热处理宝石级黄色榍石的光谱特征与颜色成因初探

榍石是钙钛岛状硅酸盐矿物,晶莹剔透者可作宝石,其中Ca^(2+)、Ti^(4+)、Si^(4+)可被其他元素所替代。选取黄色榍石进行热处理,结果显示样品在700℃及以上的氧化气氛中加热,变为棕红色,还原气氛再次加热可褪回黄色。电子探针成分分析显示,样品成分与标准榍石成分一致,含少量FeO(均值0.601wt%)、Al2O3(均值0.210wt%)。中红外反射光谱1600~400cm^(-1)与标准榍石一致,可见由O—Si—O和Si—O振动引起的吸收;中红外透射光谱4000~2000cm^(-1)处可见O—H振动引起的吸收,并伴有3450cm^(-1)为中心的吸收宽带;近红外光谱10000~4000cm^(-1)处可见O—H振动引起的吸收。紫外-可见吸收光谱显示,榍石样品(未加热)的黄色是Fe^(2+)类质同象替代Ti^(4+)占据八面体位产生Fe^(2+)→Ti^(4+)(IVCT)电荷转移形成的420nm吸收带,及由O_(2)^(-)→Fe^(2+)和O_(2)^(-)→Fe^(3+)间电荷转移所致450nm向紫外的强吸收边所致;氧化热处理变棕红是因为部分Fe^(2+)变为Fe^(3+),产生Fe^(2+)→Fe^(3+)(IVCT)所致的540与450nm向紫外强吸收边的叠加。

榍石:U-Pb定年及变质P-T-t轨迹的建立

榍石在各类岩石中普遍存在,其稳定性受全岩成分、氧逸度和水活度以及温度和压力等因素影响。它在岩浆岩中主要存在于高Ca/Al比值的岩石中,在变质岩中常见于绿片岩相、蓝片岩相和角闪岩相岩石,在钙质变质岩中其稳定范围可达榴辉岩相或高压麻粒岩相。一般榍石结构中U含量较高,且具有高达高角闪岩相上限的U-Pb同位素体系封闭温度,是理想的U-Pb定年矿物。由于榍石的组成元素均为岩石中的主要元素,很容易与其它矿物、熔体及流体发生反应,所以榍石的U-Pb年龄记录的更可能是结晶年龄,而不是简单的扩散重置年龄;也因为它容易反应,变质榍石复杂的U-Pb体系可能记录了岩石的整个变质历史信息。通过与榍石平衡共生的矿物组合或利用榍石Zr温压计可确定岩石的P-T条件,结合相关的榍石年龄信息即可建立变质过程的P-T-t轨迹。利用SHRIMP、LA-MC-ICP-MS以及LA-ICP-MS方法可对不均一榍石颗粒内部进行原位微区分析得到有意义的U-Pb年龄;利用榍石中Zr含量对温度,尤其是对压力比较敏感,可建立榍石Zr含量温压计。

粤北大宝山次英安斑岩中副矿物榍石的初步研究

榍石是花岗岩,尤其是钙碱性花岗岩中常见的副矿物之一。利用背散射图像和电子探针成分分析对粤北大宝山矿区岩心样品(次英安斑岩)中的榍石进行了系统的矿物学研究。结果表明,研究区榍石可分为岩浆榍石和次生(热液)榍石两类,其中岩浆榍石为自形至半自形,颗粒较大,具环带结构,平均w(Al2O3)=1.24%,w(TiO2)=38.10%,w(F)=0.40%;次生(热液)榍石与绿泥石等蚀变矿物共生,多呈它形,平均w(Al2O3)=2.44%,w(TiO2)=36.02%,w(F)=1.00%。榍石的不同世代、成因、副矿物组合特征等可以揭示花岗岩的形成条件、演化历史,且对判别花岗岩的成因类型具有重要意义。

