辽宁第Ⅳ金刚石成矿带东部潘家沟辉绿岩中铬铁矿的矿物化学特征及其意义

辽宁省永宁地区因发现原生金刚石而被划分为辽宁第Ⅳ金刚石成矿带,但尚未厘定出金刚石的来源,有必要加强对与金刚石伴生的指示矿物的研究。对该成矿带东部潘家沟地区辉绿岩中选获的铬铁矿开展电子探针成分分析,并与辽宁典型金伯利岩管中的铬铁矿成分进行对比,以探讨该地区铬铁矿的成因及其与金刚石的关系。根据铬铁矿样品电子探针背散射图像显示的粒径、形态及熔蚀特征,以及铬铁矿电子探针成分测试显示的高Cr、富Mg、低Al及贫Ti的特征,推测该地区的铬铁矿来自地幔捕掳晶,属于镁铬铁矿亚类,主要为镁铁-铬铝铁亚种和镁铁-铬铝亚种。计算得到铬铁矿的形成温度为1 252~1 307℃,与前人报道的瓦房店典型金伯利岩中铬铁矿的形成温度基本一致,也接近金刚石的形成温度,表明潘家沟地区辉绿岩中铬铁矿的成因与金刚石关系密切,该地区具有良好的金刚石成矿潜力和找矿前景。研究成果对潘家沟地区金刚石原生矿的勘查及探明该地区金刚石的来源具有指导意义。

黏土矿物-微生物相互作用机理以及在环境领域中的应用

黏土矿物与微生物在自然环境中广泛共存。二者之间的相互作用影响着环境中的能量流动与元素循环。黏土矿物能够给微生物提供物理或化学保护,提高微生物对外界胁迫和干扰的抵抗能力。黏土矿物同时还能给微生物提供营养元素,促进其新陈代谢过程。黏土矿物中的结构铁是微生物铁氧化还原循环的重要电子供/受体。在氧化还原的环境中,多种铁还原/铁氧化细菌可以通过还原氧化黏土矿物中的结构Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ),进而获得能量进行生长。在氧化还原过程中,微生物也可以通过溶解、转化、沉淀等作用改变黏土矿物的晶格结构及物相,或是产生新的次生矿物。黏土矿物-微生物相互作用在碳、氮、硅、磷等重要生命元素的地球化学循环中扮演着重要角色。黏土矿物可以通过吸附有机碳,降低有机碳的生物可利用性,减缓其矿化速率。在氧化还原波动的环境中,黏土矿物还可以通过活化分子氧,产生强氧化性自由基氧化降解有机质,提高其生物可利用性。黏土矿物还会吸附生物胞外酶,影响胞外酶降解有机质的效率。微生物通过耦合黏土矿物中铁氧化与硝酸盐还原,铁还原与氨氧化等过程影响氮循环。黏土矿物对磷的吸附以及风化过程中硅的释放影响着微生物的代谢活性。黏土矿物-微生物相互作用在重金属固化稳定、有机污染物降解、杀死病原菌等方面也有广泛的应用。

攀西某钒钛磁铁矿中钛的赋存状态研究

对攀西某钒钛磁铁矿化学组成、矿物种类及含量、含钛矿物能谱微区成分、矿石中TiO_(2)的平衡概算、含钛矿物产出形式、钛铁矿粒度及解离度等进行详细研究,查清了矿石难选的原因,综合分析了钛精矿的技术指标以及影响选钛效果的主要矿物学因素,可为开发利用攀西某矿产资源提供详细的科学依据。

若干黏土矿物的基础和应用研究

黏土矿物储量丰富且具有独特的微观结构和物理化学性质,其资源开发和高值化利用具有重要意义。然而,黏土矿物基础理论,特别是成分、结构及性能之间关系缺乏深入探究,在新型功能材料方面的应用受到一定的限制。本文将作者团队近几年来针对若干黏土矿物基础和应用两方面的研究成果进行了归纳总结。基础研究方面主要介绍了高岭石层堆垛有序-无序与结晶度、蒙脱石层间阳离子的能量及占位、坡缕石原矿的物相定量分析以及坡缕石八面体阳离子占位等。基于上述理论研究,进一步探讨了黏土矿物在固态电解质、发光材料、相变储能材料、膜材料以及环境材料的制备和应用,提出了现行研究存在的问题并展望了未来发展方向,以期对黏土矿物及矿物材料的研究提供一定的参考。

