Mo同位素地球化學綜述

（東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013）

近年來，隨著樣品純化技術的改進以及MC-ICP-MS的發展，其高電離率和穩定的質量分餾行為特點，使得Mo同位素組成的高精度測量成為可能。Mo同位素的研究也廣泛發展起來，并成為近年來發展起來的穩定金屬同位素（非傳統）地球化學的熱點，可用來示蹤各種地質過程：古環境演化（周煉等，2008）、成礦物質來源（宋世明等，2011）、海洋Mo的循環（溫漢捷等，2010；劉潔等，2015）等。

1 Mo同位素地球化學特征

Mo有7種穩定同位素：92Mo（14.84%）、94Mo（9.25%）、95Mo（15.92%）、96Mo（16.68%）、97Mo（9.56%）、98Mo（24.13%）和100Mo（9.63%）。Mo同位素存在約8.00%的原子量差異，以及存在多個價態和容易形成共價鍵，而發生質量分餾。Mo同位素主要來源于風化和侵蝕含Mo的巖石、礦物和低溫熱液的輸入。

在氧化條件下，水體中的Mo同位素因鐵錳（氫）氧化物吸附作用而發生分餾，較輕的Mo同位素富集在鐵錳（氫）氧化物中，而較重的Mo同位素留在水中（張羽旭等，2008）；在還原條件下，水體中H2S和HS-的含量影響著Mo同位素分餾，從而使Mo的化學形式發生變化，MoO42-向MoXS4-X2-（x=0-3）轉變，溶解Mo并進入沉積巖中（周煉等，2007）。

2 Mo同位素測試方法

Mo同位素一般采用δ值來表示樣品與標樣之間的同位素組成差異，常用98Mo/95Mo或97Mo/95Mo來表示，即表達方式為：

δ98（97）Mo/95Mo=

[(98（97）Mo/95Mo)樣品/(98（97）Mo/95Mo)標樣-1]×1000

使用MC-ICP-MS儀器測量不同類別的地質樣品的Mo同位素的值之前，需要對樣品中的Mo同位素進行樣品消解、分離提純，以及后續的MC-ICP-MS儀器質量矯正。樣品消解常用HCl、HNO3、HF和王水等試劑進行微波消解和灰化，需要在通風良好的環境下操作。可采用陰、陽離子交換樹脂雙柱法方法分離提純的方法提純樣品，以去除同質異位素的干擾和減少基體成分的影響，保證樣品的分析精度。純化后的樣品溶液進入MC-ICP-MS儀器后，離子之間的化學效應會引起同位素質量分餾，可以使用采用元素內標法進行矯正。

3 Mo同位素在自然界中分布

海水：大陸地殼在風化過程中，產生高價態的Mo以MoO42-的形式溶于水中并隨著河流進入海洋。Mo具較高濃度以及較長的滯留時間，這使得全球海水中Mo同位素組成非常的均一，其δ97/95Mo的值為1.55‰±0.17‰（溫漢捷等，2010）。

Fe-Mn氧化物：Fe-Mn氧化物是海水Mo質量平衡的重要儲庫，在現代海洋中其δ98/95Mo的值變化范圍為-0.09‰～-0.8‰，與Mo的濃度無關。

火成巖：火成巖中的俯沖帶玄武巖的δ98/95Mo分布范圍在-0.09‰～0.25‰。深部物質上升到地表過程中，Mo以MoX+（X=4、6）形式溶于花崗巖巖漿，形成Mo的硅酸鹽和Mo-OH硅酸鹽的化合物。吉黑東部地區的斑巖型鉬礦床的δ98/95Mo值（0.17‰～1.49‰）均略高于花崗巖，推測成礦物質來源于巖漿-熱液作用的殼源花崗巖（侯雪剛，2018）。

碎屑沉積巖：不同的沉積環境下形成的碎屑沉積物具有不同δ98Mo變化范圍，可以指示沉積環境的氧化還原條件。揚子克拉通北緣的二疊紀晚期峨眉山地幔柱的噴發過程中，古海水產生的大量硫化氫與同期海相沉積巖明顯偏正的δ98Mo有一定相關性（周煉等，2008）。