湖北金山店大型矽卡岩型铁矿热液榍石特征和原位微区LA-ICPMS U-Pb定年

本文对湖北金山店大型矽卡岩型铁矿床的矽卡岩和钠长石化岩体中的热液榍石进行了LA-ICPMS微量元素和UPb同位素定年分析,结果表明,与方柱石和透辉石矽卡岩中的榍石相比,钠长石蚀变岩中的榍石具有明显偏低的稀土元素含量和明显的轻重稀土分异、更小的δEu值、较低的Th、U、Lu含量和Th/U、Lu/Hf比值,以及高的Hf含量,表明二者的形成环境有所差异。热液榍石中的Ti可能主要来自于蚀变过程中岩体含Ti副矿物榍石、钛铁矿和金红石等矿物的分解。热液榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb定年结果表明,矽卡岩和钠长石蚀变岩中的榍石形成时代分别为129.5±1.1Ma^130.4±1.2Ma和127±12Ma,与前人所得的成岩成矿时代在误差范围内一致,代表了成矿阶段的热液活动时间。热液榍石的年龄与鄂东南地区铁-铜矿化类型时代相近,均形成于区域早白垩世岩石圈减薄的环境。研究结果表明热液榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb定年是确定矽卡岩型铁矿矿床年代的一种有效方法。

南岭中段花岗岩中榍石对锡成矿能力的指示意义

榍石是钙碱性花岗岩中常见的副矿物,因Ti4+与Sn4+具有相近的晶体化学性质,榍石可以有不同含量的Sn,因此,榍石是研究含锡花岗岩(特别是氧化型花岗岩)的有用矿物之一。本文选择南岭地区中段3个含锡花岗岩(骑田岭、花山、姑婆山)和3个尚未发现重要锡矿化的花岗岩(连阳、大东山、九峰)中的榍石进行了系统的矿物学研究。在这些花岗岩中,榍石都可以既形成于岩浆早期,也可以形成于黑云母绿泥石化的热液阶段。在骑田岭、花山和九峰花岗岩中,还发现了岩浆晚期结晶的榍石。电子探针分析结果表明,三类榍石具有不同的微量元素成分,岩浆早期榍石含有微量Sn(SnO2一般低于1%),岩浆晚期榍石明显富锡,在不同花岗岩中ω(SnO2)可从约3%到26%不等,热液榍石则以富Al,F为特征。进一步对比6个花岗岩中榍石的化学成分发现,骑田岭、花山和姑婆山3个含锡花岗岩中的榍石(无论是岩浆阶段的,还是热液阶段的)都以富锡为特征(SnO2平均高于0.4%),显示3个花岗岩具有较强的锡成矿能力;而在3个尚未发现重要锡矿的花岗岩中,连阳、大东山花岗岩中的榍石明显贫锡(SnO2含量低于0.1%),但九峰花岗岩中的榍石与花山花岗岩中的榍石十分相似,岩浆榍石最高可含约3%SnO2,热液型榍石也可含2%的SnO2,预示九峰花岗岩可能具有较好的锡矿勘探前景。本文研究结果表明,榍石可以作为判别花岗岩锡成矿能力的简便、实用的矿物学标志。