2011年全球发现的新矿物种

在系统梳理2011年度全球发现并经国际矿物学协会(IMA)新矿物与矿物分类命名专业委员会(CNMNC)批准的122个新矿物种资料的基础上,从矿物名称、晶体化学式、晶系和空间群、晶胞参数、主要粉晶数据、物理性质、光学性质、产地与产状、与其他矿物种的关系、矿物名称来源、化学反应和光谱学特征等方面归纳总结了这些新矿物的重要矿物学特征。并按照中国新矿物及矿物命名专业委员会颁布的《矿物种汉名审订条例》,对122个新矿物种的中文名称进行了审订。通过适时公布国际新矿物工作的新进展和新成果,并逐步完善和规范矿物种中文译名体系,为我国新矿物的发现和研究提供有科学价值的参考和借鉴,不断推动矿物种中文译名规范化与标准化的进程。

辽宁翁泉沟硼铁矿的选矿工艺矿物学研究

采用X射线衍射、镜下鉴定、扫描电镜、矿物参数自动分析系统、化学成分分析等研究了辽宁翁泉沟硼铁矿的化学成分、矿物组成及含量、主要矿物产出形式等,查明了各目的矿物之间的嵌布关系等特性,以及影响选矿效果的主要矿物学因素,并提出了相应的选矿方法。

2022年,中国新矿物的丰收年

2022年,中国新矿物成果捷报频传,可谓中国新矿物丰收年。根据国际矿物协会新矿物及矿物分类命名专业委员会(IMA CNMNC)最新公布的2022年全球新矿物资料(Bosi et al.,2023;Miyawaki et al.,2022a~2022f),中国2022全年共发现新矿物20种(表1),数量首次超过世界新矿物强国之一的俄罗斯,位列世界第二。

石榴子石中的“水”揭示喜马拉雅错热锂辉石伟晶岩快速形成

东西向延伸近2500km的高喜马拉雅淡色花岗岩带不仅是新生代印度-欧亚板块碰撞的产物,同时也与多种稀有金属矿床密切相关。近期,在高喜马拉雅中部的错热地区发现了多条锂辉石伟晶岩脉,为研究该地区岩浆分异演化过程、探索错热地区锂辉石伟晶岩成岩成矿时限提供了新材料。本文对该地区各类型淡色花岗岩及锂辉石伟晶岩中的石榴子石进行电子探针和傅里叶变换红外光谱分析,研究表明:错热地区花岗岩-伟晶岩体系中石榴子石属于岩浆成因的铁铝榴石-锰铝榴石系列,且可能存在多种OH取代机制;石榴子石主量元素及水含量记录了岩浆演化历程,水含量受Si、Fe、Ca、Mn影响;伴随岩性从石榴子石白云母花岗岩向锂辉石伟晶岩分异演化,石榴子石逐渐富锰、富水;在伟晶岩侵位后,还可能与围岩发生了混染并发生了流体丢失,导致石榴子石边部贫锰、贫水。此外,石榴子石氢扩散模拟可用于限定伟晶岩形成时限,热模拟结果显示2.5m宽的错热锂辉石伟晶岩脉自720℃侵位温度冷却至岩体中心温度低于450℃仅需24天,表明错热锂辉石伟晶岩冷却迅速,具有快速的形成速率。另外,石榴子石水含量与MnO/(MnO+FeO)值呈正相关关系,高水含量(>0.04%)的锰铝榴石可能是喜马拉雅伟晶岩Li-Be矿化的潜在指示标志。

