盱眙、明光、临泽坡缕石的八面体阳离子占位及对其性能的影响

坡缕石是一种2:1型链层状结构含水富镁铝硅酸盐矿物,具有重要的资源和材料属性。不同成因、产状坡缕石八面体中类质同象替代有很大差别,而八面体类质同象替代对坡缕石性能的影响未见研究报道。本文以中国最具代表性的安徽明光、江苏盱眙、甘肃临泽坡缕石为研究对象,研究了三种坡缕石的Al、Mg、Fe含量及在八面体中的占位,并探讨了八面体的Al、Mg、Fe占位对坡缕石中水的种类和含量、表面电位和酸位以及对Pb^(2+)、Cd^(2+)吸附性能的影响。结果表明:明光坡缕石相对富镁,八面体主要被Mg^(2+)占据,具有三八面体特征;盱眙、临泽坡缕石相对富铝、铁,八面体主要被Al^(3+)占据,表现出更多的二八面体特征。盱眙坡缕石由于M1位置空位较多,结构水含量较低;坡缕石类质同象替代对Zeta电位影响不大;具有二八面体特征的盱眙、临泽坡缕石由于八面体中Al含量较高,酸位较多,催化性能较好。在重金属吸附实验中,明光坡缕石对Cd^(2+)的吸附效果最好,盱眙坡缕石对Pb^(2+)的吸附效果最好,临泽坡缕石吸附性能较差。本文可为坡缕石的改性和应用提供指导和参考。

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。

赣北彭山还原性S型花岗岩成因及其对Sn富集的启示:来自锆石微量元素的证据

彭山锡多金属矿集区成矿区划位于长江中下游成矿带与江南钨多金属成矿带的过渡部位。以前研究认为与锡大规模成矿有关的花岗岩通常为高分异的过铝质岩浆,但是关于Sn在还原性岩浆中与矿物相的分配和迁移的氧逸度阈值犹未可知,锡与钨在赣北地区成矿的分带分区(解耦)究竟是受岩浆源区特征的控制还是为氧逸度所制约,目前尚不清楚。本文对区内花岗岩岩石成因、锡的来源、岩浆演化早期的氧化还原条件,及其对锡在岩浆中的分配、萃取和迁移的控制过程开展了研究,即对彭山岩体进行了精细的锆石原位微区分析测试。结果显示,锆石P含量普遍较高,结合P(∑REE+Y)拟合的3条趋势线的斜率分别为0.91、0.85和0.81,与S型花岗岩(∑REE+Y)<1.15×P演变规律相符。在Eu/Eu^(*)Yb N/Gd N关系图解中未显示出与Ti分离曲线的同步协变关系,相反,各组岩石均显示为负相关关系,说明3组锆石Eu/Eu^(*)的比值受榍石与斜长石的共结晶的影响较为有限。依据Hf Ce^(4+)/Ce^(3+)zircon和Ti Ce^(4+)/Ce^(3+)zircon关系图,白云母花岗岩数据区域均位于趋势线末端,与黑云母二长花岗岩和花岗斑岩相比,显示出更低的氧逸度特点。Eu/Eu^(*)与Ce^(4+)/Ce^(3+)zircon比值在各岩石单元中所表现出的还原程度是相耦合的,即组成彭山岩体的3个岩石单元——成矿后花岗斑岩岩脉、黑云母二长花岗岩岩基和白云母花岗岩成矿岩株,其锆石Eu异常(Eu/Eu^(*))和Ce^(4+)与Ce^(3+)比值(Ce^(4+)/Ce^(3+)zircon)呈逐渐递减趋势。双桥山群中1.5~1.3 Ga砂泥质沉积岩与细碧角斑岩系组成的海相古火山喷发沉积建造,可能提供了本区Sn的初始来源。白云母花岗岩成矿岩株的氧逸度显著低于大湖塘石门寺矿床的花岗岩,锆石微量元素揭示了富锡岩浆演化比富钨岩浆具有更低的氧逸度。

