Nano-SIMS技术在地质中的应用——以泥堡金矿为例

李 军 梁金龙 赵 静

成都理工大学地球科学学院 四川成都 610000

Nano-SIMS开始主要应用于空间科学和生命科学，随着空间分辨能力和同位素分析精度的提高,在地质科学中的应用也越来越广泛。它的分析模式主要有点分析、面分析（图像分析）、线分析等。与传统的扫描电子显微镜和电子探针等分析手段相比较，Nano-SIMS最大的优势在于可以在（亚）微米尺度上观察分析环带中的元素分布特征，尤其是高精度的同位素分析能力，对热液矿床的成矿流体来源的研究起到了很大的促进作用。

成矿物质来源是矿床的主要研究方向之一。对于金属硫化物矿床，示踪热液中硫的来源，对判别金属成矿物质来源及热液矿床成因具有重要的指示作用。目前国内的硫同位素研究更多的是将整个矿石进行硫同位素分析，并未将不同阶段的硫化物分别测试，获得的数据也是混合一起，并不能准确区分成矿流体的来源，其分析结果也是不够严谨。对于卡林型金矿而言，载金矿物黄铁矿多数发育环带结构，且金以“不可见金”形式赋存于黄铁矿及毒砂中。传统的硫同位素分析方法由于不可弥补的缺陷存在，无法将不同阶段、不同成矿期次的载金矿物区分开，不利于准确地判断成矿物质的来源，而纳米二次离子质谱测试技术（Nano-SIMS）则有在不同环带的黄铁矿中测定硫同位素的能力，因此本文利用Nano-SIMS在划定的不同成矿期次和阶段基础上，对载金矿物黄铁矿进行了硫同位素测定，并结合前人的研究成果来以探讨泥堡成矿流体的来源。

一、矿床地质特征

泥堡金矿是黔西南的典型的卡林型金矿，它以沉积岩容矿和微细粒金为特征，主要赋存于碎屑岩和碳酸盐岩中，并伴随着强烈的去碳酸盐化作用[1-2]。它位于贵州省普安县和兴仁县的交汇处，在区域上泥堡金矿与烂泥沟、水银洞、丫他等金矿床相邻，大地构造位置上，位于扬子陆块与右江造山带过渡区的扬子陆块一侧[3-4]。矿区地层主要有中二叠统茅口组和大厂层、峨眉山玄武岩组、龙潭组等。

二、样品采集及分析方法

本次试验选择泥堡金矿的代表性原生矿石样品送至北京地质博物馆标本厂磨制成薄片。在对黄铁矿详细的镜下观察和背散射电子图像（BSE）的基础上，挑选载金黄铁矿送至中国科学院地质与地球物理研究所纳米离子探针实验室完成原位硫同位素微区测试。采用仪器为CAMECA Nano-SIMS 50L，测试条件为：实验轰击电压为16KV，计数时间为150s，束斑直径为50nm。有关实验仪器和具体的分析测试方法详见，有关仪器和测试方法详细情况详见文献[5]。

三、分析与讨论

一般认为地球上的硫主要有三种不同的来源：①岩浆硫，34S值以0±3‰为特征；②海水硫，地质历史时期的海水硫同位素组成随时间推移发生变化，通常以较大的正值为特征；③沉积硫，或生物硫，34S值可在一个较大的范围之间（-40‰～+50‰）变化，硫同位素组成变化极大[6-8]。矿床中的硫可以是单一来源，也可以是不同来源的混合。

通常通过实验手段得到的 34S值并不是成矿物质沉淀富集成矿时系统的热液流体体系的 34S值，在成矿热液流体沿着断裂、褶皱等控矿构造进行迁移时，成矿物质的沉淀富集会受到如温度、氧逸度、PH等诸多因素的影响。大量的研究结果表明：泥堡金矿床成矿流体具有中低温（120-300℃），中低盐度（0.5-11.0w t%NaCl），富含 CO2、H2S，弱酸性（pH=6.7-7.2），低氧逸度的特点，而成矿热液流体中的硫主要以HS-、S2-等形式存在，所以热液中沉淀形成的黄铁矿与流体系统具有相似的 34S值。因此，Nano-SIMS测试技术得到的 34S值基本可以代表成矿流体中硫同位素的组成。

由表1和图1可以看出，凝灰岩载金胶状黄铁矿的中心地带的 34S值为5.98～8.66‰，平均值为7.33‰，边缘位置(裂纹之外)的 34S值为5.23～7.81‰，平均值为6.12‰，表明胶状黄铁矿的中心位置和边缘的硫都主要来自岩浆硫，可能也有部分海水硫的加入，显示了泥堡金矿的成矿流体主要来自于岩浆活动产生的热液硫体。为了研究泥堡金矿的成矿作用与区域岩浆活动关系，前人做了大量的工作，其主要集中在地球化学特征和流体包裹体，以及地质年代学方面。矿床的微量元素和稀土元素测试结果表明，热液作用是成矿过程中重要影响因素[9]。泥堡金矿凝灰岩包裹体测试结果显示，黄铁矿中的硫与玄武岩中的硫可能都来自幔源[10]。本文研究表明，凝灰岩胶状黄铁矿的硫主要来自岩浆硫，可能也有部分海水硫的加入，表明泥堡金矿床的成矿流体与岩浆活动有关，区域的岩浆活动不仅提供了足够的热源，还带来了丰富的成矿物质，为矿床的形成创造了有利的条件。

表1 泥堡金矿黄铁矿硫同位素分析结果

图1凝灰岩胶状黄铁矿硫同位素分布

四、结论

（1）纳米二次离子质谱技术(NanoSIMS)因其空间高分辨率，准确的分析精度等特点在地质科学中的应用越来越广泛，尤其在同位素示踪方面。

（2）原位硫同位素分析表明：凝灰岩载金胶状黄铁矿的中心地带的 34S值为5.98～8.66‰，平均值为7.33‰，边缘位置(裂纹之外)的 34S值为5.23～7.81‰，平均值为6.12‰，表明胶状黄铁矿的核部和边缘的硫都主要来自岩浆硫，可能也有部分海水硫的加入，显示了泥堡金矿的成矿流体有多种来源混合的特点。

（3）泥堡金矿成矿流体主要来自于岩浆活动，区域的岩浆活动仅提供了足够的热源，还带来了丰富的成矿物质，为矿床的形成创造了有利的条件。

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