研究方法和有关计算公式

发布网友 发布时间：2022-04-20 06:01

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热心网友 时间：2022-05-23 13:52

为了便于下文论述，在此部分详细介绍文中研究涉及的测试过程、实验方法、步骤、仪器条件和主要计算公式。

1.样品的前期处理

对野外采集的样品进行手标本照相之后，选取各个矿床具有代表性的样品送河北廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司分别磨制薄片、光片和包裹体片；并根据不同的测试目的分别碎样，制备全岩样品和单矿物样品。全岩样品直接粉碎至 200 目，而石英、锆石、硫化物样品则经过碎样→清洗→粗选→电磁选→人工挑选等一系列手段分选出纯度大于98%的单矿物。

2.流体包裹体研究方法

包裹体片的观察、照相、激光拉曼测试和显微测温工作在中国地质科学院矿产资源研究所流体包裹体实验室完成。首先利用光学显微镜观察流体包裹体岩相学特征，划分包裹体类型和共生组合，并圈定包裹体较大且集中区域开展显微激光拉曼测试和显微测温工作。

流体包裹体激光拉曼测试使用仪器为英国Reinshaw公司生产的System—2000型显微共焦激光拉曼光谱仪，有关工作参数为：光源采用Ar⁺激光器，波长为514.5 nm，激光功率为20 mW，光谱分辨率为1～2 cm^-1，内置CCD探测器。

显微测温使用仪器为英国Linkam公司生产的THMSG600型冷热台，可测温范围-198～+600℃，均一温度重现误差±1℃，冰点误差温度±0.1℃。在测温之前利用标准样品对冷热台进行了温度校准，包裹体测温时，设置的升温/降温速率一般为10℃/min，在相变点温度附近，升温/降温速率降到＜1℃/min。流体包裹体盐度、密度和压力可通过下列方法获得。

（1）对于NaCl-H₂O型两相包裹体，流体包裹体盐度可利用Bodnar（1992）提供的冷冻温度-盐度换算表通过测定的冰点温度获得。流体包裹体密度（ρ）可用刘斌等（1999）提供的公式计算，如下：

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

式中：ρ为流体包裹体密度（g/cm³），t为均一温度（℃），A、B、C为盐度的函数。当含盐度（s）＜30%时，

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

流体包裹体均一压力可用Bain（1964），Haas（1976）等推倒的公式计算，具体公式可参见刘斌等（1999）。均一压力值也可通过Bischoff（1991）提供的T-ρ相图近似求得，与公式求得的压力值接近。

（2）对于CO₂-H₂O-NaCl型包裹体，流体包裹体盐度可利用Collins（1979）提供的公式计算，如下：

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

式中：s为含盐度（%NaCl_eq），t为CO₂笼合物融化温度。

流体包裹体总密度（ρ）的计算公式如下：

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

式中：ρ为流体总密度（g/cm³）；X_CO为CO₂气液相均一时CO₂相的充填度，可在显微镜下目估；ρ_CO为CO₂气液相均一时CO₂相的密度，由CO₂相均一温度和均一方式决定；ρ_aq为CO₂气液相均一时水溶液相的密度，具体公式可参见刘斌等（1999）。流体包裹体完全均一压力可用Brown et al.（1989）提供的相图近似求得。

包裹体的气液相成分群体分析在中国科学院地质与地球物理所矿物资源探查研究中心完成的，具体操作步骤、试验条件、精确度等如下：

（1）样品清洗。取40～60 目纯石英样品1.5 g，在干净烧杯中加入1∶1 的HNO₃ 在60～80℃下加热12 h；用蒸馏水清洗4～6 遍，用蒸馏水浸泡，以后每天清洗一次；一周后在60℃恒温下干燥直到把样品烘干。

