LA-ICPMS和SIMS硫化物微量元素和硫同位素原位分析

　　硫化物(特别是黄铁矿)可形成于各类地质环境中，在金属矿床的成矿早期一直延续到成矿后期。在观察原生硫化物及其在成岩后的变质作用、热液交代作用下生成的增生边、重结晶的次生硫化物时，通过光学显微镜和背散射图像，根据矿化、蚀变期次及矿物共生组合，可将不同结构的硫化物划分为不同期次的产物，再与LA-ICPMS硫化物原位微量元素点分析数据和面扫描图像相对应，就可知悉不同期次的硫化物各自的地球化学特征，即硫化物的地球化学分带性，这对研究沉积作用、变质作用、岩浆作用、热液交代作用如何影响硫化物中微量元素(例如Au元素)的富集行为至关重要。

　　对于金矿床来说，通过研究硫化物中不同微量元素与Au富集行为的耦合程度，有助于探讨Au在硫化物中的赋存形式及Au在硫化物晶体中的置换反应。藉由LA-ICPMS点分析的时间分辨(time-resolved)信号谱图，还可以获得硫化物样品在同一位置不同深度上的元素丰度分布，进一步讨论Au在硫化物中的赋存状态。

　　微量元素在硫化物中主要有三种赋存形式：

　　(1)以固溶体的形式赋存在硫化物晶格中，不可见;

　　(2)纳米级的矿物包裹体(包裹体直径<0-1μm，如自然金或硫化物Fe-As-Sb-Pb-Ni-Au-S)，不可见;

　　(3)微米级的矿物包裹体，可见。

　　值得注意的是，这里的“可见”与“不可见”是相对于1930年的显微镜观测水平界定的，“不可见金”

　　这一表述最早是由Bürg在1930年使用的。通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)，直径数十纳米级的矿物包裹体现在已经可以被直接观测。若微量元素以固溶体形式赋存在硫化物晶格中，原来硫化物的晶格将被扭曲变形，通过特定区域的电子衍射谱图(SAED)可以直接观测晶格是否发生扭曲。

　　俄罗斯某金矿 层状黄铁矿-石英脉中赋存的黄铁矿核部LA-ICPMS时间分辨输出信号谱图

　　在LA-ICPMS的时间分辨信号谱图上，若某微量元素的信号强度随剥蚀时间的增加而保持平缓或近似平缓，显示束斑剥蚀的纵深线上成分保持均匀性，一般认为该元素可能以固溶体的形式赋存在晶格中;抑或以微米级的硫化物包裹体存在，包裹体中该元素总量少于LA-ICPMS的检测限，信号也不会随时间发生大的波动。

　　若某微量元素的信号强度随剥蚀时间的增加而出现峰值，则指示着富含该元素的微米级矿物包裹体的存在。Large et al. (2007)采用这种方法确定了微米级的富含Bi-Ag-Au-Te的方铅矿包裹体(图)和富含Au-Te-Ag矿物包裹体(图4b)的存在。这种方法的缺点是不能区分微量元素在硫化物中上述第(1)和第(2)种赋存方式。尽管如此，该方法现被广泛应用于Au在硫化物中的赋存形式的判断。

　　节选自：范宏瑞等. 2018. LA-(MC)-ICPMS和(Nano)SIMS硫化物微量元素和硫同位素原位分析与矿床形成的精细过程. 岩石学报, 34(12): 3479-3496

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