发布时间：2025-11-07浏览次数：10
锡石（SnO₂）是全球锡供应链中最重要的矿石矿物，不仅是锡的主要提取来源，还常富集铌（Nb）、钽（Ta）和钨（W）等关键稀有金属元素，具有重要的经济和战略意义。锡石广泛形成于与花岗岩有关的岩浆—热液成矿系统中，显微结构和锡同位素组成可为研究金属沉淀和热液演化过程提供独特视角。然而，以往对锡石的锡同位素分析往往忽略了晶体内部的结构差异，导致对沉淀过程的解释存在极大争议。近日，实验室固定成员倪培教授、王国光副教授团队与李伟强教授联合攻关，在锡同位素原位研究方面取得重要进展。以内蒙古维拉斯托锡多金属矿床为研究对象，从晶体尺度揭示了锡石内部锡同位素显著的异质性，并指出其与晶面交界处的特殊结构有关。这一发现为理解锡的沉淀机制和锡石晶体的生长过程提供了更精细的视角。
本研究选取维拉斯托矿床保存完好的锡石晶体，首次将电子背散射衍射（EBSD）与扫描电镜阴极发光（SEM-CL）结合，识别晶体学取向与扇区边界，在此基础上开展原位微量元素与锡同位素分析，以刻画晶体内部元素—同位素的空间分布特征及形成机制。阴极发光图像显示样品发育明暗扇区结构与生长环带，明暗扇区界面清晰，未见溶蚀、裂隙等后期叠加特征，表明所见结构为连续结晶形成的原生结构。EBSD结果表明晶体以{001}取向为主，并可识别一对{201}的孪晶结构（图1）；CL暗区则主要分布在{001}和{201}晶面交界带。
图1维拉斯托锡石晶体的EBSD解析图以及与CL图像的对比。(a)晶体以{001}取向的扇区为主（粉色），中心及下部可见一对与{201}平行的孪晶（紫色与蓝色）。(b)结合CL图像，可揭示出阴极发光成像的CL暗区形成于不同晶界的相邻区。
实验结果显示，CL暗区相对于CL亮区显著富集W、Nb、Ta等元素，并表现出更重的锡同位素组成。由于CL暗区不是分布在某个晶体方向，故经典的protosite模型难以解释CL暗区Sn同位素更重且富集特定元素这一特征。本研究提出，锡石晶面相邻区易形成位错与晶格缺陷等局部结构复杂性，促进微量元素的选择性进入，并滞留相对较重的锡同位素，从而在晶体尺度形成稳定而可识别的差异特征。基于对锡石晶体核部向边缘的生长环带的系统分析，发现锡同位素与微量元素呈协同演化，体现了封闭体系中锡石连续结晶的瑞利分馏（图2）。
图2维拉斯托锡石晶体环带的同位素地球化学数据综合图
本研究的锡石原位Sn同位素数据揭示CL暗区相对于CL亮区，不是传统认为的多期流体叠加的成果。结合前人发表数据，我们发现，维拉斯托锡矿的形成受控于单一期次岩浆来源热液流体的冷却作用。本研究强调，在开展锡石锡同位素的原位研究之前，应当通过CL与EBSD优先识别扇区结构并评估其对数据解释的影响；在矿床或区域尺度采用溶样锡同位素分析时，也需充分考虑单晶内部的结构差异，以避免由晶体尺度异质性带来的偏差。
以上研究成果发表于国际地球化学顶级期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》，第一作者为南京大学博士生韩亮，通讯作者为王国光副教授。合作者包括南京大学倪培教授、李伟强教授、潘君屹博士、佘加新博士，以及中国科学院广州地球化学研究所谭伟副研究员。研究工作受到国家自然科学基金项目（92062220, 42425301）和中央高校基本科研业务费（2025300349）的联合资助。
文章信息：
Liang Han, Guo-Guang Wang*, Pei Ni, Jun-Yi Pan, Jia-Xin She, Wei Tan, Weiqiang Li.(2025) Crystal-scale heterogeneity of Sn isotopes in cassiterite: Implications for reconstructing ore-forming processes in magmatic-hydrothermal systems. Geochimica et Cosmochimica Acta, 409, 147–162.