黑色頁巖：在還原條件下，水中的Mo同位素富集于黑色頁巖中；隨著環境的發生改變，不同地質時期的δ98/95Mo也發生了改變，可以用來示蹤黑色頁巖被俯沖之后的演化過程。

隕石：在地球的氧逸度相對較低的時候，Mo酶通過催化作用參加生物的生命演化過程。而隕石提供高價Mo同位素：在動力學作用下，氧化型的CK隕石存在的高價態Mo同位素發生揮發，Mo同位素出現偏正分餾，較輕的Mo同位素優先丟失，而較重的Mo同位素相對較富集（張英男等，2016）。

4 Mo同位素的分餾機制

在氧化環境下，Mo同位素因鐵錳（氫）氧化物吸附作用而發生分餾，較輕的Mo同位素富集在鐵錳（氫）氧化物中，而較重的Mo同位素留在水中，分餾可以達到3‰，并且海水中Mo同位素分餾在地質歷史時期中是恒定的（朱祥坤等，2013；張明亮等，2017）。在缺氧環境下的Mo同位素分餾介于氧化和硫化環境之間，缺少氧氣和硫化氫而使Mo同位素分餾受阻，則可能會生成中間的硫代硫酸鹽（MoO4-XS2-X）（朱祥坤等，2013）。

5 Mo同位素在地質中的應用

5.1 示蹤古環境演化

古大陸邊緣碎屑沉積巖的Mo同位素變化與區域構造活動及產生的環境效應存在一定的相關性，可以作為指示區域古環境演化的有效示蹤劑。測定揚子克拉通古大陸邊緣二疊紀晚期的Mo同位素在硫酸鹽還原作用產生的HS-作用下而富集，并恢復了不同時期沉積巖的有機碳埋藏速率（周煉等，2008）。

5.2 示蹤成礦物質的來源

大降坪黃鐵礦礦床的Ⅲ號礦體δ97/95Mo為-0.02‰～0.29‰，與來源于海底熱液的輝鉬礦Mo同位素相似；Ⅳ號礦體δ97/95Mo為-0.70‰～0.62‰，變化范圍較大，其成礦流體的氧化還原性質發生了改變，其為后期熱液改造而成礦（宋世明等，2011）。

5.3 示蹤海洋Mo的循環

海洋中Mo的循環受到海水的氧化還原條件和Mo同位素分餾特性影響。華南下寒武統地層的Mo同位素組成范圍變化較大，其δ97/95Mo值為-0.3‰～1.4‰，總變化為1.7‰；整個地史時期海水的Mo同位素組成變化基本與沉積環境的氧化還原變化有關，沉積物比值變化影響Mo同位素組成，而沉積物比值則與大氣和海洋中氧化還原狀態有關（溫漢捷等，2010）。

貴州織金地區的非靜海相磷礦的研究剖面的δ98Mo值的變化范圍為1.07‰～2.45‰，平均為1.77‰±0.08‰，其古海洋的δ98Mo的數據偏向于2.45‰那一端元的同位素，與現代海洋的δ98Mo值（約2.34‰）很相近，表明早寒武世的全球海洋的氧化程度已經接近現代海洋的氧化程度水平；而δ98Mo的數據偏向于1.07‰那一端元同位素則被鐵錳氧化物吸附而沉淀（劉潔等，2015）。

6 結語與研究展望

Mo同位素與其他非傳統穩定同位素相似，可以用來示蹤各種地質過程和演化歷史：古環境演化、成礦物質來源和海洋中Mo的循環等。雖然近年來Mo同位素得到快速的發展以及廣泛的應用，但是原始數據的積累還是較少，前人的研究內容主要集中在：Mo同位素分析方法、Mo同位素儲庫的調查、Mo同位素分餾機理、Mo同位素在地質中的應用；隨著MC-ICP-MS的發展，可以精確地測定Mo同位素，并有望在礦床學、古環境和巖石學等領域獲得更多的應用。