（2）气相成分的提取和测试（朱和平等，2003）。统一取定量的样品 10～50 mg，将清洗干净的样品放入石英管内，逐渐升温到 100℃抽真空，待分析管内真空度为 6×10^-6Pa 以下时测定，以 1/3S℃的速度升温到 500℃，采用加热爆裂法提取气体。然后用四极质谱仪测试包裹体的气相成分，四极质谱的型号为日本真空技术株式会社生产的 RG202 型。工作条件为：SMZ 电压-1.76 V；电离方式 EI；离子电压 50 eV；测量速度 50 ms/amn；真空度 5×10^-6Pa。仪器重复测定精密度＜5%。

（3）液相成分的提取和测试。取清洗干净的样品1 g 在马福炉中爆裂 10 min，石英样品的爆裂温度选择 500℃，然后加入 5 mL 蒸馏水、超声离心（震荡 10 min）；最后取离心后的清液到离子色谱中测量阴、阳离子成分。采用的离子色谱（Ion Chromatograph）仪是日本岛津公司（SHIMADZU）生产的 HIC-6A 型 C-R5A色谱处理机；淋洗液是2.5 mM 邻苯二甲酸-2.4 mM 三（羟）甲基氨基甲烷；流速为阴离子 1.2 mL/min，阳离子 1.0 mL/min；重复测定精密度小于5%。

3.氢、氧、硫、铅同位素研究方法

同位素的测试分析在中国地质科学院同位素地球化学开放实验室完成，具体操作步骤、试验条件、精确度等如下：

（1）样品清洗。为消除与石英共生的硫化物连晶，将石英单矿物置入用 60～80℃的稀*溶液浸泡 12 h，然后用去离子水冲洗，并以超声波离心仪清除杂质，重复去离子水冲洗和超声波离心处理 6次，直至 WFX-110 原子吸收光谱仪显示淋液不含离子，最后烘干得到可供分析的石英单矿物样品。硫化物的清洗：用丙酮洗去表面有机物，再用蒸馏水冲洗，最后在烘箱中 60℃烘干。

（2）测试物的制备。①流体包裹体中水的氢同位素：把分选的单矿物在 105℃以下烘干后，在真空系统中逐步加热抽走次生包裹体的水，加热至 600℃使其中的包裹体热爆，释放的水通过收集、冷凝和纯化处理，然后用锌置换出水中的氢，对获得的H₂进行质谱分析。②石英的氧同位素：首先用 BrF₅在 500～550℃条件下与石英矿物反应15 h，然后用液氮将产生的O₂纯化，最后在 700℃将O₂转变为CO₂而用于质谱分析。③硫化物的硫同位素：首先用氧化亚铜在 980℃条件将硫化物的硫氧化为 SO₂（方铅矿为850℃），（用 V₂O₅石英砂在 980℃条件还原硫酸盐中的S），然后将释放的 SO₂用液氮冻入样品管并纯化，获得供质谱分析用的 SO₂。④硫化物的铅同位素：首先用 HNO₃-HF 混合溶液溶解硫化物，用过阴离子交换树脂提取Pb，以硅胶做发射剂，用单铼带在 MAT261 热离子质谱仪上测试铅同位素组成。

（3）仪器型号及精度 氧、氢、碳、硫同位素组成都是用MAT251EM气体质谱仪对步骤（2）中获得的气体进行测试，以 V-SMOW 标准报出氢氧同位素组成，以 VCDT 标准报出硫同位素组成。测试精度分别为±0.2‰（δ¹⁸O），±2‰（δD），±0.2 ‰（δ¹³C），±0.2‰（δ³⁴S）。铅同位素是以硅胶做发射剂，用单铼带在MAT261 热离子质谱仪上测试的。标样为 NBS981，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb 和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb 的分析精度在 2σ水平上分别为 0.1%、0.09%和 0.30%。

根据测定的石英氧同位素，利用石英-水之间的氧同位素平衡分馏方程，计算得到与之平衡的流体的氢同位素值，公式如下：

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

式中T为均一温度（单位K）。目前关于流体包裹体中岩浆水和变质水的氢氧同位素组成的区间范围，不同研究者给出了不同的端元值，本文采用的是Hoefs（1997）提供的各成因水的范围。

