Hg同位素特征及其在矿床中的应用

汞同位素地球化学因其特有的性质而成为众多非传统稳定同位素中备受关注的一种。汞（Hg）是唯一在常温下以气态和液态形式存在的金属元素，在自然界有196Hg、198Hg、199Hg、200Hg、201Hg、202Hg和204Hg七个稳定同位素，是少数存在显著同位素质量分馏和非质量分馏的金属元素之一。目前已报道的δ202Hg和Δ199Hg差异分别可达20‰和10‰ 。然而，由于汞是一个备受关注的全球性污染物，当前汞同位素地球化学研究的重点主要集中在环境污染和人体健康领域。

 

汞同样是亲硫元素，常常在热液硫化物矿床中富集。汞及其化合物具有极强的挥发性和穿透性，往往能在热液矿床周边形成地球化学晕，因此汞在热液矿床勘查中常被作为重要的指示元素 (Holland, 1972；Bingqiu et al., 1986；Nelson, 1990)。虽然当前仅有少量的文献对热液矿床的汞同位素地球化学特征进行了报道 (如Smith et al., 2005；Sherman et al., 2009；Yin et al., 2016, 2019；Tang et al., 2017；Zheng et al., 2018；邓昌州和尹润生, 2019)，但这些研究成果显示汞同位素在热液矿床中存在显著的差异，指示汞同位素在示踪成矿过程和物质来源方面具有较大的应用潜力。

 

前人研究表明，自然界汞同位素非质量分馏主要与地表的光化学作用有关 (Bergquist and Blum, 2007；Zheng et al., 2009；冯新斌等, 2015)。在不同的储库中，汞同位素Δ199Hg值变化可达10‰。具体而言，火山和岩浆中的汞Δ199Hg值趋近于0，而全球大气和陆地系统（植物、土壤等）中Δ199Hg<0，海洋系统（海水、沉积物、生物）则Δ199Hg值>0 (Sherman et al., 2009；Gratz et al., 2010；Sherman et al., 2010；Sonke, 2011；Fu et al., 2014；Yin et al., 2014a；Zheng et al., 2018；Yin et al., 2019)。上述研究表明，汞同位素非质量分馏特征可为示踪热液矿床成矿物质来源（陆源、海源或岩浆源）提供重要的科学依据。

 

利用汞同位素非质量分馏判断成矿物质来源和矿床成因的研究在国内已经得到有益尝试，并展现出广阔的应用前景。Yin et al. (2014，2016) 发现热液和沉积成因的煤矿床和VMS、SEDEX、MVT等类型铅锌矿床中汞同位素非质量分馏具有很大的差异，可以用来指示矿床成因和物源。Tang et al. (2017) 通过对金顶Pb-Zn矿床硫化物汞同位素研究，推测成矿物质源自沉积地层。Xu et al. (2018) 通过对成都地区铅锌矿硫化物和围岩内汞同位素非质量分馏对比研究，认为成矿物质源于变质基底而非沉积地层。Fu et al. (2019) 根据锡矿山锑矿床汞同位素非质量分馏特征，推测锑矿源自区域变质结晶基底。Deng et al. (2021) 对黑龙江省首个二道坎大型银矿床中的围岩和矿石开展了Hg同位素研究显示，矿石和早期热液矿物（磁铁矿、黄铁矿和石英）显示负的δ202Hg值 (-1.52 to -0.18‰) 和正的Δ199Hg (-0.03- +0.17‰) 值，与东北地区俯冲相关的浅成低温热液金矿床以及海相沉积物Hg同位素特征一致。矿区晚期热液矿物方解石显示弱负到正的δ202Hg (-0.61- +0.90‰)和负的 Δ199Hg值 (-0.18 to -0.02‰)，与晚中生代围岩地层Hg同位素组成相似(δ202Hg, -1.09- +0.76‰; Δ199Hg, -0.09- +0.04‰)。矿区蚀变辉长岩和闪长岩Hg同位素组成变化较大（δ202Hg：-1.83- +0.50‰；Δ199Hg：-0.14- +0.15‰），与矿石和围岩Hg组成区域重叠，指示其中所含Hg具有混合来源。根据上述特征推测，矿石和早期热液矿物中Hg可能源自俯冲洋壳，而晚期热液矿物方解石中Hg可能源自围岩地层。

 

 

具体请参看原文，DengChangzhou ,Li Chenglu , RongYimeng , et al. Different metal sources in the evolution of an epithermal ore system:Evidence from mercury isotopes associated with the Erdaokanepithermal Ag-Pb-Zn deposit, NE China. Gondwana Research, 2021,(95 ):1–9.