热处理对黝帘石颜色的影响及其致色成因探讨——以坦桑尼亚黄色和蓝色黝帘石为例

坦桑尼亚的天然蓝紫色黝帘石(也被称为坦桑石)产量稀少,储量较低。然而,通过热处理优化改色后,黝帘石的经济价值会得到显著提升。但多年来,关于热处理后黝帘石的蓝紫色成因一直存在争议。本文选取天然的坦桑尼亚黄色及蓝色黝帘石为研究对象,通过设置300℃、400℃和500℃3个不同的温度条件,并利用L^(*)a^(*)b^(*)颜色参数对样品的颜色变化进行了量化分析。热处理前不同颜色黝帘石的宝石学特征具有一致性,热处理后结果表明,500℃左右的温度是浅蓝-蓝色黝帘石的最佳改色条件。经过热处理黝帘石的蓝紫色调明显增强,通过调整温度可有效调控样品中的黄色或褐色调。黄色黝帘石在热处理后展现出从黄褐色到蓝紫色的独特变色效应,而400~500℃是这一颜色变化的临界温度范围。结合EDXRF、LA-ICP-MS及UV-VIS等多种分析手段,认为天然黝帘石的蓝色主要由V^(3+)和Ti^(3+)导致,黄色则主要由Ti^(3+)引起,V/Ti值在天然黝帘石的成因机制中起辅助作用。此外,热处理后黝帘石蓝紫色调的产生与增加以及黄色→蓝-蓝紫色的转变与Ti^(3+)+V^(4+)→Ti^(4+)+V^(3+)的电荷迁移密切相关。

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。

天津地质调查中心发现自然界最富铈的硅酸盐矿物——倪培石

据1月18日消息,经国际矿物学学会新矿物命名与分类专业委员会(IMA-CNMNC)评审投票,由中国地质调查局天津地质调查中心曲凯课题组联合国际研究小组申请的新矿物获得正式批准,中文名为倪培石,英文名为Nipeiite-(Ce)。据介绍,倪培石是稀土硅酸盐矿物,属于硅铈石矿物超族,三方晶系。该矿物以南京大学地球科学与工程学院倪培教授命名,致敬他长期以来在钨、锡多金属以及稀有、稀土矿床研究领域的卓越成就。

矿物聚合材料:研究现状与发展前景

矿物聚合材料是以铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料 ,以高岭石作配料 ,硅酸钠作结构模板剂 ,氢氧化钠作激活剂而制成的一类新型无机非金属材料。其形成过程为 :铝硅酸盐固体组分的溶解络合、分散迁移、浓缩聚合和脱水硬化。由铝硅酸盐凝胶相形成的基体相 ,其化学组成与沸石相近 ,微结构极可能与蛋白石类似 ,物理形态上呈三维网络结构 ,将未溶解的固体颗粒胶结为坚硬块体 ,是材料获得良好力学性能和化学稳定性的结构基础。矿物聚合材料的性能主要受配料组成和聚合反应的动力学过程所控制 ,其抗压强度随固化时间的延长而呈抛物线式发展。系统研究配料组成和固化条件对铝硅酸盐聚合反应的影响 ,建立表征矿物聚合材料组成结构性能的物理模型 ,是对其进行结构性能设计的理论基础 ,也是利用铝硅酸盐聚合反应实现工业固体废物资源化的技术关键。

利用洋中脊玄武岩中橄榄石斑晶制约南海打开的地幔动力学机制

地幔柱与板块构造是地球运行的两大基本动力学机制。南海及其周缘地区处于海南地幔柱与东南亚环形俯冲系统时空交汇的背景,而新生代地幔柱在南海形成演化过程中所扮演的角色存在颇多争议。地幔源区富含辉石岩是南海及其周缘与地幔柱活动相关的玄武岩的共有特征,基于此推测,本文利用国际大洋发现计划(IODP)367航次在南海北缘U1500B站位钻遇的南海扩张初期洋中脊玄武岩(MORB)的橄榄石成分来制约南海扩张初期的地幔岩性,以检验南海扩张初期是否存在地幔柱-洋脊叠加。U1500B MORB所含橄榄石斑晶的Fo=76.4~89.4,NiO=0.09%~0.26%,CaO=0.25%~0.34%,MnO=0.16%~0.33%。这些橄榄石斑晶具有与南海西南次海盆扩张末期U1433B钻孔的MORB以及全球其他开放大洋MORB相似的NiO、CaO、MnO含量和FeO/MnO比值,代表其源区岩性主要为橄榄岩。U1500B钻孔MORB与该区存在地幔柱叠加的基性岩浆所含橄榄石斑晶成分的差异显著,表明南海扩张初期不存在地幔柱叠加,与前人估计的U1500B洋中脊玄武岩的正常地幔潜能温度(~1380℃)相符合。由于南海扩张初期洋中脊岩浆产率高,但缺乏地幔热异常和易融组分如辉石岩等,推测其地幔中可能有较多的早前俯冲板片贡献的再循环挥发分来维持高岩浆产率。所以,俯冲板片后撤导致的岩石圈伸展可能是南海打开的主要动力学机制。

超声水热法制备高纯超细凹凸棒石黏土

采用分散剂协同超声水热法纯化超细化凹土,通过正交实验法考察了温度、分散剂用量、搅拌方式等因素,对超声水热法制备高纯超细凹凸棒石黏土(下称凹土)的影响;利用粒径分析、XRD和SEM等对纯化产物进行表征;得到超声水热法制备高纯超细凹土的最佳工艺条件为:加热温度40℃,六偏磷酸钠的用量是凹土用量的3%,搅拌方式是超声波+中速搅拌。在优化条件下,纯化所得凹土为疏松的白色针状晶体,粒度d90在4.7μm以下,白度达87%,纯度接近100%,且易重新分散于水中。

