铝土矿及伴生关键金属矿床的岩石(矿石)组成、成矿序列及成矿机理

大陆风化是地球表层系统中的关键过程,涉及多种能量形式(太阳能、风能、化学能和重力势能)和物理化学过程,是地球化学元素在地球不同层面(如岩石圈、水圈、生物圈和大气圈)之间迁移和重新分配的基础。在此过程中,异常的元素富集可形成工业级的风化淋滤矿床。风化淋滤矿床可进一步区分出风化矿床和沉积—淋滤型矿床2种类型。传统的矿床学和沉积学研究方法在理解风化淋滤矿床形成过程中存在局限性,特别是在解析成矿阶段和动态成矿过程方面仍不甚明晰,导致该类型矿床在基础研究和勘查方面长期存在亟待解决的一批问题。本研究在厘清大陆风化作用、风化壳(古风化壳)、土壤(古土壤)等概念的基础之上,对现代风化淋滤剖面(如广西贵港三水铝石矿床)和古老风化淋滤型矿床(如中国华南地区早石炭世—晚二叠世铝土矿床及沉积淋滤型稀土矿床)开展了系统的沉积学分析与对比工作。研究发现,风化淋滤矿床的结构组分主要包括碎屑、团粒与包粒、块状黏土等结构类型,分别对应碎屑状、包粒状、致密状矿石的形成。成岩过程主要依赖于氧化物矿物及黏土质的胶结与填隙作用。基于上述认识,提出了风化淋滤矿床的淋滤序列和剖面结构划分方案。该方案以风化剖面中渗流带与潜流带作为基本的划分依据,进一步区分出风化矿床序列与沉积—淋滤型矿床序列,两者主要以是否出现沉积单位作为主要识别标志。以古气候为主线分析了风化淋滤矿床的成因机理,并结合近年来质量平衡计算相关成果,总结了淋滤过程中元素迁移规律,将风化淋滤型矿床的成矿过程概括为成矿母质形成、成矿物质风化和后期改造3个阶段。

黔北旦坪铝土矿床胶体包粒成因及其形成时间估算

世界大多数铝土矿床中均发育有同心层状的颗粒结构,其生长过程记录了铝土矿成矿相关信息,具备重建铝土矿成矿环境的潜力。区别于碳酸盐岩鲕粒,对铝土矿床中这种类似鲕粒的多圈层包粒结构的研究还不够深入,其基本的定义、成因与生长时限均不明确,亟待进一步研究。针对这一问题,结合现代热带氧化土剖面中淀积黏化层产出包粒结构这一特点,对黔北务川—正安—道真(务正道)地区旦坪矿区下二叠统铝土矿开展了相关研究,提出将铝土矿同心层状结构命名为“胶体包粒结构”。本研究在对旦坪铝土矿床典型含矿岩系剖面地质特征研究基础上,重点对其中的胶体包粒开展了研究。旦坪铝土矿中的胶体包粒由不同类型的核心及周围交替出现的铝赤铁矿、勃姆石圈层组成。采用二分值法对包粒圆度进行了统计,分析结果显示其圆度以圆形、近圆形为主。归一化处理包粒圈层范围为11.2~319.5μm。对胶体包粒圈层数目的统计发现,其层数以1~3层为主。基于以上统计数据,研究使用Fick第一定律及其拓展式对铝土矿胶体包粒生长时间进行估算,并尝试构建其扩散生长模型。胶体包粒生长时间计算结果表明:胶体包粒内铝赤铁矿圈层的形成时间为0.1~96.9年,勃姆石圈层的形成时间为0.2~143.6年。微观尺度胶体包粒(粒径0.1~0.4 mm)的形成时间约为0.6~481.2年;手标本尺度胶体包粒(粒径2.0~5.0 mm)的形成时间为1178~7364年。预估铝土矿中各尺度胶体包粒(粒径0.1~5.0 mm)的形成时间为0.6~7364年。以上研究结果表明,胶体包粒结构与铝土矿形成过程中淋滤作用之间存在较为复杂的联系:互层状圈层的形成指示了旦坪地区含铝土矿地层中胶体包粒的周期性凝聚作用,从微观上刻画了周期性的成矿节律。胶体包粒形成过程中铝的地球化学行为可能是主导因素,其行为特征主要受到风化剖面中有机酸浓度、氧化还原条件、圈层矿物表面电荷属性等关键控制条件对羟基铝和交换铝的吸附富集过程的影响。

