硫同位素特征

如题所述

根据佛子冲矿田和东桃矿床90多件样品硫同位素测试数据,作者编制了硫同位素组成直方图(图5.13),佛子冲矿田硫同位素组成呈陡立的塔式分布,硫化物δ34S值集中分布于0~+4‰之间。东桃矿床硫化物δ34S值在0~+3‰之间较集中,与佛子冲矿田相似。

图5.13 佛子冲矿田硫同位素组成直方图

1.方铅矿;2.闪锌矿;3.黄铁矿;4.黄铜矿

佛子冲矿田和东桃矿床中共生闪锌矿和方铅矿矿物对的硫同位素测试见表5.7,可以看出,佛子冲矿田中热水沉积型矿石和叠生改造型矿石硫同位素组成差别不大,显示硫的来源相似或具有继承性。共生矿物对中δ34SSp>δ34SGn表明,共生的闪锌矿和方铅矿在形成时基本上达到了同位素分馏平衡。根据实验公式:ΔSp-Gn=6.6×105/T2-0.57,可计算出同位素平衡温度。佛子冲矿田中热水沉积的浅色闪锌矿和方铅矿矿物对Δ闪-方值明显高于叠生改造成因的铁闪锌矿和方铅矿矿物对,根据前者计算的同位素平衡温度(215~224℃)明显低于根据后者计算的同位素平衡温度(337~397℃)。东桃矿床硫同位素平衡温度则更低(116~157℃)。

关于佛子冲矿田硫同位素组成,过去的研究多认为其特征与深源硫相似,并主要来自燕山期岩浆源。但作者认为,矿物硫同位素组成不仅与硫的来源有关,还受成矿地质环境、物理化学条件、矿物种类等多方面因素的制约,这些因素共同影响硫同位素分布及其均一化程度,考虑到佛子冲矿田的形成与早志留世热水沉积成矿作用有关,因此须结合具体成矿事件对硫同位素组成及其初始来源进行分析。

Sangster曾对形成于显生宙的100 多个块状硫化物矿床硫同位素数据进行统计,发现Sedex型和VMS型两类块状硫化物矿床的硫和同期海水的硫在同位素组成上有一定相关关系,并且这种关系与石油中的硫和同期海水的硫在同位素组成上的相关性非常相似,因此认为这些块硫化物矿床中的硫来源于同期海水硫酸盐(乌尔夫,1980)。

表5.7 闪锌矿—方铅矿矿物对硫同位素平衡温度计算结果

由于化学沉淀作用不产生显著的同位素分馏,因此从海水中沉淀形成的硫酸盐矿物的硫同位素组成近似于硫酸盐沉淀时海水的同位素组成。根据这一特点,许多研究人员对古海洋的硫同位素组成进行推算,数据显示,不同地质时代海洋硫酸盐的硫同位素组成是变化的,早古生代层控海相硫化物矿床的平均δ34S值与同期海水硫酸盐的δ34S值对比显示(表5.8),从寒武纪→奥陶纪→志留纪,海水硫酸盐δ34S值是逐渐降低的,而硫化物矿床δ34S值则以奥陶系层控矿床最高,志留系层控矿床最低(接近零)。佛子冲矿田硫同位素组成与志留系层控海相硫化物矿床恰好吻合。

表5.8 早古生代层控海相硫化物矿床平均δ34S值与同期海水硫酸盐及石油的δ34S值对比

(据乌尔夫,1980)

一些专家指出,海水化学环境对块状硫化物矿床的硫源及其同位素组成产生明显的影响。强烈的海底热水活动,常导致海水成层分布(这一现象在红海海渊现代卤水池可以见到),上部为氧化层,主要含硫酸盐;下部为还原层,主要为H2S或硫化物。成矿流体倘若是由还原层海水补给形成的,或者成矿溶液在海水还原层内排泄成矿,这种类型的块状硫化物矿床的δ34S值表现为变化范围窄,且接近于零的特点。倘若成矿流体是由氧化层海水补给的,或者在氧化层内排泄成矿,矿床硫同位素组成则以变化范围宽为特征。佛子冲矿田热水沉积成矿环境可能与前一种情况相似。

有关层控矿床中还原态硫的形成机制尚有不同看法,目前被人们广泛接受的机制主要有三种:其一是硫酸盐的细菌还原机制。其重要特征是初始硫酸盐与最终产物H2S之间有很强的稳定同位素分馏。由此形成的H2S和最终产物(如方铅矿、黄铁矿等)将富集32S,δ34S多为偏离零值较远的负值。由于硫酸盐还原细菌的存活温度小于90℃,该机制适用于5~85℃环境;另一种机制是有机物中H2S的热释,即沉积物从埋深200米开始,分散的有机质即发生热分解作用,放出H2S。据石油硫同位素组成分析,其δ34S值多分布在-5‰~+10‰范围;还有一种机制是硫酸盐的热还原,反应至少100℃以上才能进行。研究证实,δ34S值为+20‰的海水硫酸盐,在温度大于250℃时,经无机热还原作用,其δ34S值可变化于-7‰~+20‰,峰值位于+5‰~+15‰范围(胡受奚等,1982)。

推断佛子冲矿田硫的最初来源与早志留世热水沉积成矿事件有关,成矿热液中的还原态硫主要来自基底地层及海水硫酸盐,来自地层的硫与还原性热液的淋滤作用有关,来自海水的还原态硫可能与硫酸盐的热还原机制有关。由于成矿流体在还原性海底环境排泄成矿,形成了δ34S值变化范围窄且接近于零的特点。

根据叠生改造型矿石硫同位素组成与热水沉积型矿石相似的特点,推断叠生改造成矿期硫的来源主要由热水沉积型矿石及地层沉积物中的硫衍生而来,而燕山期岩浆岩也有提供少量硫源的可能性。

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