滇西保山地块陡崖铁铜多金属矿床石榴子石年代学及其地球化学特征

陡崖夕卡岩型铁铜多金属矿床位于保山—镇康铅锌多金属矿带北段。区内矿体产于寒武系上统核桃坪组和沙河厂组中,岩性主要为大理岩化灰岩和夹泥质灰岩。目前,矿区内尚未揭露中酸性岩体。为厘清该矿床的成矿时代、成矿的物理化学条件和成矿流体的性质,我们对该矿床的石榴子石开展了细致的岩相学工作、地球化学分析以及LA-SF-ICP-MS U-Pb定年测试。结合野外调查与岩相学工作,主量元素特征表明:保山陡崖矿床产出的石榴子石属于钙铝榴石钙铁榴石固溶体系列,且该矿区的石榴子石可划分为两类(GrtⅠ和GrtⅡ)。微量元素特征表明:在陡崖矿床,随着温度、氧逸度的变化,流体体系的pH值经历了早期的中性—晚期的酸性的转变。通过应用石榴子石LA-SF-ICP-MS U-Pb定年方法,获得468~461 Ma的可靠年龄数据,表明滇西保山地块陡崖矿床成矿作用发生于中奥陶世。结合双脉地、清水河花岗岩与之相似的稀土配分曲线以及形成时代,推测该矿床可能与岩石圈地幔的拆沉作用有关,其源区主要为古老大陆地壳部分熔融,并有幔源物质的加入。

不同成因锆石的微量元素特征研究进展

对近年来不同成因锆石(岩浆锆石、变质锆石和热液锆石)微量元素特征方面有关的研究进展进行了系统的总结和评述。锆石的微量元素特征能够反映主岩的成分演化,共生分离结晶相,混合以及熔融源区性质等诸多信息。对于岩浆锆石,其微量元素组成随岩浆分异演化系统地变化,从超镁铁质岩到花岗质岩,锆石微量元素含量总体上增长。幔源岩浆锆石微量元素含量低,稀土配分模式显示弱的Eu负异常或没有异常,重稀土部分相对平缓,而壳源岩浆锆石微量元素含量较幔源锆石高,稀土配分模式显示强烈的Ce正异常和Eu负异常。岩体中单一颗粒岩浆锆石和颗粒之间微量元素组成的变化也可以反映结晶出锆石的岩浆组成的演化。对于变质锆石,在进变质、退变质以及热峰条件等宽泛的温压条件下,通过原岩锆石的固态重结晶、溶解再结晶、含Zr矿物变质反应释放Zr进而成核结晶等机制形成,其内部生长结构复杂,微量元素特征可以反映生长机制、共生矿物和形成环境等信息。热液锆石形成有类似岩浆锆石的生长环带,流体包裹体、热液矿物包裹体的存在可以指示锆石确切的热液成因。热液锆石的微量元素组成能够反映不同的热液矿物组合以及流体组成的变化。

高岭石—莫来石反应系列:^(27)Al和^(29)SiMASNMR研究

根据对我国八个不同成因和特征的高岭土样品在450～1450℃热处理产物的MASNMR谱和XRD、IR、DTA等研究结果，结合有关资料讨论了高岭石-莫来石反应序列的几个重要问题：①变高岭石的结构，尤其是五配位铝；②980℃放热峰后的高温相是γ－AlO3而不是Al－Si尖晶石;③对于莫来石化过程，认为初始莫来石在850～950℃变高岭石形成，二次莫来石由分凝的SiO2T和γ－Al2O3在1200～1300℃反应形成。

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。

原生硅酸盐矿物风化产物的研究进展——以云母和长石为例

研究云母和长石等原生硅酸盐矿物的风化速率和风化产物对于深入理解土壤发生过程、营养元素循环以及全球气候变化具有重要的理论意义。本文从自然风化、人工化学风化和生物风化3方面总结了原生硅酸盐矿物风化作用及其产物的特点,重点阐述了微生物参与下的生物风化作用和生物矿化作用及其意义。野外观察和室内实验研究结果表明,微生物可以加速矿物的分解,而且其细胞表面及其产生的胞外多聚糖可以作为次生矿物成核的模板。