韧性剪切带中两种线理的地质意义

韧性剪切带中丰富的变形现象记录剪切变形过程的重要信息,线理是韧性剪切带中常见且重要的观测要素,能够为剪切带的形成及演化提供关键的线索。通过野外工作实测观察,总结2种典型线理(皱纹线理和交面线理)的特征、形成原因及其观测方法,预测韧性剪切带的剪切运动方向。研究表明,为避免由于皱纹线理易与擦痕混淆误判剪切运动方向,应对C面理和垂直于C面理的多个截面进行综合判断。

云开地区月田岩体的成因:地球化学、锆石U-Pb年龄及Hf同位素制约

月田岩体位于扬子地块与华夏地块拼合带的西南段,对该岩体片麻状花岗闪长岩样品进行了LAICP-MS锆石U-Pb测年,获得206Pb/238U年龄加权平均值为433.6±4.8 Ma(MSWD=2.9),说明该岩体形成于加里东期。该花岗闪长岩体SiO2含量在61.31%~69.42%,K2O+Na2O为3.48%~5.91%,且K2O/Na2O为0.88~5.57,具有钙碱性-高钾钙碱性、强过铝质特征的S型花岗岩,兼具有I型花岗岩特征;明显亏损Ba、Sr、Ta、Nb、P、Ti等元素,相对富集Rb、Th、U、Ce、Zr、Hf、Y、La、Nd等元素,总体属于低Ba-Sr花岗岩范畴;稀土总量((199.52~252.15)×10^-6)较高,LREE/HREE为5.38~11.29,轻稀土富集,轻稀土分馏程度中等,δEu为0.40~0.64,δCe为0.90~1.04。锆石的εHf(t)值在-10.01^-3.22,二阶段模式年龄T2DM在1.62~2.06 Ga,暗示物源来自元古代地壳物质。结合前人研究资料认为,月田花岗岩是由元古代基底物质发生深熔作用形成,是华南地区加里东期陆内造山作用的响应。

云开地块西北缘三堡韧性剪切带变形特征及40^Ar-39^Ar年代学研究

博白‒岑溪断裂带位于云开地块西侧,本文通过野外地质调查、有限应变测量、运动学涡度分析及40^Ar-39^Ar年代学研究定量查明了其北东段岑溪市三堡镇一带的韧性变形特征。研究表明三堡韧性剪切带付林指数K为0.07~0.60,罗德参数ν为0.25~0.86,变形强度Es为0.34~0.73,属平面压扁型应变;运动学涡度值Wk为0.75~0.95,属以简单剪切为主的一般剪切;古差应力值σ为16.7~122.0 MPa;是在印支早期(231.9±2.2 Ma)造山环境,绿片岩相条件下形成的具右行走滑‒逆冲性质的剪切带。这一成果为研究云开地区构造演化过程提供了新证据。

桂东南地区干热型地热资源潜力分析

干热岩作为地热资源的重要组成部分,被视为未来的清洁能源,极具开发前景和研究价值。文章以桂东南潜在的干热岩为研究对象,通过基础地质、地球物理和地球化学资料的二次开发和实地考察,对区域构造-岩浆-沉积建造系统、岩石圈结构、现今地热场特征和地震、温泉分布规律等进行综合分析,旨在初步探讨桂东南地区干热型地热资源的潜力。结果表明:桂东南地区岩石圈较薄,分别在25km之上和6~8km处存在厚约6km和2km的双层低速层/带,指示滑脱型韧性剪切和高温地质体的存在;印支期花岗岩提供稳定的放射性生热物质基础(U含量均值5.41×10^-6,Th含量均值18.38×10^-6,K2O含量均值4.43%),新生代火山活动(OIB)在补给大量地热能的同时,为深部热物质上涌提供通道;桂东南地区现今地热存在明显异常,大地热流值介于80~100mW/m^2,北海-南宁地温梯度值高于30℃/km,钦州、合浦中-新生代断陷盆地因沉积盖层裂隙度、孔隙度和导热率低且圈闭性好而属于干热岩地热资源丰富区。对桂东南干热型地热资源潜力的研究,将为广西能源结构调整、生态环境优化和产业转型升级助力。

