单个硫化物矿物中铅硫同位素和微量元素原位微区分析及其在金属矿床研究中的应用

Lead and sulfur isotopes and trace element contents are widely applied in researches of metallic ore deposit in terms of sources of ore-forming materials, metallogenic physical chemical condition, genesis of the deposit, environmental geochemistry. This work intends to setup an new micro-in situ analytical method to obtain Pb, S isotopes and trace element concentrations of single sulfur mineral, such as molybdenite, pyrite, chalcopyrite etc.. Two target ore deposits are adopted in this work to investigate the validity of the method proposed in this work: Large Jinduicheng Porphyry Mo Deposit in the East Qinling and Tongyu VHMS copper deposit in the west part of the North Qinling. This proposal will enhance the accuracy and reliability of mineralization researches using Pb and S isotopes and promote metallogenic theory study.

铅、硫同位素和微量元素是研究金属矿床重要手段之一，在成矿物质来源、物理化学条件、矿床成因、找矿勘探、环境地球化学等研究中得到了广泛的应用。本研究拟在国内首次开展利用飞秒激光剥蚀多接收及四极杆等离子体质谱实现薄片中单个硫化物矿物（如辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿等）中铅、硫同位素和微量元素原位微区分析的方法，以获得同一薄片同一单矿物中相互配套的同位素和微量元素信息，提高分析效率，缩短研究周期。并以东秦岭金堆城斑岩钼矿床和北秦岭西部陕西铜峪VHMS型铜矿中的硫化物矿物为例评估该方法所获得的原位微区地球化学信息的优势，探索在成矿物质来源、物理化学条件和矿床成因研究中的应用。本研究将大大促进利用铅硫同位素和微量元素进行成矿研究的准确性和可靠性，在矿床成矿理论研究中具有重要的理论意义。

本研究针对矿床研究中成矿金属和矿化剂来源所需要分析的硫化物中S和Pb同位素组成研究中的难点，利用飞秒激光和准分子激光剥蚀多接收等离子体质谱成功开发了原位微区分析硫化物中的S和Pb同位素。主要成果包括（1）标准样品研制：高温熔融合成硫化物S同位素微束分析标准样品.对研磨至3000目的硫化物进行高温熔融，快速淬火冷却后得到硫化物玻璃，原位分析与GSMS分析能获得一致的δ34S值；压片合成标准样品. 对添加微量方铅矿的黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿细碎至2.5 μm，利用压片机合成不同基体的粉末压片，均一性检验表明合成的粉末压片具有均一的S和Pb同位素组成，适合作为S和Pb同位素联机分析的标准物质。（2）分析方法研究：建立基于飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱技术分析薄片中或挑纯的单个硫化物（黄铜矿、黄铁矿和闪锌矿）中微区的铅同位素组成；飞秒激光得到的质量分馏因子比193nm准分子激光剥蚀的低28%，采用采用幂指数方法校正仪器的质量分馏并利用优化的铊铅比，可得到高准确度和精密度的Pb同位素组成；开发微量元素和Pb同位素分析技术；开发将一台激光剥蚀系统与两台多接收等离子体质谱联用一次剥蚀同时分析硫化物中的S和Pb同位素组成，对同一硫化物联机分析和微钻结合化学法分析得到的结果在误差范围内一致，表明该分析方法的可靠性。利用开发的方法研究了金堆城辉钼矿和二里河铅锌矿中的硫化物的S和Pb同位素组成对成矿机制研究的制约。通过本研究的开发可实现对同一矿床中不同硫化物的S、Pb同位素组成进行有效区分，为成矿作用研究提供有力的支撑手段。研究共培养研究生4名，发表SCI论文10篇，EI论文2篇，发明专利3项（其中一项已申请国际专利）。所开发的方法已经为香港大学等国内外研究人员分析超过5000点的 硫化物S，Pb同位素，研究得到了国内外同行的广泛关注并取得了良好的影响。