硼的地球化学特征及富集成矿机制

硼是一种关键的非金属战略矿产资源,广泛应用于化工、冶金、建材、纺织和核技术等领域,其在新兴战略产业中的重要性日益凸显。本文综述了硼的地球化学特性、同位素分馏行为及全球主要硼矿的分布与成因机制。硼在自然界中的分布存在显著差异,地壳中的含量明显高于地幔。在不同地质过程中,硼元素经历了分异作用,导致不同岩石单元的硼同位素发生分馏。硼在地壳中的超常富集过程会形成硼酸盐矿物,这些矿物的形成条件(包括温度、压力和氧逸度)对于硼矿床成因研究具有重要意义。本文探讨了几种主要硼矿床的矿物组成及其成因机制,包括火山沉积型、现代盐湖型、海相蒸发盐型、矽卡岩型和沉积-变质型矿床。此外,中国的硼矿类型也十分丰富,其中最重要且储量最大的硼矿床为辽吉地区的沉积-变质型和青海-西藏地区的盐湖型硼矿床。文中详细介绍了这两类硼矿床的矿物组合特征、产状、年代及成矿模式,并对未来研究中存在的关键科学问题进行了梳理。

花岗质岩石中黑云母成分区域性变化对深部物质示踪及成矿的约束:以秦岭地区为例

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸性岩中常见的暗色矿物,也是指示成矿可能性的重要矿物之一。因此,本文对秦岭该期花岗质岩石中黑云母成分开展研究,为解决该问题探索新途径。对秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母成分的研究结果显示,北秦岭和南秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成物理条件存在系统差异,揭示其岩浆物源有别,进而制约了其成矿种类特征。北秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母的成分和形成条件变化范围小,以MgO(8%~13%)、TiO_(2)(3%~5%)和Cl(0.02%~0.6%)含量较高,F(0.2%~0.4%)含量较低,以及较高的氧逸度(log f O_(2)值为-16.96~-14.62)和温度(682~771℃)为特征;而南秦岭的成分和形成条件总体变化范围较大,具有MgO(3%~15%)、TiO_(2)(2%~4.5%)、Cl(0.01%~0.18%)含量较低,F(0.1%~1.6%)含量较高,以及较低的氧逸度(log f O_(2)值为-20.88~-15.08)和温度(536~754℃)。此外,研究还显示,黑云母的形成压力与岩浆演化程度和矿物组合相关,当岩石中出现黑云母+白云母±石榴子石组合时,压力较高。秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成条件的差异,特别是氧逸度和Cl含量的明显不同,揭示各自的成矿种类和成矿潜力不同,如北秦岭较高的氧逸度和Cl含量,形成铜矿的潜力比南秦岭大。同时,两个构造单元中黑云母的成分差异,还揭示了岩浆物源及深部物质组成的不同,即北秦岭比南秦岭具有更为年轻的地壳,这与区域同位素填图示踪的深部物质组成差异基本一致。由此可见,对区域上同时代花岗质岩石中黑云母成分的研究,不仅可以揭示岩浆演化、岩浆结晶过程物理化学条件等,还可示踪深部物质组成的空间变化与差异及成矿种类和潜力,有望成为探测深部物质组成的新方法和了解区域成矿背景和潜力的新途径。

富钴黄铁矿中钴微-纳米尺度赋存状态:以大横路铜钴矿为例

黄铁矿是重要的载钴矿物,自然界钴矿床中富钴黄铁矿的Co含量可达10%~20%,明显超出实验岩石学和理论计算获得的黄铁矿溶解Co的能力。目前,这些富钴黄铁矿溶解过饱和Co的机制以及Co过饱和黄铁矿是否出溶方硫钴矿尚不清楚。为探讨以上问题,本文选取吉林大横路Cu-Co矿中富钴黄铁矿为研究对象。能谱元素面扫描和电子探针分析结果显示,大横路富钴黄铁矿中Co呈不均匀分布且无规律,单颗粒Co含量变化范围较大(Py108为4.31%~9.74%、Py110为4.54%~8.83%),Co的不均匀很可能与黄铁矿的生长过程和结晶环境有关。透射电镜和原子探针分析结果显示,纳米尺度富钴黄铁矿中Co呈均匀分布,未见富Co的包裹体和方硫钴矿出溶体,Co以类质同象的形式替换Fe存在于富钴黄铁矿中。根据以上结果,我们认为大横路富钴黄铁矿中溶解过饱和的Co很可能与微晶尺寸效应有关,亚稳态Co过饱和FeS_(2)-CoS_(2)固溶体可以长期保持不变。

