第七届青年地学论坛

Sn是一种重要的战略性关键金属，其成矿过程与流体作用密切相关，明确Sn在热液和蒸汽中的赋存形式是认识其成矿机制以及将Sn同位素应用于矿床学研究的基础。目前学界对于成矿流体中Sn的赋存形式仍然存在争议，微观定量信息的不足也限制了对于Sn同位素分馏机理的深入理解。本研究通过基于密度泛函理论的分子动力学模拟和静态计算，探明了成矿流体中液相、气相Sn⁴⁺/Sn²⁺—Cl^-配合物的种类、结构及其稳定性。结果表明Sn(IV)—Cl配合物SnCl₆^2-、SnCl₄(H₂O)₂和Sn(II)—Cl配合物SnCl₃^-、SnCl₂(H₂O)、SnCl(H₂O)₂⁺均可在热液流体中稳定存在，气相条件下Sn(IV)主要以SnCl₄的形式赋存、Sn(II)物种SnCl₂和SnCl₂(H₂O)可以共存。以此为基础，我们计算了上述Sn—Cl配合物以及代表性含Sn矿物（SnO₂、CaSnO₃、SnO）的Sn同位素约化配分函数比（β因子），结果表明在相同物态下Sn(IV)物种比Sn(II)物种更加富集Sn的重同位素，相同价态下Sn重同位素富集顺序为含Sn矿物 > 气相物种 > 液相物种。
基于上述计算模拟结果，我们根据流体包裹体数据估算了不同温度下流体中Sn的溶解度，并通过蒙特卡洛方法建立了流体成矿过程中Sn同位素的输运—反应模型，得到了流体成矿过程析出锡石的Sn同位素分布，并与文献报道的天然锡石Sn同位素分布相比较。比较结果制约了锡石形成过程中Sn的赋存形式，表明在锡石形成之前Sn在流体中以+4价态赋存，具体形式为SnCl₄和SnCl₄(H₂O)₂。

锡、成矿流体、赋存形式、同位素平衡分馏、第一性原理计算、分子动力学模拟