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OGR：GenesisGEO飞秒助力中南大学石英层状矿床成因研究——石英微量元素分析精准解决方案

来源：本站编辑

发布时间：2025-02-14

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近日，有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学)在Ore Geology Reviews期刊发表了题为“Quartz geochemical constraints on the origin of stratabound deposits, Eastern China: Insights from the Xinqiao deposit”（《石英地球化学层状矿床成因的制约：来自中国东部新桥矿床的启示》）的最新研究成果，该研究结果突显了石英内部结构和微量元素地球化学在揭示矿化过程中的应用价值，并为长江中下游成矿带层状矿床及全球类似成矿环境中的矿床成因提供了新的见解。

研究背景

层状矿床作为重要的矿产资源，其成因的研究一直是地质学领域的热点问题。中国东部发育多个大型的层状矿床，且层状矿体下盘多发育网脉状矿化。尽管早期研究提出下盘网脉状矿化可能与海地喷流作用有关，但具体成因仍不清晰。为了破解这一成因谜团，研究人员通过石英矿物的地球化学特征，尤其是利用fsLA-ICP-MS技术对新桥层状矿体下盘网脉状矿化三世代的石英（Qz1、Qz2、Qz3）进行微量元素分析，追踪矿化过程中的温度波动和流体成分变化。微量元素（如Al、Ti、Ge等）的变化，帮助科学家揭示了岩浆热液流体的演化过程，从而更清晰地理解了矿床的成因。

图1.新桥矿床下盘网脉状矿化石英的阴极光发光（CL）图像。（a）第一世代石英（Qz1），呈暗色CL，显示出被第二世代（Qz2）和第三世代（Qz3）交代；（b）第二世代石英（Qz2)具有明显的振荡环带，并与无定形黄铁矿共生；（c）和（d）第三世代石英（Qz3）显示出轻微的振荡环带。白色箭头指示石英晶体向脉中心的生长方向。

石英微量元素分析

石英的微量元素分析通过飞秒激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（fsLA–ICP–MS）进行。分析在上海凯来谱科技有限公司进行。使用的仪器为Agilent 8900三重四极质谱仪，配备Genesis GEO型号的飞秒激光烧蚀系统。激光烧蚀分析采用50 μm的光斑尺寸、5 J/cm²的能量密度和2 Hz的激光重复频率，每次烧蚀持续45秒。测定的元素包括锂（Li）、镁（Mg）、铝（Al）等元素。以国际标准参考材料NIST616、NIST614、NIST612和ARM-3作为外部标准，每10个样本点后分析一次标准。实验数据通过Iolite4软件处理，采用多外部标准归一化方法。

研究成果

01石英矿物的三世代特征

通过对三世代石英（Qz1、Qz2、Qz3）微量元素进行飞秒激光剖析电感耦合等离子体质谱（fsLA–ICP–MS）分析，发现三世代石英普遍富含Al、Na、K、Mn和Li,含量平均值＞10ppm，但Nb和Cs的含量较低（＜0.1ppm）。不同石英世代之间存在明显的地球化学差异，尤其是在铝（Al）和钛（Ti）含量方面，显示出不同石英代的形成温度和流体成分变化。从第一世代至第三世代石英，Al和Ti的含量逐渐增加，尤其在Qz2中，Ti含量最高。Qz2和Qz3中观察到的震荡环带结构归因于Ti含量的变化。这些微量元素的变化为矿床成因提供了有价值的地球化学证据，也展示了fsLA-ICP-MS在矿物分析中的强大应用潜力，能够精确追踪矿化过程中的流体变化与温度波动。

图2 新桥下盘网脉矿化石英三世代的微量元素含量

02矿化过程的温度和流体成分波动

Qz1和Qz2的形成温度较高，超过400°C，而Qz3的温度则低于350°C。温度的变化反映了矿化过程中热液流体温度的波动，揭示了流体演化的动态过程。随着矿化进程的推进，流体成分发生变化，从而影响了不同代石英的成分特征。例如，Qz3的石英形成时流体中的成分呈现出更多大气水的迹象，表明流体成分发生了显著变化，而温度波动与流体成分变化密切相关。这些发现为矿床的热液活动及其成因提供了强有力的证据，指出岩浆热液系统和大气水的相互作用在矿化过程中起到了关键作用。

图3. 下盘网脉状矿化石英的代表性时间分辨信号。(a) Al和Ti的稳定信号对应于这些元素在石英中的均匀分布；(b) Mg的信号峰，提示石英中存在含Mg的包裹体。

03矿化过程的成因与流体来源

根据Al和Ti含量、Al/Ti比以及低Mn、As和Sb含量的分析结果推测，下盘网状脉的矿化可能起源于早白垩世岩浆热液流体，而非海底喷流作用所形成。通过fsLA-ICP-MS对石英中微量元素（如Al、Ti、Li等）的分析，揭示了矿化过程中流体的高温脉冲，表明矿化作用受到了热液流体与外部水源（如大气水）的交互作用影响。根据Qz1到Qz3的微量元素（Al、Ti和Ge）变化，pH值和温度的波动被归因于岩浆热液流体与大气降水的混合，并在Qz3的结晶过程中转变为以大气水为主。

图4. 散点图显示了新桥矿床脚墙脉中三代石英的微量元素相关性。(a) Al 与 K，(b) Al 与 Li + Na + K + Rb + Cs，(c) Al 与 Sr，(d) Al 与 Ge。

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GenesisGEO创新应用 /Science Technology

GenesisGEO飞秒激光剥蚀系统作为飞秒激光剖析电感耦合等离子体质谱（fsLA–ICP–MS）技术的核心设备，能够高精度地分析石英中的微量元素，进而揭示矿化流体成分的时空演化。作为全国首台全自研飞秒激光系统，GenesisGEO打破了进口设备的垄断地位，标志着国产高端分析仪器的技术突破，为地质科研提供了自主可控的技术工具。