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含Cu硫化物中S、Fe同位素分馏系数的第一性原理计算

2021-11-23刘善琪梁家新张秋院李永兵

岩石矿物学杂志 2021年6期

刘善琪,梁家新,张秋院,李永兵

(1. 中山大学 地球科学与工程学院, 广东 广州 510275; 2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海519080; 3. 中国科学院大学 地球与行星科学学院, 北京 100049; 4. 中国科学院计算地球动力学重点实验室, 北京 100049)

Cu在自然界主要以硫化物的形式存在,全球Cu储量的近90%来自硫化物,如黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿(Kabata-Pendias and Szteke, 2015; Ober, 2016)。确定硫化物的基本性质尤其是同位素分馏性质是了解铜矿床形成的条件及过程的关键,反之又可以为勘探此类矿床及其后续开采提供依据(Vaughan, 2006)。

利用硫化物中的S同位素分馏来示踪成矿作用过程和成矿物质来源已有很长的历史,但是由于S同位素分馏系数的缺乏以及不同方法确定的分馏系数的差异较大,使得S同位素并不能很好地发挥其示踪作用(Seal, 2006; Marinietal., 2011)。迄今为止只有为数不多的几种含Cu硫化物的S同位素分馏系数得到了确定:Li等(2006)采用改进的增量方法确定了黄铜矿、斑铜矿和方黄铜矿的S同位素分馏系数;Polyakov等(2011)利用黄铜矿中Cu和S的声子态密度计算了黄铜矿的S同位素分馏系数。但是这两种方法确定的S同位素分馏系数有很大差别。大部分含Cu硫化物的S同位素分馏系数有待进一步确定。

近年,斑岩铜矿中硫化物的Fe同位素分馏研究取得了一定进展(Grahametal., 2004; Wangetal., 2018; Heetal., 2020;Tangetal., 2020)。随着MC-ICP-MS测试技术的发展,Fe同位素已被用于探究生物地球化学、热液流体演化、太阳系演化和行星分异等多种自然过程(Dauphasetal., 2017)。所有这些应用都取决于含铁物质Fe同位素分馏系数的确定。斑岩铜矿中含Fe和Cu的矿物主要有黄铜矿、斑铜矿和方黄铜矿(Bergeretal., 2008)。……

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