榍石LA-ICP-MS U-Pb定年技术研究

榍石具有较高的U含量和封闭温度,是一种重要的适用于U-Pb定年的副矿物。然而,基体效应与普通Pb校正成为制约榍石LA-ICP-MS U-Pb定年发展的主要因素。本文以^(206)Pb/^(238)U为例,采用基体归一化因子(F_(AVG))评估了锆石与榍石U-Pb定年标准的基体效应,结果显示榍石F_(AVG)几乎都大于1.20,而锆石F_(AVG)明显都小于1.20,表明锆石与榍石U-Pb定年标准存在显著的基体效应。以BLR-1榍石标准为外部校准标样,OLT1榍石获得的谐和年龄1014.9±4.8Ma(95%置信水平,n=23,MSWD=0.32)与SHRIMP谐和年龄1017.1±3.6Ma及ID-TIMS谐和年龄1014.6±1.3 Ma在误差范围内一致,同时获得^(206)Pb/^(238)U、^(207) Pb/^(235) U、^(207) Pb/^(206) Pb加权平均年龄在误差范围内与其谐和年龄一致;而以91500锆石为外部校准标样,OLT1榍石获得的^(206)Pb/^(238)U加权平均年龄为891.3±9.5 Ma(n=23,MSWD=5.3),与ID-TIMS测得的谐和年龄相比偏低约12%。经^(207)Pb法校正后,TCB榍石获得的^(206)Pb/^(238) U加权平均年龄1015.6±6.2 Ma(n=16,MSWD=0.84)与ID-TIMS谐和年龄1018.1±1.7Ma在误差范围内一致。本研究表明,采用基体匹配的榍石标准为外部标样,利用LA-ICP-MS对榍石进行U-Pb定年也能获得与ID-TIMS相一致的年龄,精度(2RSE)小于2%。

峨眉山高钛玄武岩中主要的赋钛矿物--榍石的产状、特征及成因

峨眉山玄武岩中钛以什么矿物形式存在一直以来很少有学者提及。本文通过镜下观察、全岩化学分析、X-衍射、能谱、扫描电镜、电子探针、阴极发光对川西南部周公山-汉王场地区钻井岩心中峨眉山玄武岩进行了详细的分析,讨论了其主要赋钛矿物及成因。(1)SiO2含量46.4%～48.3%和TiO2>3%显示区内峨眉山玄武岩属于高钛峨眉山玄武岩系列。但多个层段榍石含量>5%,而极少见磁铁矿、钛铁矿;(2)榍石主要以隐晶质的云雾状、雪花状、芝麻点状、枝状等形态分布于微晶长石之间和溶孔、溶洞边缘及裂缝中,少量呈显晶质粒状分布于微晶长石、绿泥石之间。(3)电子探针分析显示:所有含钛矿物中,钛铁矿中TiO2含量最高,为39.069%,榍石中TiO2次之,TiO2含量为17.143%～38.648%,磁铁矿中TiO2含量最高为12.293%,平均在5%～10%左右,其他矿物基本上都少于1%。(4)扫描电镜及其能谱分析显示:榍石中的Ti含量(2.49%～24.97%)明显高于含钛磁铁矿(2.68%～9.21%)、含钛赤铁矿(3.64%)中Ti含量,与钛铁矿(19.51%)含量相当。分析结果认为:峨眉山玄武岩中大量出现的隐晶榍石可能是岩浆后期产物或期后蚀变的产物。在峨眉山玄武岩中首次鉴别出的大量隐晶质榍石是高钛峨眉山玄武岩中最主要的赋钛矿物。隐晶榍石在玄武岩中的含量是区分"高钛"和"低钛"玄武岩的主要标志之一。

含放射性核素天然榍石的稳定性研究

放射性核素固化体备选矿物的研究是高放废弃物处理及其安全性评估的重要方面,但选择理想的人工固化矿物及其评估在地质环境中的安全性一直是一个需要解决的难题。含放射性核素的榍石作为固化核废料的备选矿物,其稳定性对核废物固化体的安全性评估意义重大。通过对北祁连牛心山变质杂岩体中榍石(775Ma)和山西凤凰山花岗岩中榍石(1758Ma)的XRD及EDS等测试与研究,结果表明:两地榍石的杂质元素质量分数高达8.6%～10.91%,放射性核素锶、铯和铀的质量分数达4.26%～4.58%;晶胞参数的变化极小,△a=-0.0009nm～0.0041nm、△b=0.0018nm～0.0004nm、△c=0.0002nm～-0.0048nm、△β=-0.10°～0.09°,结晶度仍高达99.27%～96.46%,榍石经过10×108a的地质作用,结晶度仅减少了3%,显示榍石固化放射性系列核素的能力较强,虽经历了约775Ma～1758Ma的复杂地质演化及其所含放射性核素的衰变作用,其晶体结构完好,稳定性极高,是值得期待的理想核废物固化矿物。

