稳定同位素对成矿物质来源的指示作用

　　摘要：稳定同位素在地学中的应用日益广泛，本文以氢氧和硫同位素为例就其中应用最广的地质流体示踪做一些简单总结。
　　关键词：稳定同位素；氢氧同位素；硫同位素；地质流体示踪
　　
　　1 引言
　　元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素称为稳定同位素。稳定同位素这一概念是相对，它主要取决于其半衰期的长短，人们一般把原子半衰期大于1015的同位素称为稳定同位素。到目前为止，已发现约300种稳定同位素和1200种不稳定同位素[1]。
　　目前，稳定同位素应用正向地学的各个领域渗透，已涉及水圈、古海洋、古环境、气候学、冰川学、天体化学和第四纪地质学等领域并已取得一系列重大成果。本文就利用稳定同位素来确定成矿物质来源方面做些简单的总结。
　　
　　2地质流体示踪
　　由同位素质量差所引起的物理和化学性质上的差异，称为同位素效应。正是由于自然界存在同位素效应，造成了地质过程中，两相或多相共存时，不同相中同位素比值差异——使同位素示踪即判断成矿物质来源成为可能。
　　2.1 氢氧同位素
　　据Taylo等(1984)研究，幔源岩浆(M)的δ18O‰约为5.5~5.7；又据吴利仁(1985)，我国幔壳混源岩浆(Mc)与壳源岩浆(C)的δ18O‰的分界值约在10‰处[2]，因此，可以用δ18O‰值把我国岩浆物质来源分为如下三种：幔源型(M)：δ18O‰小于5.5‰；幔壳混源型(Mc)：δ18O‰为5.5‰~10‰；壳源型(Ｍ)：δ18O‰大于10‰。所以测得矿区某单矿物如石英的δ18OV-SMOW可以判别出该区岩浆的来源。
　　另据研究表明，不同成因的水具有不同的δD和δ18O值。一般认为，岩浆水的δD和δ18O分别为－5‰~－80‰和6‰~10‰；变质水的δD和δ18O分别为－20‰~－70‰和5‰~25‰ [3]；而大气降水由于受纬度效应的影响，其δD和δ18O值变化范围较大，一般分别为－300‰~131‰和－54‰~31‰[4]。在大陆高纬度地区的大气降水δD和δ18O可分别低达－20‰~－25‰，δD数值为－150‰~－250‰[5]。根据所测定矿区的具体矿石(如石英中流体包裹体)中流体的δD、δ18O值与标准值进行对比，在δD-δ18O图上进行投影(图1)，根据实验测得的值所落入的区域，进而确定具体矿床的成矿流体来源。这种方法简单易用，为迅速判断成矿流体的来源、深入了解成矿作用机制、查明矿床成因提供有效的证据。
　　2.2 硫同位素
　　硫同位素之间相对质量相差较大，在自然过程中它们的分馏效应较明显，如图2所示。根据矿床中硫同位素的组成，分析矿床中硫的来源，进而可探讨矿床的成因。在热液矿床(也包括其他类型矿床)中硫的来源是多种多样的，大致可分为三类：①地幔硫，地幔是许多重要成矿物质的源区，虽然目前还无法直接测定地幔硫同位素组成，但可根据陨石以及各种来源于地幔的镁铁质—超镁铁质岩石的研究认为，其δ34S值接近0，并且变化范围较小；②地壳硫，在沉积作用、变质作用和岩浆作用及表生作用过程中，地壳物质的硫同位素发生了很大变化，各种地壳岩石的硫同位素组成变化很大；③混合硫，地幔来源的岩浆在上升侵位过程中混染了地壳物质，各种硫源的同位素相互混合。如果混染了海水或海相硫酸盐的硫，混合硫便以富34S为特征；如果混染了生物成因的硫，混合硫便以富32S为特征；如果混合了接近陨石的硫，则混合硫的34S值接近0。因此，由热液矿床中硫化物的δ34S值所获得的成矿溶液总硫的同位素组成对分析硫的来源有重要意义[6]。
　　
　　3 小结与展望
　　本文主要讨论了同位素在地质研究中的应用最广的方面——地质流体示踪。实际上对陨石和星际物质的研究、对石油和天然气的地质勘查研究、对水资源的地质勘查研究和对环境地质的研究等诸多方面，稳定同位素都扮演着十分重要有时甚至是至关重要的角色。
　　自然界的同位素变化既有规律性也有复杂性，常常是“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。岩石和矿床地球化学研究犹如“瞎子摸象”，能否采集到具有充分代表性的样品进行地球化学分析至关重要。我们对控制自然界同位素变化原理的理解仍然是有限的，同位素地球化学研究的方向之一就是不断地发展和完善这些原理[7]。我们完全有理由相信，随着科学技术的发展，稳定同位素在地学研究中的应用必将取得更大的成果和突破。
　　
　　参考文献
　　[1] Jochen Hoefs.Stable Isotope Geochemistry(6th Edition)