基于渐进多粒度训练深度学习的矿物图像识别

近年来,随着深度学习在地学领域中的应用,矿物图像识别变得越来越重要。虽然已经有研究将深度学习应用于矿物图像识别,并取得了一定的成果,但在大规模矿物数据集上的识别准确率仍然有待进一步提高。不同矿物之间可能存在细微的形态、纹理和颜色差异,符合细粒度识别算法特征,但以往的研究中很少有人采用细粒度方法进行矿物识别。所以本文提出了一种基于Next-ViT模型的细粒度矿物识别方法,通过引入渐进式多粒度训练拼图技术,实现对矿物图像的精确分类。首先采用Next-ViT模型作为特征提取器,该模型结合了Transformer结构和卷积神经网络的优势,能够提取到丰富的图像特征;接下来利用随机拼图生成器创建不同粒度级别的矿物拼图,这些拼图包含从细节到整体的多种信息。训练过程中采用渐进式多粒度训练策略,在训练的早期阶段,模型主要关注细粒度的特征,通过学习拼图中的细节信息来区分不同的矿物,随着训练的深入,模型逐渐将注意力转移到更大粒度级别的特征上,学习更加抽象和全局的信息。通过这种方式,模型能够充分利用不同粒度级别的信息,提高矿物识别的准确性。实验结果表明,该模型在常见的36种矿物数据集上取得了86.5%的准确率,有效地提高了矿物识别的准确率。这表明,细粒度识别方法对于矿物识别是有效的。

基于数据增强和集成学习的矿物图像识别

矿物识别是地质学研究的一个重要部分,对于资源勘探、岩石分类和地质环境监测都有着重要的意义。然而,传统方法通常依赖人的经验进行主观判断,并且效率低下。近年来,已有许多研究将深度学习的图像分类技术应用于矿物识别,以客观快速地识别矿物,这些研究都取得了一定的成果,但可识别矿物种类有限且精度需要进一步提升。为此本文首先解决了矿物数据集图像数据样本分布不平衡问题,对数据集中矿物图像较少的11个矿物类别采用DCGAN生成矿物图像进行数据增强,对比选择效果更好的方案对数据集进行扩充。其次,为了得到更可靠、精确度更高的识别模型,将ImageNet上表现较好的ResNet、RegNet、EfficientNet和Vision Transformer模型迁移到本文使用的矿物数据集上。针对训练好的基模型排列组合得到11个子模型,分别使用平均软投票法和加权软投票法两种方法进行集成,得到22个集成模型并对其训练得到识别结果,对比22个集成模型的结果选择出精度最高的集成模型。实验结果表明:使用DCGAN进行数据增强,在不同的模型上平均提升了3.12%的准确率,充分证明了DCGAN数据增强的有效性;在所有集成模型中,使用加权软投票法的模型表现较好,其中精度最高的是利用4个基分类模型进行加权软投票得到的集成模型,在扩充后的36种常见矿物数据集上达到了87.47%的准确率。

柴北缘尕海南山晚志留世—晚泥盆世火山岩浆组合对早古生代造山后伸展时限的约束

柴达木盆地北缘(柴北缘)构造带经历了早古生代的大洋俯冲到大陆俯冲,形成了广为人知的柴北缘超高压变质带。早古生代造山带何时开始垮塌一直存在争论,火山岩和侵入岩作为深地岩石探针能为约束地壳活动提供关键制约。应用锆石LA–ICP–MS U–Pb年代学和Lu–Hf同位素方法对柴北缘东段尕海南山地区出露的牦牛山组火山碎屑岩和侵入其中的花岗岩开展研究。锆石U–Pb年代学结果显示,牦牛山组火山碎屑岩的形成时代约为423 Ma,侵入其中的花岗岩的形成时代为370 Ma,表明火山岩喷发的年龄在晚志留世,后期侵入的花岗岩结晶年龄为晚泥盆世;锆石Lu–Hf同位素结果显示,晚志留世熔结凝灰岩ε_(Hf)(t)值集中在–11.5~–8.3,其两阶段Hf模式年龄集中在1945~2133 Ma,显示火山岩主要源于古老地壳物质熔融;而晚泥盆世侵入的花岗岩的ε_(Hf)(t)值分布在3.9~9.1,其两阶段的Hf模式年龄集中在792~1118 Ma,显示花岗岩主要源于中—新元古代地壳物质的部分熔融。结合对区域地质、岩石学等资料的综合分析认为,晚志留世—早泥盆世时期,大陆深俯冲导致的强烈造山作用造成柴北缘地壳发生明显加厚,加厚的欧龙布鲁克地壳基底发生部分熔融,形成了该时期的火山岩;晚泥盆世时期,加厚地壳的拆沉作用导致软流圈地幔上涌,引发区域地壳伸展,上涌的软流圈物质与地壳相互作用并发生部分熔融作用。因此区域牦牛山组形成时代跨度较大,不能笼统地用牦牛山组代表造山结束的时限,晚泥盆世岩浆岩的出现才预示着柴北缘地区进入显著的地壳伸展状态。