朝鲜甑山“群”变质岩中锆石-榍石-金红石U-Pb体系:古元古代-中生代构造-热事件记录

朝鲜甑山地区甑山＂群＂（杂岩）的主要岩石类型包括石榴云母片麻岩、石榴角闪岩,并有少量大理岩。其原岩为泥质岩为主的碎屑岩,并含有少量火山岩和碳酸盐岩,经历了角闪岩相到麻粒岩相变质作用。本文对甑山＂群＂2件石榴云母片麻岩和1件石榴角闪岩样品进行了锆石-榍石-金红石U-Pb体系年代学研究。石榴云母片麻岩中分选出的锆石均为变质新生锆石,Pb-Pb加权平均年龄为1850±5Ma,没有发现继承锆石组分,暗示原岩为缺乏碎屑锆石的泥质岩。石榴角闪岩中的榍石根据成因不同,可分为两期,即早期麻粒岩相变质生长的榍石和后期热事件生长榍石。早期榍石具有高U、高Th/U比值特点,U-Pb分析构成一条不一致线,上交点年龄1831±5Ma代表了早期变质热事件冷却到榍石U-Pb体系封闭温度时代,下交点年龄155±3Ma代表后期热事件造成Pb丢失时代;另一种榍石具有低U低Th/U比值特点,U-Pb年龄为单一的153±3Ma,为中生代构造热事件的新生榍石。两类样品中的金红石少量颗粒保存有早期U-Pb年龄信息,绝大多数在～155Ma发生完全重置,并直到～110Ma一直处于U-Pb体系开放状态。以上数据说明,甑山＂群＂在～1850Ma前发生高级变质,1850～1830Ma开始抬升出露,并成为中新元古界沉积岩物源与沉积基底,中生代受到朝鲜广泛发育的岩浆-热事件的影响。

钙钛锆石和榍石的合成及烧结

以天然锆英石为主要原料,通过配方设计,采用热重–差热、X射线衍射等分析手段,研究了钙钛锆石(CaZrTi2O7)和榍石(CaTiSiO5)的固相反应合成及烧结。结果表明:采用上述工艺能够获得高纯度的CaZrTi2O7和CaTiSiO5基的致密烧结体。合成CaZrTi2O7,CaTiSiO5的含量以及合成CaZrTi2O7的最低温度、最佳温度与配方密切相关。最佳配方的摩尔比为:n(ZrSiO4):n(CaCO3):n(TiO2)=1:2:3,最低合成温度为1230℃,最佳的合成温度及烧结温度均为1260℃。

榍石的高压结构研究

利用同步辐射和金刚石压腔(DAC)技术对天然矿物榍石进行原位高压能散模式X射线实验研究,结果表明榍石在3.9 GPa和10.9 GPa分别发生P 21/a→A 2/a和A 2/a→A 1结构相变,并首次确定10.9 GPa→25.1 GPa榍石结构很可能稳定保持A 1相。基于此认为榍石能在地球较深部位稳定存在,此外,本研究对探索地球深部T i和S i元素的地球化学行为也有一定帮助作用。

榍石LA-SF-ICP-MS U-Pb定年及对结晶和封闭温度的指示

榍石富含U、Th,贫Pb,是U-Pb定年的理想矿物之一。本文采用激光剥蚀-高分辨等离子体质谱建立榍石U-Pb定年方法,采用25~30μm激光斑束,准确测定榍石U-Pb标准样品BLR-1 (~1048Ma)、OLT-1 (~1014Ma)和Pakistan(~21.4Ma),以及年轻榍石样品(<100Ma) U-Pb年龄,提高了检测准确性和空间分辨率。综合对比共生锆石和榍石U-Pb年龄、榍石颗粒微量元素和U-Pb年龄环带及不同成分岩浆岩(SiO_2含量48.1%~77.0%)中岩浆榍石的结晶温度,结果表明:岩浆演化过程中,榍石具有宽泛的结晶温度(600~900℃,峰值~750℃),主要集中于岩浆演化中晚期结晶,榍石U-Pb同位素封闭温度接近或略低于锆石,因此同一岩浆体系中锆石与榍石的年龄差异可能反映了该熔体较晚达到榍石饱和,而非熔体热演化历史或封闭温度信息。

