岩浆型铜镍硫化物矿床是世界上铜、镍、铂族元素的最重要来源，具有非常重要的经济意义。这类矿床通常产于基性、超基性岩体中，铜、镍和铂族元素赋存于硫化物中，其典型的硫化物组合为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。因为铁是硫化物的基本组成元素，所以理论上铁同位素可以示踪硫化物熔体如何产生、迁移、定位和富集。但是，目前国际上对岩浆型铜镍硫化物矿床铁同位素的研究很少。
中国科学技术大学地球和空间科学学院特任副研究员丁昕、黄方教授和印第安纳大学Edward Ripley教授及其他合作者，以四川冷水箐铜镍硫化物矿床为例，分析共生磁黄铁矿和黄铜矿的铁同位素组成。冷水箐铜镍硫化物矿床位于四川盐边高家村岩体铁镁质-超铁镁质杂岩体的东侧，是一个含铜镍硫化物矿床的小杂岩体群。本次研究的对象为IV和101号岩体中的浸染状和网脉状硫化物。硫化物以磁黄铁矿为主，伴有少量镍黄铁矿和黄铜矿。共生磁黄铁矿和黄铜矿的铁同位素数值显示两个重要的观测结果。第一，磁黄铁矿d56FePo有很大的变化范围，在-1.25至-0.13‰之间；相应的黄铜矿d56FeCp变化范围也很大，在0.24至1.25‰之间（图1）。全岩S含量大于2 wt%的浸染状和网脉状矿石中磁黄铁矿和黄铜矿的铁同位素均一，D56FePo-sil约为 -0.4‰, 说明硫化物熔体-硅酸盐熔体处于Fe同位素平衡状态。对于全岩S含量小于2wt%的浸染状矿石，其磁黄铁矿d56FePo可以低至-1.25‰。推测这些样品中围岩混染的铁含量相对较高，导致对应的硫化物熔体含有较轻d56Fe值。第二，黄铜矿铁同位素组成比共生的磁黄铁矿铁同位素重，两者的Fe同位素分馏D56FeCp-Po在1.06至1.77‰之间（图2）。推测铁同位素的分馏与硫化物熔体冷凝结晶过程相关，并且很可能是一个普遍的现象。前人大量研究已经表明，高温下硫化物熔体会先形成富Fe单硫化物固溶体，促使剩余的硫化物熔体富集Cu。当温度低于900ºC时，富Cu硫化物熔体结晶为中间硫化物固溶体。当温度低于600ºC时，单硫化物固溶体出溶形成磁黄铁矿和镍黄铁矿；同时，中间硫化物固溶体出溶形成黄铜矿。因为硫化物熔体冷凝过程闭合温度可以低至200ºC，所以共生的磁黄铁矿和黄铜矿产生较大的Fe同位素分馏。
从冷水箐的研究可以看出，铁同位素在岩浆成矿过程中产生的变化受到多方面因素的影响。其变化规律不仅受到壳幔混染，岩浆演化和成矿过程的影响，而且其共生硫化物间可以产生显著的铁同位素分馏。这个研究清楚地说明，在厘清硫化物铁同位素分馏机制的基础上，利用系统的硫化物铁同位素分析可以非常好的示踪成矿过程。
相关成果发表在国际地球化学权威刊物Geochimica et Cosmochimica Acta上，该研究受到国家面上项目（41773003）和安徽省面上项目（1808085MD95）的联合资助。
Xin Ding*, E.M. Ripley, W. Wang, C. Li, F.Huang, Iron isotope fractionation during sulfide liquid segregation andcrystallization at the Lengshuiqing Ni-Cu magmatic sulfide deposit, SW China.Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. 261: p. 327-341.
图1 冷水箐 IV和101号岩体共生磁黄铁矿和黄铜矿的铁同位素柱状图
图2 冷水箐 IV和101号岩体共生磁黄铁矿和黄铜矿的铁同位素组成