橄榄石微量元素:分析、地球化学行为与地球科学应用

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,总结了橄榄石中微量元素的分配系数与扩散系数等地球化学行为,分析了全球不同岩石单元的橄榄石微量元素特征,重点介绍了岩浆铜镍矿床中橄榄石微量元素的研究进展。实验岩石学表明,控制元素在橄榄石中分配系数的主要因素有温度、压力、岩浆成分等,且不同微量元素行为的主控因素各不相同。在确定的温压条件下,橄榄石中多数元素的配分可由晶格应变模型预测,而Ni、Co和轻稀土元素主要受晶体场效应和结晶动力学控制。橄榄石中元素的扩散速率由快到慢依次为:H和Li(快)→Fe-Mg-Ni(中等)→Ca(较慢)→P-O-Si(慢)。对比全球不同岩石单元中橄榄石微量元素得出:(1)火山岩系列的科马提岩-苦橄岩-玄武岩中橄榄石的Fo值和Ni、Cr、Al、Mn等元素呈演化趋势,但在二元相关性图中不同岩石类型间存在较大重叠区域,机器学习等多维分析手段可大大提升分类准确率;(2)地幔橄榄岩与侵入岩系列(地壳堆晶岩)中的橄榄石微量元素特征相近,难以使用单元素指标区分,例如常用的Ca亏损;(3)碳酸岩中橄榄石的Ni、Mn含量有别于其他岩石,可能与其来源和元素在橄榄石-碳酸岩熔体中特殊的分配行为有关;(4)石榴子石地幔橄榄岩与尖晶石地幔橄榄岩的橄榄石微量元素存在一定差异,橄榄石V/Sc比值和Fe-Mg-Mn-Ca-Ni含量是判别地幔橄榄岩类型和来源深度的重要变量。岩浆铜镍矿床橄榄石微量元素的研究进展有:(1)堆晶-后堆晶阶段再平衡作用驱使Ca-Cr-Al元素向其他矿物迁移,使橄榄石普遍亏损上述元素;(2)橄榄石Ni-Co变化可记录其与硫化物的元素交换反应,Ni-Co正相关可用于指示岩体深边部的找矿潜力;(3)与硫化物共生橄榄石的Ni富集(>5000×10^(-6))或亏损(<500×10^(-6))可能与较高或较低氧逸度有关。未来橄榄石重点研究与突破方向有:堆晶-后堆晶阶段元素行为、多元素-多矿物扩散联合限定岩浆时空演化、机器学习判别橄榄石成因类型与镁铁-超镁铁岩体含矿性、挥发份与新兴非传统金属稳定同位素等。