钙钛锆石和榍石基人造岩石固化铀的研究

以天然锆英石(ZrSiO4)、CaCO3、TiO2和UO2(NO3)2.6H2O为原料,通过高温固相反应,制备了包容铀(质量分数4.5%)的钙钛锆石和榍石基人造岩石固化体。借助X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了其矿相组成和微观结构。采用MMC-1静态浸泡法和γ射线辐照方法测定了其抗浸出性能和抗辐照性能。结果表明,制备钙钛锆石和榍石基固化体的最佳合成及烧结温度为1 290℃。所得固化体结构致密,有较好的抗浸出性和辐照稳定性。

榍石固溶体的稳定性

以H2SiO3、CaCO3、TiO2、Nd2O3和Al2O3为原料,通过固相法合成的榍石固溶体,对合成榍石固溶体进行PCT粉末浸泡实验和60Co源辐照试验,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、原子吸收光谱(AAS)、荧光光谱(FS)、激光拉曼光谱(LRS)分析等手段,研究榍石固溶体的化学稳定性和抗γ射线辐照的稳定性。结果表明,在pH值为5～9的水溶液中掺钕榍石固溶体具有良好的化学稳定性;辐照累计剂量为5.76×105Gy的60Co源辐照没有造成榍石固溶体晶格的的辐射损伤,榍石固溶体具有良好的抗γ射线辐照稳定性;在90℃、pH值为7的浸泡条件下,榍石固溶体的Ca2+、Ti4+和Nd3+的42d归一化浸出率分别为6.32×10-3、3.9×10-5、5.38×10-3g/(m2·d)。

合成榍石的化学稳定性

以H2SiO3、CaCO3、TiO2为原料,通过固相法合成榍石,借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子吸收光谱（AAS）等分析手段,研究合成榍石的化学稳定性。结果表明,在pH为5~9的水溶液中,合成榍石具有良好的化学稳定性,温度和pH是影响1~21 d化学稳定性的重要因素;42 d Ca2＋的浸出率比Ti4＋的浸出率高2个数量级;在90℃、pH=7下,Ca2＋和Ti4＋的42 d归一化浸出率分别为3.33×10-3、1.33×10-5g.m-2.d-1;在25℃、pH=7下,Ca2＋和Ti4＋的42 d归一化浸出率分别为1.52×10-3、3.05×10-5g.m-2.d-1;在25℃、pH=3下,Ca2＋的42 d归一化浸出率达到7.71×10-2g.m-2.d-1。