桂东南岑溪地区伟晶岩脉新发现及找矿意义

文章对桂东南岑溪地区三堡镇—波塘镇伟晶岩脉地质背景、宏观特征和微观特征进行简要阐述,并对其成因进行探讨。

桂东南大村和古龙岩体的成因:地球化学、锆石U-Pb年龄及Hf同位素制约

大村和古龙岩体产于扬子地块与华夏地块拼合带的西南段,对剖析华南区域构造演化具有重要的地质意义。对大村和古龙岩体的石英闪长岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得^(206)Pb/^(238)U年龄加权平均值分别为438±1Ma和435±2Ma,说明2个岩体均形成于加里东期。大村和古龙岩体具有钙碱性、准铝质-过铝质特征的I型花岗岩。锆石的ε_(Hf)(t)值主要集中在0^+4之间,二阶段模式年龄(T_(DM2))主要集中在1.15~1.45Ga之间,指示物源主要来自中元古代新生的基性下地壳物质。根据大村和古龙岩体的地球化学、Hf同位素组成、岩体发育暗色微粒包体等特征,结合区域地质情况,认为其是在陆内碰撞造山期后伴随岩石圈局部伸展-减薄,软流圈高温地幔物质上涌,导致中元古代新生的基性下地壳部分熔融形成的酸性岩浆和幔源岩浆在源区不同程度的混合形成母岩浆,随后又经历了一定程度的分异演化最终固结成岩。

桂东大瑶山地区加里东期基性岩的发现及地质意义

思泰岩体位于扬子地块与华夏地块拼合带的西南段,对剖析华南区域构造演化具有重要的地质意义。思泰岩体主要由辉长岩、辉长闪长岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析表明,辉长岩的侵位结晶时限为(445±1)Ma,属于加里东期岩浆活动产物。岩石具有高钾钙碱性特征;其铝饱和指数为0.95~1.99,属准铝质-过铝质岩石;岩石具有中等偏高的Mg#值(0.43~0.51)。锆石的εHf(t)值主要集中在0.39~5.84之间,其一阶段模式年龄为1 181~855 Ma,暗示其源区主要为中-新元古代岩石圈地幔。综合地球化学、锆石Hf同位素组成特征及区域地质资料,认为思泰岩体是在陆内碰撞造山期后伴随岩石圈局部伸展-减薄,软流圈高温地幔物质上涌,从而导致中-新元古代岩石圈地幔物质的部分熔融,随后岩浆发生上升侵位固结成岩,在上升侵位的过程中受到少量的地壳物质的混染而形成。

桂东南早三叠世火山通道的发现及岩石成因

位于扬子地块与华夏地块拼合带西南段的桂东南容县下罗杏发现早三叠世火山通道,对剖析华南印支期区域构造演化具有重要的地质意义。该火山通道出露主要岩性为隐爆角砾岩、流纹岩、粗面安山玢岩、霏细斑岩等,柱状节理发育,为超浅成相—溢流相。流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析表明,加权平均值为249.9±1.6 Ma(MSWD=1.9),代表了火山喷出年龄,属早三叠世(印支期)岩浆活动产物。岩石具有钾玄岩—高钾钙碱性系列,较低的TiO_(2)含量、较高的K_(2)O/Na_(2)O值、明显亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素,显示出弧火山岩的特征。锆石的ε_(Hf)(t)值为-14.50~-6.61,对应的单阶段Hf模式年龄(T_(DM))为1.17~1.49 Ga,二阶段Hf模式年龄(T_(2DM))为1.70~2.20 Ga。综合地球化学、锆石Hf同位素组成特征及区域地质资料,认为下罗杏火山岩,为地壳减压松弛的构造背景下,地幔或软流圈物质上涌,诱发地壳物质发生高温熔融作用的形成,其构造—岩浆热事件的动力应该来源于古太平洋向华南板块的俯冲。

