聶全新

（安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院，安徽合肥230022）

“地質(zhì)、鉆探、化驗鼎足而立，三分天下有其一”，足以說明實驗測試在地質(zhì)行業(yè)的重要性。地球科學(xué)研究所取得的成果均離不開實驗測試技術(shù)的進步，現(xiàn)代礦產(chǎn)地質(zhì)工作面臨著不分地區(qū)、不分礦種、不分專業(yè)的新動向，這就要求實驗測試工作應(yīng)密切結(jié)合地質(zhì)工作的需求，針對“現(xiàn)、散、快、廉、難、全”的地質(zhì)工作新特點研發(fā)相應(yīng)的分析測試技術(shù)與設(shè)備[1]。十余年來圍繞地質(zhì)工作需求的發(fā)展歷程，我國實驗測試技術(shù)也取得了豐碩的成果[2]。

銅陵地區(qū)是我國大型礦集區(qū)之一，雖經(jīng)過多年研究，但礦床成因的爭議仍在進行之中[3-4]。正因如此，多元素同時測試技術(shù)、同位素測試技術(shù)、微區(qū)分析技術(shù)等現(xiàn)代實驗測試技術(shù)在安徽銅陵礦集區(qū)成巖成礦規(guī)律研究中作用發(fā)揮得淋漓盡致。

1 多元素同時測試技術(shù)

全 巖 主 量 元 素（Si、Fe、Al、K、Na、Ca、Mg、Mn、Ti、P等）分析，即硅酸鹽全分析在地球化學(xué)應(yīng)用中，主要是利用其結(jié)果來進行巖石的分類和命名，構(gòu)筑成三角圖解，來推測巖石形成可能的地球化學(xué)過程，投影到實驗確定的相圖上，可獲取巖石形成條件的信息，推測熔融作用的物理化學(xué)條件和熔體隨后的結(jié)晶作用歷史。

例如：全堿-硅圖解（TAS）分類是適合于火山巖分類和命名的分類方案之一，選用硅酸鹽全分析結(jié)果，即Na2O 和K2O 含量之和（全堿-TA）以及SiO2的含量（S），投影到分類圖解上就可以達到巖石分類的目的。然而，傳統(tǒng)手工操作的硅酸鹽化學(xué)全分析，實驗流程長，測試效率低，難以滿足批量樣品的測試要求，而采用現(xiàn)代X-射線熒光光譜法（XFR），不但效率提高10 倍以上，而且精度可達到0.5%，準確度也遠優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

微量元素在巖石學(xué)研究中具有重要的作用，其中稀土元素（REE）分析的精密度和準確度要求最高。這是因為稀土元素的離子半徑和化學(xué)行為的細微差別可造成許多成巖過程中輕重稀土發(fā)生分餾，其中Eu 和Ce 的異常還具有特殊的地球化學(xué)意義。在地球化學(xué)研究中，正是利用了稀土元素分餾特征，結(jié)合活潑元素（Cs、Rb、K、Ba、Sr、Eu）和較不活潑元素（Y、Hf、Zr、Ti、Nb、Ta）的多元素蜘蛛圖解，來討論一套巖石的成因過程。

顯然，傳統(tǒng)的稀土總量及單元素的測定方法分析在精密度、準確度和檢測限方面無法滿足“分餾研究”要求，只有ICP-AES 和ICP-MS 等現(xiàn)代大型儀器的多元素同時分析技術(shù)取得突破并得到全面應(yīng)用，才使得海量的高精度、高準確度的實驗測試數(shù)據(jù)得以積累，地球化學(xué)研究才得以深入。這一點，在銅陵礦集區(qū)侵入巖成因研究及巖漿巖與金礦床的研究中得到充分證明[5-7]。

2 同位素測試技術(shù)

同位素地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)科一個重要分支，已滲透到地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)的各個方面，對解決成巖成礦時代及礦質(zhì)來源等一系列重大基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)問題發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。然而，無論是U-Th-Pb、Sm-Nb、Rb-Sr、K-Ar、Ar-Ar、Re-Os、Lu-Hf 等放射性同位素體系還是C、N、O、S、Si、Li、Fe、Cu 等穩(wěn)定同位素體系的研究應(yīng)用，均離不開超微超純的化學(xué)分離、高精度的質(zhì)譜測量及快速發(fā)展的計算機技術(shù)，現(xiàn)代同位素體系在銅陵礦集區(qū)成礦規(guī)律研究中發(fā)揮了重要作用[8-11]。

