用激光烧蚀方法对地壳热液系统流体包裹体进行微量分析

国外地学动态课题组译 李万伦审

通过LA-ICP-MS 可对微观流体包裹体进行定量分析,以提高我们对流体- 岩石相互作用和矿床形成的认识。通过空间分布分析可以跟踪在结构复杂的岩脉中和沿着流体通道发生的流体化学演化。该方法可以分析化学成分(例如Br/Cl)和同位素示踪剂,识别流体源区和瞬时流体的流动。研究表明,选择性金属富集流体控制岩浆热液和沉积岩型矿床的形成,并且硫在地壳流体中金属的分配、运输和沉淀过程发挥着决定性的作用。

1 引言

来自一个样品中可能不同世代包裹体的此类平均数据,只能提供有关流体- 岩石系统的时空演化的很少信息。因此,人们开发了依据其结构特点对单一流体包裹体进行多元素定量分析的方法。LA-ICPMS以其高效率、高灵敏度和可用于多元素定量分析,现在已成为在流体包裹体多元素分析中使用最广泛的方法。

2 通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法进行流体包裹体微量分析

尽管分析方面取得了一定进展,来自流体包裹体的短暂和高度瞬态信号仍然是单一收集器质谱分析和数据量化需要面对的主要挑战。

3 变质流体的化学成分

3.1 碱金属和碱土金属元素

碱金属和碱土金属的浓度与总盐度相关,并与更广泛地质环境中岩石缓冲(rockbuffering)
的总体趋势相一致。

3.2 硼、砷、锑

诸如B、As 和Sb 之类的元素是变质流体的特征。硼的浓度在200 ppm和1500 ppm 之间相当窄的范围内变化(图1)。
图1 不同类型地壳流体中的硼浓度的范围

图1 不同类型地壳流体中的硼浓度的范围

3.3 铜、铅、锌

贱金属Cu、Pb 和Zn 的浓度为1~10 ppm 数量级,这些元素在盆地和基底内的流体系统中的浓度要高得多(几百至上千ppm),它们自身就跟沉积岩型Pb-Zn 和Cu 矿床有关。

3.4 硫

在中央阿尔卑斯山亚绿片岩相和更低级的绿片岩相岩脉中,硫浓度沿着进变质序列从100 ppm 到300 ppm 系统性地升高,但是在角闪岩相岩石中的岩脉中可高达3500 ppm。

3.5 金

测量的Au 浓度非常低,在3~30 ppb 量级,并且比假定金属Au 饱和时计算出的Au 溶解度低了一个到三个数量级(图2B)。计算出的金溶解度与第一次实验研究结果一致,后者用LA-ICP-MS 对合成的流体包裹体进行微量分析,发现Au 在高温变质条件下具有很高的溶解度。
图2 来自中央阿尔卑斯山变质岩穹窿内贫矿裂隙型脉体中的遭受岩石缓冲的变质流体
图2 来自中央阿尔卑斯山变质岩穹窿内贫矿裂隙型脉体中的遭受岩石缓冲的变质流体包裹体里的硫(A)和Au(B)的计算浓度与测量浓度对比

4 岩浆- 热液流体

在成功研发用于流体包裹体微量分析的LA-ICP-MS 技术后,岩浆- 热液型成矿流体成为了第一研究目标。LA-ICP-MS 方法对于解释天然样品中的岩浆- 热液过程具有特别大的效力。

5 在矿床形成过程中盆地与基底的相互作用

通过将矿石金属含量与典型的遭受岩石缓冲的地壳流体中的金属浓度进行对比,可以进一步获得对沉积岩型的Pb-Zn、Cu 和U 矿床中成矿流体最终来源的认识(图3)。
图5 不同类型地壳流体的(A)m(Zn)/ m(Cl)比和(B)m(Pb)/ m(Cl)比值,
图5 不同类型地壳流体的(A)m(Zn)/ m(Cl)比和(B)m(Pb)/ m(Cl)比值

6 今后的工作

一个主要挑战是如何分析总溶解质含量偏低的小型(小于10 μm)流体包裹体,因为这些包裹体在许多火成岩、变质岩和沉积岩中普遍存在,并且在世界级热液矿床的重要类型中也普遍存在。另一个主要挑战是要可靠而准确地量化用LA-ICP-MS 测得的流体包裹体
数据。在高温高压实验过程中捕获流体与熔体的合成包裹体为实验地球化学提供了新的方法。最终LA-ICP-MS 微量分析应当为了解在地球内部的极端条件下存在的难以磨灭物质中的微量元素地球化学提供可能。

Thomas Wagner et al. Microanalysis of Fluid Inclusions in Crustal Hydrothermal Systems using Laser Ablation Methods. Elements, 2016, 12(5): 323-328.

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