长期以来，稳定同位素理论研究和应用被局限于质量数较小的非成矿元素（如C、H、O、S等），随着测试技术的进步，质量数较大的成矿元素（如Cu、Fe等）在近年来逐步得到推广。利用Cu-Fe同位素对岩浆型铜镍硫化物成矿系统中关键的成矿过程/成矿机制进行制约具有明显的优越性。然而，Cu-Fe同位素在岩浆型铜镍硫化物成矿系统是否存在有规律的分馏，如果有，引起同位素分馏的关键因素是什么，这些问题仍不清楚。此外，岩浆通道和隐伏矿体的寻找一直是岩浆型铜镍硫化物矿床研究的热点和难点问题。针对典型的岩浆型铜镍硫化物矿床开展系统的Cu-Fe同位素的联合研究有望对这些关键科学问题提供新的参考。
针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院博士生赵云在薛春纪教授、“金属同位素与壳幔物质循环”求真研究群体刘盛遨教授及其合作者的指导下，以我国东天山图拉尔根大型岩浆型铜镍硫化物矿床为研究对象，系统选取了不同空间位置和矿化类型的矿石开展了黄铜矿的Cu-Fe同位素和全岩的Fe同位素研究。结合PGE、Cu、Ni和S含量，对关键成矿过程导致的Cu-Fe同位素分馏进行了模拟计算，取得的新认识如下：
1、氧化还原状态的改变是引起图拉尔根岩浆型铜镍硫化物矿床中显著Cu-Fe同位素分馏的关键因素（图1）；
2、在硫化物熔离过程中，Fe²⁺为主的硅酸盐矿物结晶和硫化物熔离，导致演化的母岩浆中富集Fe³⁺，氧逸度升高。早期熔离的黄铜矿富集轻Cu和重Fe同位素，而晚期熔离的黄铜矿富集重Cu和轻Fe同位素（图2）；在硫化物分异过程中，单硫化物固溶体（MSS）的堆晶导致系统氧逸度升高。黄铜矿的离子状态由Cu⁺Fe³⁺S₂^2- 逐渐向 Cu²⁺Fe²⁺S₂^2-转变。MSS中的黄铜矿富集轻Cu和重Fe同位素，而剩余硫化物熔体中形成的黄铜矿富集重Cu和轻Fe同位素（图2）；
3、黄铜矿中Cu-Fe同位素的负相关关系（图1）主要受电价平衡控制。
4、镁铁质-超镁铁质岩体中黄铜矿逐渐富集轻Cu和重Fe同位素的方向和全岩Fe同位素变轻的方向可能代表岩浆通道和富镍矿体的位置，而黄铜矿逐渐富集重Cu和轻Fe同位素的方向和全岩Fe同位素变重的方向可能代表富铜矿体的位置（图2）。
该研究不仅准确厘定了氧化还原状态的转变是造成图拉尔根岩浆型铜镍硫化物成矿系统中Cu-Fe同位素显著分馏的关键因素，更深入评价了岩浆型铜镍硫化物成矿系统中关键的成矿过程/成矿机制引起的Cu-Fe同位素的分馏行为及分馏尺度。取得的成果对于完善高温地质环境中Cu-Fe同位素理论体系和促进岩浆型铜镍硫化物矿床的勘查都有一定的参考意义。

图1 图拉尔根岩浆型铜镍硫化物矿床中黄铜矿的Cu-Fe同位素、全岩的Fe同位素组成

图2 图拉尔根岩浆型铜镍硫化物成矿系统演化过程及伴随的Cu-Fe同位素分馏
上述研究成果发表在地球化学国际权威刊物《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Zhao, Y., Xue, C.J*, Liu, S.-A.*, Mathur, R., Zhao, X.B., Yang, Y.Q., Dai, J.F., Man, R.H., Liu, X.M. (2019). Redox reactions control Cu and Fe isotope fractionation in a magmatic Ni–Cu mineralization system. Geochimica et Cosmochimica Acta, 249, 42-58. [IF2017=4.690]
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703719300018

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