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吴亚飞(博士研究生),李建威 等 资源学院/GPMR国家重点实验室 Geology, Available online 2 May 2019. Gold, arsenic, and copper zoning in pyrite: A record of fluid chemistry and growth kinetics

近日,我校资源学院和GPMR国家重点实验室李建威教授团队在国际地质学顶级期刊Geology上发表了关于热液黄铁矿中复杂成分环带形成机理与控制因素的研究成果。论文第一作者吴亚飞是我校与澳大利亚科廷大学联合培养的博士研究生,通讯作者为李建威教授。

地壳中流体的循环导致了能量和物质的迁移与成矿,从流体中结晶的矿物显微结构(如显微环带)和成分信息是揭示成矿流体组成、性质及演化的关键。目前对于矿物成分环带的形成机制争议很大,一般认为其形成与不同性质的外部流体加入有关,或受控于局部的晶体生长界面动力学因素。因此,对不同类型成分环带及其控制因素的精细研究是深入理解流体性质、演化和矿物-流体界面动力学过程的关键。然而受分析方法的限制,迄今为止对成分环带形成过程的详细研究还很缺乏。

李建威教授团队以西秦岭造山带大桥超大型浅成造山型金矿床为研究对象,利用NanoSIMSAPT(原子探针)等高分辨率观测和分析测试技术对热液含金黄铁矿中复杂的成分环带进行了精细的显微结构和微量元素组成分析。结果显示,微米级的成分环带与流体成分的快速变化有关,后者可能受水力压裂作用造成的动荡流体环境影响。然而在单一成分环带的内部,微米-亚微米尺度的Au, As, Cu扇形环带的形成则受控于黄铁矿不同晶面的结构特征。这些元素在微米尺度上的不规则、补丁状结构与原子尺度上的均一到岛状分布特征受黄铁矿晶格位错造成的异质外延层状-岛状生长(SK)模型的控制。此外,由Au, As, Cu等元素组成的纳米级韵律环带受控于黄铁矿晶体-流体界面的元素自组织配分作用,与低温条件下晶体生长界面的离子扩散速率受限有关。

本项研究不仅首次揭示了不同晶体生长界面动力学因素对矿物成分环带形成的控制,而且为理解这些近乎同时的、多种局部过程与外部流体过程的相互作用,以及地壳中具有复杂成分环带的矿物结晶过程提供了新思路和新途径。此外,环带矿物晶格中元素固溶体在纳米尺度上的高度不均一性还表明在LA-ICP-MS SIMS成分分析过程中,将剥蚀曲线上的尖峰图谱解释为微细矿物包裹体的做法值得重新审慎思考。

论文信息:

Title: Gold, arsenic, and copper zoning in pyrite: A record of fluid chemistry and growth kinetics

Authors: Ya-Fei Wu, Denis Fougerouse, Katy Evans, Steven M. Reddy, David W. Saxey, Paul Guagliardo, Jian-Wei Li*

Source: Geology, Available online 2 May 2019

论文链接:https://doi.org/10.1130/G46114.1