金红石-榍石转变过程中元素地球化学行为——以雅鲁藏布江缝合带角闪岩为例

金红石边缘形成榍石冠状边结构在变质中-基性岩中普遍存在,是金红石与退变质流体携带的SiO_2与CaO作用的结果,反应形成的榍石微量元素特征受到金红石和流体的共同影响。雅鲁藏布江缝合带中角闪岩LZ06-04在抬升过程经历近等温降压退变质作用,石榴子石分解导致同一样品中含石榴子石部分与不含石榴子石部分的退变质流体成分的差异。两种流体分别与金红石反应,对应形成的榍石具有相似的Nb、Ta含量和Nb/Ta比值特征,但截然不同的REE特征。榍石的Nb、Ta来源于金红石,残余金红石与含水流体再平衡Nb、Ta的分配系数增大,且D_(Nb)^(Rt/Fluid)≥D_(Ta)^(Rt/Fluid);虽然Nb和Ta在含水流体中都表现为不活动元素,但相对于Nb,Ta在含水流体中活动性较高。榍石的Zr-Hf体系特征受到锆石、石榴子石等矿物的综合影响,并且Zr-Hf在含水流体中表现出比Nb-Ta更高的活动性。榍石的REE特征受流体中REE特征、榍石与流体配分系数以及共生矿物的影响。在岩浆或变质体系,榍石形成过程中,REE富集矿物(如石榴子石、锆石、褐帘石、独居石、磷灰石等)形成或分解将影响榍石的REE分布特征或形成REE环带结构。含水流体中金红石退变质形成榍石反应的进行受流体中TiO_2、CaO和SiO_2活度的影响。因此榍石常见于钙碱性岩浆岩、富Ca基性变质岩和矽卡岩中。流体中CaO活度的变化影响榍石的形成,进而影响Ti、Nb、Ta在流体中的运移能力。俯冲板片产生流体在交代上覆富Ca地幔楔物质过程中形成榍石残留同样可以造成部分熔融体具有亏损HFSE特征。

榍石固溶体中钕的固溶量

以CaCO3、H2SiO3、TiO2、Nd2O3和Al2O3为原料，通过高温固相反应合成榍石固溶体，借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等分析手段，研究钕在榍石固溶体中的固溶情况。结果表明，引入Al^3＋作为电价补偿时，Nd件能较好地固溶在Ca1-y，NdyTi1-yAly，SiO5固溶体中，其固溶量为12．3％～13．56％；不引入电价补偿时，Nd较难在Ca缺位的Ca1-3／2，NdyTiSiO5固溶体中固溶，其固溶量约为3．5％；合成掺Nd榍石固溶体的较佳温度为1270℃。

利用模拟放射性焚烧灰合成钙钛锆石和榍石的研究

本文采用模拟放射性焚烧灰、天然锆英石为主要原料,通过配方设计,借助于失重-差式扫描量热(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)等分析手段,研究钙钛锆石和榍石的高温固相反应合成。结果表明,采用高温固相反应,能够在较低温度获得高纯度的钙钛锆石和榍石;合成钙钛锆石和榍石的最佳温度及最低温度与配方有关,最低合成温度可低于1140℃。当焚烧灰掺量为0、20%、40%、60%时,配方的最佳合成温度分别为1260℃、1260℃、1230℃、1200℃。

高温固相反应合成榍石的工艺研究

以CaCO3、TiO2、SiO2或H2SiO3为原料,通过高温固相反应,合成了A(H2SiO3、CaCO3、TiO2,摩尔数比为1∶1∶1)、B(SiO2、CaCO3、TiO2,摩尔数比为1∶1∶1)两种配方的榍石(CaTiSiO5)。借助热重-差热(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微(SEM)等分析手段,对两种配方进行了比较,并探讨了煅烧温度、保温时间对榍石合成的影响。结果表明:两种配方均能够合成高纯度的榍石;与SiO2相比,H2SiO3是引入硅的较佳原料,A配方优于B配方;合成榍石的最低温度、最佳温度与硅原料的选择有关,两种配方合成榍石的最佳温度分别是1270℃和1320℃,最佳保温时间均为30min。

铈在榍石固溶体中的固溶量

以CaCO3、SiO2、TiO2、Ce2C8O12·10H2O和Al2O3为原料,通过高温固相反应合成榍石固溶体,借助X射线衍射(XRD)、背散射二次电子像(BSE)、能谱(EDS)等分析手段,研究铈在榍石固溶体中的固溶情况。研究结果表明,引入Al3+作为电价补偿时,Ce4+固溶在Ca1-xCexTi1-2xAl2xSiO5固溶体中,其最大固溶量为12.61%;不引入电价补偿时,Ce4+固溶在Ca1-2xCexTiSiO5固溶体中,其最大固溶量为10.98%;合成掺Ce榍石固溶体的较佳温度为1260℃。