柴北缘西段落凤坡南榴辉岩的冷却史:锆石和金红石年代学及微量元素温度计制约

金红石是一种重要的战略矿产资源,榴辉岩型金红石矿床是其重要来源之一。柴北缘西段鱼卡-落凤坡高压-超高压变质地体是榴辉岩型金红石的远景区之一,但该类型金红石的保存条件仍不清楚。本文选择在落凤坡以南沙梁沟地区新发现的榴辉岩透镜体,对榴辉岩和榴闪岩进行了LA-ICP-MS锆石和金红石U-Pb定年及微量元素分析。榴闪岩中锆石给出了435±2Ma(MSWD=0.26)的加权平均年龄,锆石内部结构和较为平坦的重稀土配分曲线((Lu/Gd)_(N)=2.08~8.56)以及无明显的Eu负异常(δEu=0.59~0.81)表明该年龄代表榴辉岩相变质时间,锆石Ti含量温度计给出了643±27℃的峰期变质温度。榴辉岩中金红石给出了410±8Ma的回归下交点年龄,这代表了榴辉岩从峰期变质时代冷却到金红石封闭温度约570℃的时代,对应的金红石Zr温度计计算结果给出618±1℃的峰期变质温度。由此可以得出榴辉岩在折返过程中的冷却速率为2~3℃/Myr,低于鱼卡榴辉岩的冷却速率(~4℃/Myr)。榴辉岩规模,矿体品位等证据显示落凤坡南榴辉岩比鱼卡榴辉岩中的金红石退变强,形成钛铁矿或榍石。这表明了较缓慢冷却不利于榴辉岩中金红石的保存。

烃源岩中可溶有机质与粘土矿物结合关系——以东营凹陷沙四段低熟烃源岩为例

采用超临界抽提（ＳＦＥ）新技术和氯仿抽提（ＣＥ）以及粘土分离等手段对东营凹陷沙四段低熟油烃源岩进行不同处理，得到３种粘土样品：（１）含有机质的粘土原样；（２）氯仿抽提去有机质的样品；（３）不同实验条件下超临界抽提后的样品。然后，分别对这３种粘土样品进行Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ）和傅利叶转换红外光谱分析（ＦＴ－ＩＲ）。研究发现烃源岩中可溶有机质除了吸附于矿物表面外，还吸附于粘土矿物尤其是蒙皂石层的层间，后者主要为碳数相对较低的饱和烃类。这一发现对认识沉积岩中可溶有机质对粘土矿物结构和特性的影响有着重要意义。

凹凸棒石用于修复铜锌镉重金属污染土壤的研究

利用凹凸棒石黏土矿物优异的物化性能对采集的安徽铜陵地区重金属污染土壤进行盆栽修复试验,以降低种植蔬菜中重金属污染物的有效态含量。凹凸棒石与矿区土壤的质量配比设置5组(1∶10、1∶20、1∶40、1∶100以及原土),选择适宜在北京生长的四季小白菜和北京快菜进行种植,盆栽试验结果表明,使用凹凸棒石黏土矿物可以将土壤的pH值提高到5～8,改善了矿区的土壤环境条件,提高黏土矿物对重金属的吸附性能;通过适量添加凹凸棒石黏土矿物,对Cu元素的平均修复率达到31.50%,Zn元素的平均修复率达到26.15%,Cd元素的平均修复率达到34.92%,能够有效减少蔬菜对Cu、Zn、Cd三种重金属元素的吸收。凹凸棒石与土壤的质量比为1∶20时,对污染土壤的修复效果最佳。

粘土矿物在废水处理中的应用

粘土类矿物因具有独特的层状结构而表现出良好的吸附和离子交换性能,在废水处理中有广阔的应用前景。本文在介绍了膨润土、蒙脱土、凹凸棒土、硅藻土、粉煤灰、土壤、伊利石、沸石和海泡石等粘土矿物的结构和性质的基础上,对其作为吸附剂在废水处理中的应用研究情况进行了综述,并对其以后的发展进行了讨论。

盐酸活化凹凸棒石吸附Cr^(3+)工艺条件的优化研究

酸活化是凹凸棒石最常用的一种活化方法。文章采用L16(43)正交实验法对盐酸活化凹凸棒石吸附水中Cr3+的优化工艺条件进行了研究。结果表明,当矿物粒径小于74μm、振荡速度为150r/min、吸附液用量为50mL,并且以此三者为固定因素时,其优化工艺条件为吸附温度90℃,吸附时间4h,凹凸棒石量为1.5g。

吐哈盆地台北凹陷粘土矿物纵向异常演化与成因分析

台北凹陷粘土矿物的成岩演化在纵向上虽然存在伊 /蒙混层中蒙脱石层的基本正常成岩变化规律 ,但是 ,在各成岩阶段其他粘土矿物组分的变化中却出现了多种异常现象 .主要以鄯善构造为例 ,经分析研究后提出了该区粘土矿物在各成岩阶段出现异常变化的多种原因 ,如 :存在原沉积母岩、沉积水介质、煤系地层成岩产生的酸性流体、暗色泥岩热演化生成的有机酸及油层中有机酸等因素的影响 。