辽河群富铁表壳岩系磁铁矿微量元素组成对古元古代铁矿成因的制约——以周家地区为例

铁矿石是工业发展不可缺少的矿产资源,多数铁矿石赋存于前寒武纪条带状铁建造(BIF)中。古元古代是苏必利尔型BIF形成的重要时期,但它们在华北克拉通并不发育。在胶-辽-吉构造带的辽河群中存在一系列形成于2.2~2.1Ga的富铁表壳岩系及具有经济价值的块状和层状铁矿石。揭示这些富铁岩石中磁铁矿的成因,并与苏必利尔型BIF进行对比,对探索华北元古宙铁矿找寻方向有重要意义。本文对辽宁周家地区辽河群中的块状和层状铁矿石、共生浸染状和脉状矿化变粒岩及弱矿化磁铁变粒岩开展的岩相学和磁铁矿微量元素研究表明,区域存在三类地球化学特征不同的磁铁矿。第一类磁铁矿来自块状矿石和浸染状矿化变粒岩,它们的Mg、Mn含量较高,Ti、V和Co含量低;第二类磁铁矿赋存于层状矿石和弱矿化磁铁变粒岩中,它们的Mg、Mn含量较低而Ti、V和Co含量稍高;第三类磁铁矿仅产出于脉状矿化变粒岩中,它们的Cr-Ni-V-Ti-Mn体系与前两类磁铁矿均不相同。元素含量及变化趋势的相似性表明,块状和层状矿石的形成分别是浸染状矿化变粒岩和弱矿化磁铁变粒岩中磁铁矿进一步生长富集的结果,而脉状矿化变粒岩中铁镁组分含量高是导致第三类磁铁矿具有最高Cr、Mn含量的主要因素。在Cr-Ni、Ti-Ni/Cr和V-Ti图解中,本文研究的磁铁矿多数具有低温热液成因的元素地球化学特征。弱矿化磁铁变粒岩中磁铁矿的Ti和Ni含量具负相关性,表明它们经历了由高温到低温条件的变化过程。虽然都是变质-热液作用的产物,但本文研究的辽河群三类磁铁矿与西澳古元古代Hamersley苏必利尔型BIF中的磁铁矿在元素组成上存在明显差异,表明它们的形成条件在温度、氧逸度和体系成分等方面与典型苏必利尔型BIF中的磁铁矿不同。

辽东硼成矿带研究进展

辽东地区是我国重要的硼矿资源产地,赋存硼矿的胶-辽-吉带古元古时期处于活动陆缘环境。辽东硼矿成因为沉积变质再造矿床,硼物质源于蚀变洋壳、俯冲沉积物、蛇纹石化地幔楔等俯冲洋壳系统的富硼地体,在洋壳向克拉通俯冲过程中,硼质在弧前释放进入岛弧火山系统参与热液循环,通过海底热泉等热液方式汇集于火山盆地形成含水硼酸盐初始矿层并被随后的火山沉积覆盖保存。在区域变质变形过程中,含水硼酸盐脱水重结晶并就位于变形构造形成的有利部位富集成矿。辽东硼同位素组成特征反应了对源区储库重硼的继承性,因此,用于探讨矿床成矿地质环境更具意义,而非用于海相和非海相沉积简单的对比。同产于含硼岩系中的含铜硫铁矿矿床沉积时间稍晚于硼矿床,两者空间上呈错位产出,据此可辅助找矿预测工作。区域上虎皮峪-红石砬子-清河复式背斜是辽河旋回多幕变形作用叠加形成的,宏观上控制含硼岩系硼矿床的空间分布。通过总结以往工作,建立了辽东硼矿床成矿模式和找矿模型,分析了找矿方向,特别指出的是,部分盖县岩组地层出露地区,深部具有寻找隐伏硼矿的探索空间,未来找矿前景可期。

不同环境下湖泊矿物和湖水性质对碳埋藏的制约——以西藏郭扎错为例

湖泊沉积物不仅记录了湖泊演化的过程,还蕴含了丰富的碳储量。本文以青藏高原西部郭扎错407 cm长的湖芯为例,探讨了8.7 ka BP以来该湖由淡水湖演变到咸水湖的过程中,有机碳和无机碳沉积通量与储量的变化及影响因素。郭扎错无机碳沉积通量范围为4.6~35.1 g·m^(-2)·a^(-1),平均值为17 g·m^(-2)·a^(-1),无机碳储量范围为2.5×10^(6)~19.1×10^(6) t/a,平均值为9.2×10^(6) t/a,无机碳总储量约为18.5×10^(9) t。有机碳沉积通量范围为1.6~7.3 g·m^(-2)·a^(-1),平均值为4.0 g·m^(-2)·a^(-1),有机碳储量范围为1.5×10^(6)~3.3×10^(6) t/a,平均值为2.2×10^(6) t/a,有机碳总储量约为1.63×10^(9) t。8.7 ka BP以来,三个不同环境演化阶段(8.7~4.0 ka BP,4.0~1.5 ka BP,以及1.5 ka BP至今)中,4.0~1.5 ka BP气候寒冷干旱,湖泊为淡水湖,但无机碳和有机碳的沉积通量和储量都表现为低值。根据碳沉积通量和储量的变化特征发现,无机碳的沉积与碳酸盐矿物成因有关,而有机碳沉积则与黏土矿物的成因有关,二者都与环境、湖水性质变化有关,其中温度对无机碳沉积通量和储量的影响大于盐度的影响,而温度对有机碳沉积通量和储量的影响小于盐度的影响。