2.1 輝鉬礦Re-Os 同位素定年

正因為Re-Os 同位素的化學(xué)前處理及高精度的質(zhì)譜測量技術(shù)的突破，才使得礦床年代學(xué)研究產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，從以往根據(jù)成巖年代間接推測成礦年代發(fā)展到直接測定金屬礦床成礦年代。毛景文等[12]通過對銅陵地區(qū)16 件輝鉬礦樣品進行Re-Os 同位素年代測定，結(jié)果清楚地反映出夕卡巖-斑巖Cu-Au-Fe-Mo 礦床與層控夕卡巖Cu-Au-Mo 礦床為同一時代形成，屬于同一成礦系統(tǒng)，認為作為中國東部大規(guī)模成礦作用的組成部分，長江中下游地區(qū)銅鉬金礦床的形成與巖石圈構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)換之地球動力學(xué)事件相耦合，為中生代第二期大規(guī)模成礦作用的產(chǎn)物。

殷延端等[13]對銅陵姚家?guī)X鋅金多金屬礦進行了輝鉬礦Re-Os 同位素定年研究。結(jié)果表明，姚家?guī)X鋅金多金屬礦形成于早白堊世晚期，并與銅陵礦集區(qū)其他金屬礦床成巖成礦年齡一致。礦床形成于長江中下游燕山期成巖成礦作用的第一期成礦期，處于中國東部區(qū)域構(gòu)造-動力機制轉(zhuǎn)換階段。

2.2 鋯石SHRIMP 及激光燒蝕質(zhì)譜（LA-ICP-MS）技術(shù)

高靈敏、高分辨二次離子探針質(zhì)譜計（SHRIMP）的應(yīng)用，為同位素地質(zhì)學(xué)研究提供一臺利器，促進了我國同位素地質(zhì)學(xué)研究水平邁上了國際先進的臺階。而激光燒蝕多接收質(zhì)譜（LA-MC-ICPMS）技術(shù)廣泛應(yīng)用于高精度的微區(qū)原位鋯石U-Pb 定年及Hf 同位素測定，也同時促進了我國成礦年代學(xué)及成礦物質(zhì)來源研究得以深入與發(fā)展，這項技術(shù)在銅陵礦集區(qū)研究中也得到充分展示。

吳淦國等[14]選取銅陵礦集區(qū)5 個典型的中生代侵入巖體—沙灘腳石英二長斑巖、冬瓜山輝石二長巖、新橋二長巖、鳳凰山花崗閃長巖、小銅官山石英二長閃長巖,進行了系統(tǒng)的SHRIMP 鋯石U-Pb 定年,給出了（151.8±2.6）～（142.8±1.8）Ma 的年齡值,對該區(qū)侵入巖的形成時代提供了精確約束,表明晚侏羅世末是該區(qū)巖漿活動的高峰期。

銅陵獅子山礦田發(fā)育大量巖漿巖，且與礦田中的銅-金-多金屬成礦關(guān)系密切。徐曉春等[15]利用鋯石SHRIMP 同位素精確定年表明，礦田中的巖漿侵位年齡在132.4～142.9 Ma 之間，即晚侏羅世一早白堊世，屬燕山早期晚階段。礦田巖漿巖體是在同期巖漿活動中多次侵位形成的，巖漿侵入活動可以劃分為分別起始于140 Ma 前后和約136 Ma 的早晚兩次。

