锡是一种战略性关键金属，在航空航天和高科技产业领域应用广泛。全球范围内，锡矿主要为岩浆-热液型，其形成通常与高分异还原性（钛铁矿系列）花岗岩有关。然而，制约锡矿形成规模的关键因素长期存在争议；一方面研究认为，锡在流体出溶过程中主要保留于熔体中，可能以岩浆锡石（SnO₂）的形式直接结晶，或先赋存于黑云母、榍石、钛铁矿等矿物中，随后经流体淋滤形成热液锡石（Wei et al., 2024; Schmidt，2018）；另一方面，最新的实验研究表明，高度分异的花岗质熔体出溶的流体可直接携带大量的锡，从而形成热液型锡矿床，而无需额外的外部流体参与发生淋滤作用（Zhao et al., 2022；Keppler and Audétat, 2025）。以上争议导致大型锡矿形成的关键控制因素尚不明确。

图 1. 密坑山火山盆地地质与锡矿分布图

 针对这一科学问题，西北大学地质学系刘鹏教授与包志安高级工程师、袁洪林教授合作，在国内率先开发了锡石高精度原位锡同位素分析方法（Zhang et al., 2023），并在毛景文院士指导下，联合国外多个锡矿研究团队开展了系统研究。该研究基于前期在我国华南密坑山锡矿区（图1）复式岩体中发现的不同类型锡石，开展了锡石微观特征、微量元素、氧同位素和锡同位素研究，取得了以下重要认识：

（1）在复式花岗岩体中识别出不同类型的锡石，并根据阴极发光（CL）图像进一步划分为五个亚类（图2）。这些锡石具有高且不均一的Ta含量和变化的Sn–O同位素组成，揭示其形成于岩浆演化晚期至岩浆期后阶段，是岩浆演化晚期流体参与形成的（图3）。

图  2. （A-C）花岗斑岩中锡石显微照片、BSE图像和CL图像；（D-F）钾长石巨晶细粒黑云母花岗岩中锡石的显微照片、BSE图像和CL图像；（G-I）细粒黑云母花岗岩中锡石的显微照片、BSE图像和CL图像

图 3. 不同锡石中Sn、O同位素以及Ta含量的变化

（2）与锡石平衡流体的δ¹⁸O值明显低于典型岩浆流体，指示在岩浆演化晚阶段已有明显的天水加入。不同类型锡石（Cst-1a、Cst-2和Cst-3a）普遍呈现δ¹²⁴Sn与δ¹⁸O的负相关关系，表明每一次流体脉冲中的锡石沉淀均由低δ¹⁸O的天水混入所触发（图4）。从早期到晚期锡石中 δ¹²⁴Sn 值逐渐降低，揭示出一种受氧化过程控制的花岗岩体内的锡石形成机制。

图 4. 锡石从含不同锡络合物的流体中沉淀时，锡同位素（δ¹²⁴Sn）演化的瑞利分馏模型，以及不同锡石的δ¹²⁴Sn与对应的平衡流体的δ¹⁸O的关系。Cst-1a、Cst-2和Cst-3a中的δ¹²⁴Sn与δ¹⁸O_water呈负相关，表明每组流体中锡石形成都是由于低δ¹⁸O值的大气水的加入

（3）本项研究表明，天水的加入发生在密坑山岩体结晶的晚期阶段。此过程导致温度下降，氧逸度升高，引发Sn⁴⁺转变为Sn⁴⁺，并显著降低了Sn⁴⁺在硅酸盐熔体中的溶解度（图5A），最终促使了锡在花岗岩中呈锡石或其他矿物相结晶析出，从而抑制了锡大规模进入出溶岩浆流体并形成大规模锡矿化；同时，也使花岗岩中的锡含量相对升高（图5B）。相反，若天水的加入发生在锡进入流体（气相）之后，引发的天水与岩浆流体混合，可以导致锡石的大规模沉淀与大型锡矿床的形成。该机制合理解释了为何大型锡矿床的成矿岩体往往具有更低的锡含量（图5B）。

研究最终提出，含岩浆—热液锡成矿系统中天水加入的时机，对锡矿形成的规模具有至关重要的作用。如果天水加入的过早，会导致锡结晶呈矿物相分散在岩体中，若天水的加入发生在锡大规模分配进入流体（气相）之后，将促使大规模锡矿化，并有利于脉状锡矿的形成。

以上研究是我系技术方法引领理论创新的代表之作，此外，基于精细矿物学特征的研究，联合传统与非传统稳定同位素的原位分析方法，对于未来精确揭示此类复杂的岩浆-热液过程的历史至关重要。

图 5.（A）不同氧逸度下SnO₂溶解度与温度的关系；（B）不同规模锡矿锡资源量与成矿有关花岗岩锡含量的关系

研究成果以“Timing of meteoric-water incursion controls the scale of tin mineralization”为题发表于国际学术期刊Geochimica et Cosmochimica Acta，研究得到了国家自然科学基金项目（42130102, 42102080, 42272070）的联合资助。

详细论文和参考文献信息见：Peng Liu^*, Bernd Lehmann, Francois Holtz, Stefan Weyer, Nigel J. Cook, Maria Rosa Scicchitano, Christopher L. Kirkland, Xiaoyan Li, Zhian Bao, Zexian Cui, Franziska D.H. Wilke, Honglin Yuan, Jingwen Mao^*. Timing of meteoric-water incursion controls the scale of tin mineralization. Geochimica et Cosmochimica Acta, https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.10.032