天然富有机质含铵伊利石高温高压稳定性研究

含铵伊利石等含铵黏土矿物是地壳中重要的储氮矿物,研究其高温高压稳定性对地球壳–幔圈层间氮循环具有重要意义。本研究通过高温高压(HTHP)模拟实验,初步探索了天然富有机质(具类石墨结构)的含铵伊利石矿物结构及其携带的C、N元素的稳定性。结果表明,在高温(600)℃常压环境下,含铵伊利石层状结构发生塌陷,结构羟基脱失,层间NH_(4)^(+)脱失,其表面类石墨的结构有序度下降,部分含C、N官能团脱失,但仍有近一半得以保存。伊利石层间NH_(4)^(+)的热稳定性受矿物层状结构的制约,当伊利石因高温发生层间塌陷时,NH_(4)^(+)失去伊利石片层保护后受热发生分解。而不同形态有机氮的热稳定性主要与其在类石墨有机质芳香结构中的位置有关。含铵伊利石结构在高温高压(600℃、2 GPa)下保持稳定,类石墨的有序度以及石墨化程度均增强,表明压力在一定程度上补偿了温度的影响。此外,伊利石表面具网状片层结构的类石墨有机质对矿物结构有物理保护作用。同时,有机质中的部分C、N元素在高温高压下与伊利石结构中的Al和O等元素形成稳定的化合键,亦可增强有机质的稳定性。含铵伊利石在高温高压下的稳定性表明,含铵黏土矿物很有可能是携带地壳中的氮经俯冲进入地球深部的载体矿物。有机质中C、N元素的高温高压稳定性表明,地层中含N类石墨有机质可成为地球深部C、N元素的潜在来源。

矿物组成对离子吸附型稀土矿中稀土元素浸出效率的影响

稀土开采本质上是利用离子交换作用将稀土元素从矿物(黏土矿物、铁(氢)氧化物)表面解吸下来的过程,厘清不同类型矿物对稀土元素浸出的影响,对于提高开采效率至关重要。(NH_(4))_(2)SO_(4)溶液是稀土元素浸矿时的常用提取剂,SO_(4)^(2−)可以通过与稀土元素络合、改变矿物表面电荷性质以及键桥作用等影响稀土元素在矿物表面的吸附/解吸行为,进而影响浸出效率。本研究以高岭石和水铁矿分别作为黏土矿物和铁(氢)氧化物的代表,通过向离子吸附型稀土原矿中添加不同含量(0、5%和10%)的高岭石或水铁矿,结合批量实验、X射线衍射分析(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)及原位红外光谱(in situ ATR-FTIR)等分析表征手段,模拟不同浸取剂体系(NH_(4)Cl和(NH_(4))_(2)SO_(4))下,矿物类型对稀土元素浸取的影响。结果表明,在空白对照组中(未添加高岭石和水铁矿),NH_(4)Cl浸出稀土元素浓度略高于(NH_(4))_(2)SO_(4),但浸出液的稀土元素配分模式以及残渣中弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量均无明显差异。添加高岭石后,两个体系中稀土元素浸出浓度及配分模式和残渣中弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量均与空白对照组无明显差异。然而,在添加水铁矿后,两个体系中稀土元素浸出浓度显著降低且浸出液里稀土元素发生分异,弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量显著提高。且水铁矿的添加量越多,稀土元素浸出浓度越低、弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量越高、浸出液里稀土元素(特别是中、重稀土元素)的分配系数越低,采用(NH_(4))_(2)SO_(4)作为浸取剂时,上述差异更为显著。综上所述,矿床中铁(氢)氧化物的存在不利于稀土元素的浸出,尤其是使用(NH_(4))_(2)SO_(4)作为浸取剂时浸取效率更低,在实际开采过程中应根据矿床中的矿物组成,选用合适的提取剂,以提高浸取效率。