materials of hydrothermal deposits, believing the application of sulfur isotopic tracing needs to know the deposit geology in advance,differentiate precisely the metallogenic periods, distinguish fractionation equilibrium state of sulfur isotopes,and integrate Ohmoto model,so as to endow precisely the geological significance.【Key words】Sulfur isotopes；H ydrothermal deposits；T racing；P rovenance（上接第428页）在热液体系中，早期曾认为矿物δ34S 就是热液的δ34S 。

Sakai 首先认识到热液体系中含硫物种之间存在硫同位素分馏，认为δ34S 是温度和pH 的函数。

Ohmoto 研究硫同位素分馏并进一步深入，首次提出硫同位素分馏大本（Ohmoto ）模式，认为热液矿物硫同位素组成是总硫同位素组成、氧逸度（fo2）、pH 、离子强度和温度的函数。

因此，热液硫化物的硫同位素组成，不仅取决于其源区物质的δ34S 值，而且与成矿流体演化的物理化学条件有关。

Ohmoto 模式还认为需要区别对待高温（＞350℃）和低温（＜350℃）条件下分馏过程。

因为高温时含硫物种主要为H2S 和SO2气态混合物，低温状态要复杂得多，可能为H2S 、HS-及硫酸盐类，包括SO42-、HSO4-、KSO4-、NaSO4-、CaSO4，甚至MgSO4。

成矿物质来源研究工作中，由于硫同位素的复杂性，很容易出现不够完备之处。

汪在聪等人以工作程度最高的造山型金矿为例，通过对国内外大量实例的剖析、讨论和综合，认为热液矿床稳定同位素组成不仅受成矿流体源区的制约，还不同程度地依赖于成矿热液复杂的演化历程，包括流体在运移过程中与围岩的同位素交换、沉淀过程中的同位素分馏以及后期可能的改造等多种因素。

硫同位素很易因水岩反应、相分离、氧化作用、多种流体混合等过程而发生同位素分馏，从而使同一矿床不同产状矿脉，甚至同一期黄铁矿的S 同位素出现显著差异。

不能简单根据测定结果直接投图判断成矿流体的可能来源，而需要综合多种方法并结合矿区地质实际情况剔除成矿过程对稳定同位素的影响后才能更好地约束造山型金矿成矿物质及流体来源。

深入研究同位素沿着流体通道的空间变化和各成矿阶段的时间演化或许不仅能够查明成矿物质及流体的来源，而且能够揭示流体的演化轨迹和成矿过程。