長江中下游成礦帶銅陵礦集區(qū)內(nèi)的許多礦床皆與中生代巖漿巖的侵入密切相關(guān)，宋揚等[16]選取新橋礦床磯頭巖體為研究對象，進行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年以及巖體地質(zhì)和礦物學(xué)研究。鋯石的高Th/U 比值特征及典型巖漿鋯石環(huán)帶顯示其為巖漿成因。磯頭巖體中主體石英閃長巖16 個測點的加權(quán)平均年齡為（141.6±1.1）Ma，后期侵入的閃長玢巖20 個測點加權(quán)平均年齡為（129.95±0.6）Ma。兩者均形成于早白堊世，礦區(qū)內(nèi)巖漿活動至少有兩期，主巖漿作用為141 Ma。

高精度同位素定年與示蹤結(jié)合多元素同時分析技術(shù)是當今地球化學(xué)研究礦床成因、時空演化、物質(zhì)來源的一個不可或缺的技術(shù)手段。郭維民等[17]對銅陵獅子山礦田侵入巖LA-ICP-MS 定年結(jié)果表明,白芒山輝石閃長巖及冬瓜山和獅子山石英閃長巖結(jié)晶年齡分別為（139.9±1.9）,（138.0±1.7）和（138.4±1.7）Ma。三個巖體均為高鉀、富堿、準鋁質(zhì)巖石,在稀土與微量元素特征上均表現(xiàn)出富集輕稀土元素、大離子親石元素、虧損重稀土元素、高場強元素,弱Eu 負異常等特征。鋯石原位Hf 同位素分析顯示，三個巖體的鋯石Hf 同位素組成均具有較大的變化范圍。冬瓜山和獅子山石英閃長巖具有類似埃達克質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征,如高Sr,低Y,高Sr/Y 比值等。

寧思遠等[18]利用LA-ICPMS 鋯石U-Pb 定年結(jié)合多元素同時分析手段，對成因仍然存在分歧的銅陵寶山地區(qū)的侵入巖和其中的包體進行了系統(tǒng)的礦物學(xué)、巖石學(xué)和元素地球化學(xué)研究。結(jié)果表明:寶山花崗閃長巖和其中的輝石閃長巖包體分別形成于（143.8±3.2）Ma（2σ,MSWD=2.3）和（142.9±2.9）Ma（2σ,MSWD=2.2）,屬于早白堊世;寶山巖體地球化學(xué)特征表明其主體具有典型的埃達克巖特征,如較大SiO2含量變化范圍（52.88%～63.66%）,高Al2O3含量（平均值為16.03%）、高Sr/Y（33.4～102,平均為72.9）和Sr/La 比值,低Y 和Yb 含量、低（La/Yb）N（14.6 ～26.6,平均值為21.4）和K2O/Na2O（平均值為0.39）比值。

2.3 穩(wěn)定同位素體系

穩(wěn)定同位素體系及其近年發(fā)展起來的非傳統(tǒng)Fe、Cu 同位素體系示蹤技術(shù)同樣在銅陵礦集區(qū)成巖成礦規(guī)律研究中發(fā)揮著積極作用。

徐曉春等[19]對礦石礦物中的硫化物和硫酸鹽的硫同位素組成進行了分析研究，認為雖然硫同位素組成特征顯示區(qū)域沉積巖成巖過程中經(jīng)歷了明顯的海水沉積作用和細菌硫酸鹽還原作用,但冬瓜山礦床礦石沒有保存海西期沉積成礦的硫同位素證據(jù)。

劉忠法等[20]對冬瓜山銅（金）礦床不同類型礦體的氫、氧、硫、鉛同位素進行了系統(tǒng)測定，并將冬瓜山銅（金）礦床與銅陵礦集區(qū)內(nèi)典型矽卡巖型礦床的硫、鉛同位素組成進行了對比研究。結(jié)果表明:冬瓜山銅（金）礦床不同類型礦體之間具有相同的物質(zhì)成分來源,不同類型礦礦體的成礦流體主要來源于巖漿水,硫源均為巖漿硫,且與區(qū)域上典型矽卡巖型礦床的硫同位素組成一致。鉛同位素特征表明,不同類型礦體鉛的來源主要為與巖漿作用有關(guān)的幔源鉛。