铅同位素参数²³⁸U/²³²Th比值（μ值）和铅两阶段模式年龄是采用Ludwig（2001）提供的ISOPLOT2.49程序计算。

4.铷-锶、钐-钕同位素研究方法

铷-锶、钐-钕同位素是作者在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室亲自完成，试验流程如下：在大约100 mg全岩粉末样品中加入适量的⁸⁷Re^-84Sr和¹⁴⁹Sm^-150Nd混合稀释剂和纯化的HF-HClO₄酸混合试剂后，在高温下完全溶解。Rb-Sr和REE的分离和纯化是在装有2 mL体积AG 50W-X12交换树脂（200～400目）的石英交换柱进行的，而Sm和Nd的分离和纯化是在石英交换柱用1 mL Teflon粉末为交换介质完成的。Sr同位素比值测定采用Ta金属带和Ta-HF发射剂，而Rb、Sm和Nd同位素比值测定采用双Re金属带形式，测量仪器为MAT262热电离质谱计。分别采用¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd=0.7219和⁸⁶Sr/⁸⁸Sr=0.1194校正测得的Nd和Sr同位素比值。Rb-Sr和Sm-Nd的全流程本底分别为100 pg和50 pg左右。¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd和⁸⁷Rb/⁸⁶Sr比值误差（2σ）小于0.5%。化学流程和同位素比值测试可参见Chen et al.（2002）文献。正文中有关参数的计算公式如下：

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

北山南带构造岩浆演化与金的成矿作用

式中：下标sa、chur、DM、cc分别代表样品、球粒陨石、亏损地幔和上地壳；（λ⁸⁷Rb）=1.42×10^-11/a，（λ¹⁴⁷Sm）=6.54×10^-12/a，（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_chur=0.512638，（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）_chur=0.1967，（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）_cc=0.118，（¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd）_DM=0.2136，（¹⁴³Sm/¹⁴⁴Nd）_DM=0.513151（Faure，1986；郑永飞等，1999）。

5.全岩的主量、微量和稀土元素测试

文中拾金坡岩体的主量、微量和稀土元素均是在国家地质测试中心分析完成。其中，主量元素FeO采用容量法，CO₂采用电导法，H₂O⁺采用重量法，其他主量元素采用X射线荧光光谱仪分析；微量元素Au采用原子吸收法，Cr、Ni、Ga、Rb、Th、U、Nb、Ta和Sc采用等离子质谱法，Ba、Sr、V采用等离子光谱法；稀土元素采用等离子质谱法测定。

文中新老金厂矿床地层的主量、微量和稀土元素是在核工业北京地质研究院测试中心完成。其中，主量元素采用X射线荧光光谱法测定；微量和稀土元素采用等离子质谱法测定。

文中用于稀土元素球粒陨石标准化的数值引自Taylor et al.（1985），用于微量元素原始地幔标准化的数值引自Wood et al.（1979）（转引自Rollison H R.1993）。

6.锆石的SHRIMP测试

用于SHRIMP测试的锆石上机前的样品靶制备由北京离子探针中心的实验人员完成，样品靶制备完成后进行透射光、反射光和阴极发光扫描电镜显微照相，以选择合适的测试点位置。测试点原则上选择颗粒较大、自形、清晰锆石的无包裹体、无裂纹区进行分析。SHRIMP上机测试由笔者在北京离子探针中心完成。样品靶的详细制备过程可参见宋彪等（2002）文献，SHRIMP测试的详细流程和原理可参见Williams I S et al.（1987）文献。一次离子流强度约7.4 nA，加速电压10 kV，样品靶上的离子束斑直径约25～30 μm，质量分辨率约5000（1%峰高）。应用澳大利亚国家地质标准局标准锆石TEM（年龄417 Ma）进行元素间的分馏校正，并用澳大利亚国立大学地学院标准锆石SL13（年龄572 Ma，U含量238 μg/g）标定待测锆石的U、Th和Pb含量。数据处理由万渝生研究员采用ISOPLOT3.0程序帮助完成。