典型斑岩钼成矿系统中钼和硫同位素分馏机理研究：以黑龙江岔路口超大型斑岩钼矿床为例

Porphyry molybdenum deposits have contributed the most significant Mo resources in the world, which have been paid broad attention by economic geologists. With the development of modern analytical methods, some new techniques, i.e., in situ analysis, and nontraditional metal isotope studies, i.e., Mo, Cu, Fe, Zn, have significantly improved our understanding about those deposits. This project utilized the advanced theories of ore deposit, isotope geochemistry and element geochemistry, and modern analytical methods. We typically choose the newly discovered Chalukou Mo deposit as an example to mainly decipher both Mo and S isotope fractionation during the evolution of typical porphyry Mo system, including the formation of magmas, fluid exsolution and molybdenite deposition. We applied in situ analytical methods, i.e., SIMS and LA-MC-ICP-MS, to detect mechanisms controlling Mo and S isotope fractionation during formation of a large porphyry Mo deposit. Based on isotope fractionation theories and tracing principles, we are trying to draw a relatively clear picture of ore formation in magmatic-hydrothermal systems. This study also serves as a brand new study method, and an example for future research focusing on Mo and S fractionation in numerous magmatic-hydrothermal Mo systems.

斑岩型钼矿床作为世界上钼金属的最主要来源，历来受到矿床学家的关注。近年来随着分析测试技术和手段的提高，一些新的测试方法应用（如原位微区分析）和新的元素同位素比值研究（如钼、铜、铁同位素）为进一步提升斑岩成矿理论提供了新的契机。本项目综合应用现代矿床学、同位素地球化学和元素地球化学的最新理论和先进的分析技术，选择国内新近发现的岔路口超大型斑岩钼矿床作为解剖对象，重点探究大型-超大型斑岩钼成矿系统中岩浆形成、流体出溶及辉钼矿沉淀等系列过程中钼和硫同位素的分馏机制。运用原位微区分析方法（SIMS, LA-MC-ICP-MS）揭示超大型斑岩钼成矿体系中钼与硫同位素的分馏过程，依据同位素分馏理论和示踪原理进一步精细刻画斑岩钼矿床的形成过程，为认识斑岩型钼矿床成因提供新的研究途径。该项研究也为今后开展岩浆-热液型钼矿床形成过程中钼和硫同位素分馏研究提供范例和参考。

本项目立足于中亚造山带东段新发现的岔路口超大型斑岩钼矿床，重点进行了系统的矿物学、岩石地球化学、高精度成岩与成矿年代学、多元同位素示踪和热力学计算等研究，同时对比研究了同一成矿带内成矿作用相似的哈什吐钼矿床。辉钼矿的高精度Re-Os年代学结果表明该矿床并非由前人所提出的由一期成矿作用形成，大规模钼成矿与多期次的成矿作用有关。本项目首次采用非传统同位素（Mo同位素）和传统稳定同位素（S同位素）相结合的研究手段示踪物质来源、剖析成矿作用过程，δ34SH2S变化范围为+0.3~+3.9‰，δ98/95Mo变化范围为0~+0.37‰，表明金属和硫主要来自于中生代的花岗岩浆。报道和发现低Mo同位素的样品与低S同位素的样品呈良好线性关系（r2 = 0.92），提出这与成矿体系发生的还原作用过程有关；这是由于高的δ34S值可以由还原作用导致，而Mo在热液中的迁移呈+6价，在其沉淀为硫化物时为+4价，在还原过程中重的Mo同位素倾向分配于硫化物相中。限定了从岩浆房出溶出的初始流体性质为低盐度、偏酸性、偏氧化性以及低密度的超临界流体，钼在体系中以低密度的气相进行搬运并沉淀富集，提供并论证了钼的气相迁移成矿理论典型矿床实例。依据详细的矿物学组成与流体包裹体分析和热力学计算模拟，很好地限定出辉钼矿沉淀的物理化学条件为温度变化285º~325ºC、压力变化80 ~230 bars、pH变化为3.5~5.6、氧逸度∆log fO2 (HM)为-3.0，体系的温度、压力和氧逸度降低是导致辉钼矿达到饱和沉淀的主要控制因素。系统总结了所研究的钼矿床与世界范围典型的克莱麦克斯型（Climax type）钼矿床之间存在较多相似之处，但也有一些明显的区别，如成矿样式、蚀变类型与组合及大地构造背景等，这些区别有助于以后更好地认识不同构造背景中斑岩型钼矿床的成因。