王躍[21]首次對銅陵礦集區(qū)新橋、冬瓜山和鳳凰山礦床的Fe、Cu 同位素組成進行了系統(tǒng)研究,結(jié)果表明：同一礦床不同礦物和不同礦床的同種礦物的Fe 同位素組成均不同，但三個成因類型相近的礦床具有大致相同的Fe 同位素變化范圍；相對于斑銅礦，共生的黃銅礦顯示系統(tǒng)的重Fe 同位素的富集；相對于黃銅礦,同一樣品中的黃鐵礦富集Fe 的重同位素。三個礦床具有大致相同的Cu 同位素組成變化范圍,整體上呈現(xiàn)出重Cu 同位素富集的特征；相對于斑銅礦,共生的黃銅礦富集銅的重同位素。

3 微區(qū)分析技術(shù)

不僅是多元素同時分析，鋯石U-Pb 定年與Hf 同位素示蹤以及穩(wěn)定同位素體系分析技術(shù)，諸如粉晶X 射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）和高分辨透射電鏡（HR-TEM）、流體包裹體的激光拉曼分析（LRM）、測溫與氫氧同位素測定以及電子探針等微尺度觀察及微區(qū)分析技術(shù)也同樣在銅陵礦集區(qū)成巖成礦規(guī)律研究中得到充分應(yīng)用。

謝巧勤等[22]利用粉晶X 射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）和高分辨透射電鏡（HR-TEM）對新橋硫鐵礦床中的膠狀黃鐵礦物相、形貌、微結(jié)構(gòu)進行研究,認為這些形貌和微結(jié)構(gòu)特征顯示膠狀黃鐵礦為微生物參與的礦化產(chǎn)物；新橋硫鐵礦中膠狀黃鐵礦形貌和微結(jié)構(gòu)差異是其就位空間和演化過程差異所致。該研究為新橋礦床乃至銅陵礦集區(qū)膠狀黃鐵礦成因和成礦作用提供了微尺度的礦物學(xué)支撐。

鄭平等[23]對銅陵地區(qū)胡村銅礦床流體包裹體研究表明，胡村礦床淺部礦體成礦作用主要受溫度控制，銅在高溫狀態(tài)呈遷移狀態(tài)，在水－巖反應(yīng)的影響作用下，大氣降水與成礦流體不斷混合，導(dǎo)致流體體系溫度快速下降，成礦物質(zhì)開始沉淀富集成礦。

楊小男等[24]利用電子探針分析手段,對大團山伴生鉬礦主礦體中硅質(zhì)頁巖、矽卡巖以及黑色碳質(zhì)頁巖中輝鉬礦的分布規(guī)律進行研究,試圖通過其賦存狀態(tài),探討鉬礦化的地質(zhì)背景及成因,以深化對本區(qū)鉬成礦規(guī)律的認識,并為進一步尋找伴生鉬礦床提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語

（1）銅陵地區(qū)是我國大型礦集區(qū)之一，多種現(xiàn)代實驗測試技術(shù)在安徽銅陵礦集區(qū)成巖成礦規(guī)律研究中得到充分的應(yīng)用。

（2）全巖主量元素XRF 分析與微量元素ICP-AES和ICP-MS 的現(xiàn)代儀器同時測定技術(shù)的發(fā)展，無論是在樣品分析測試效率還是在精密度、準確度和檢測限方面，較傳統(tǒng)以手工操作為主的測試方法是一個根本性的改變。

（3）高靈敏、高分辨二次離子探針質(zhì)譜計（SHRIMP）與高精度的微區(qū)原位激光燒蝕多接收質(zhì)譜（LA-MC-ICPMS）技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋯石U-Pb 定年及Hf同位素測定，為同位素地質(zhì)學(xué)研究提供一臺利器，促進了我國同位素地質(zhì)學(xué)研究水平邁上了國際先進的臺階。同位素結(jié)合多元素同時分析技術(shù)是當今地球化學(xué)研究礦床成因、時空演化、物質(zhì)來源的一個不可或缺的技術(shù)手段。

（4）粉晶X 射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）和高分辨透射電鏡（HR-TEM）、流體包裹體的激光拉曼分析（LRM）、測溫與氫氧同位素測定以及電子探針等微尺度觀察及微區(qū)分析技術(shù)在成巖成礦規(guī)律研究中同樣發(fā)揮著重要作用。