桂东南大瑶山地区南华纪-寒武纪砂岩地球化学特征及对沉积构造环境的指示

桂东南大瑶山地区位于扬子陆块与华夏陆块拼合带的西南段,南华纪-寒武纪期间连续沉积了巨厚的类复理石,其沉积学与地球化学特征蕴含了华南大地构造演化的重要信息,因此,对该套地层进行研究,可为恢复华南大地构造演化提供新证据。本文对采集于大瑶山地区的21件砂岩样品进行了主量元素、微量元素测试和地球化学特征分析。结果显示,桂东南南华纪-寒武纪沉积岩的物源主要来自上地壳长英质、石英质岩石。结合区域地质资料分析,认为本区于南华纪-寒武纪时期并非大洋,而是被动大陆边缘环境的浅海盆地,因此,华南纪-寒武纪时期,华夏陆块和扬子陆块之间的沉积盆地并非洋盆,而是陆内裂谷(浅海)盆地。

桂东南古罗和王姜冲钾玄质辉长岩的成因:地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素特征制约

古罗和王姜冲岩体产于扬子地块与华夏地块拼合带的西南段,对剖析华南区域构造演化过程具有重要的地质意义。古罗和王姜冲岩体主要由辉长岩及少量的闪长岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析表明,古罗和王姜冲辉长岩的侵位结晶时限分别为(163±1)Ma和(158±1)Ma,属于燕山期岩浆活动的产物。岩石无Nb、Ta负异常,具有板内钾玄岩系列特征,锆石的εHf(t)值主要集中在0.7~8.3之间,其二阶段Hf模式年龄(TDM2)为672~1168 Ma,暗示其源区主要为新元古代—中元古代岩石圈地幔。综合地球化学、锆石Hf同位素组成特征及区域地质资料,认为古罗和王姜冲岩体是在板内伸展-减薄环境主要由亏损的软流圈地幔和富集的岩石圈地幔岩浆混合形成,且在上升过程中受到壳源组分混染。

桂东南上木水岩体的成因:地球化学、锆石U-Pb年龄及Hf同位素制约

上木水岩体产于扬子地块与华夏地块拼合带的西南段,对剖析华南区域构造演化具有重要的地质意义。针对上木水岩体的花岗闪长岩样品进行LA-ICP-MS锆石UPb测年,获得^(206)Pb/^(238) U年龄加权平均值为444 Ma±4 Ma(MSWD=0.027),说明岩体均形成于加里东期。上木水岩体具有钙碱性-高钾钙碱性、准铝质-过铝质特征的Ⅰ型花岗岩。锆石的ε_(Hf)(t)值主要集中在0^+4之间,二阶段模式年龄(T_(2DM))主要集中在1.2Ga^1.4Ga之间,指示其物源主要来自中元古代新生的基性下地壳物质。综合地球化学、锆石Hf同位素组成特征、岩体发育暗色微粒包体等特征及区域地质资料,认为其是在陆内碰撞造山期后伴随岩石圈局部伸展-减薄,软流圈高温地幔物质上涌,从而导致中元古代新生的基性下地壳部分熔融形成的酸性岩浆和幔源岩浆在源区不同程度的混合形成母岩浆,随后又经历了一定程度的分异演化并最终固结成岩。

希夏邦玛地区藏南拆离系构造演化的热年代学制约

藏南拆离系(STDS)是喜马拉雅造山带最重要的构造边界之一,通过对高喜马拉地区聂拉木—吉隆剖面雅锆石、磷灰石系统的裂变径迹分析,揭示了17~13Ma和3Ma以后高喜马拉雅两个强构造隆升剥露阶段。17~13Ma为STDS的主活动期,利用矿物对比法计算出的平均剥露速率为1.4~1.6 mm·a?1,伸展幅度达16~21Km;利用年龄—高程法计算得出,3Ma以来高喜马拉雅平均剥露速率为0.82mm·a?1。结合STDS的活动年代以及活动速率、伸展幅度分析,其成因机制为造山带增厚地壳重力不稳,引发了沿岩性弱接触面大规模重力滑脱的重力垮塌模式。