含Cu硫化物中S、Fe同位素分馏系数的第一性原理计算

摘要

Cu在自然界主要以硫化物的形式存在,目前只确定了几种含Cu硫化物的S同位素分馏系数以及黄铜矿的Fe同位素分馏系数,而且不同研究者确定的系数有很大的差别,使得S、Fe同位素在研究铜矿床的形成、演化等方面不能很好地发挥示踪作用.因此,本文基于第一性原理计算确定了0～1 000°C温度范围内主要含Cu硫化物的S同位素简约配分函数比(103lnβ34-32),以及Cu-Fe硫化物的Fe同位素简约配分函数比(103lnβ57-54).重S同位素在这些含Cu硫化物中的富集顺序为铜蓝＞方黄铜矿＞黄铜矿≈黑硫铜镍矿＞斑铜矿＞辉铜矿,重Fe同位素在Cu-Fe硫化物中的富集顺序为方黄铜矿≈黄铜矿＞低温斑铜矿＞高温斑铜矿＞中温斑铜矿＞Cu8Fe4S8(中温斑铜矿的可能变体).含Cu硫化物的103lnβ34-32与S原子的配位数、金属-S平均键长、S原子形成的所有化学键的平均键长没有明显的相关性,而Cu-Fe硫化物的103lnβ57-54与Fe—S平均键长基本成线性负相关关系.辉铜矿相变引起的S同位素分馏特别大,而斑铜矿相变时产生的S同位素分馏却可以忽略不计.本文的计算结果将会为探讨斑岩铜矿及其它类型的硫化物矿床的成因提供支持.