我国矿物晶体结构与晶体化学研究进展及新成果(2000—2019)

矿物的晶体结构与晶体化学是矿物学的重要基础研究领域之一,21世纪以来,随着国家对地勘行业的重视,以及平面探测技术单晶衍射仪、微区、微量衍射等实验技术的应用与计算机软硬件能力的提高,我国矿物晶体结构与晶体化学研究得到飞速发展。矿物晶体结构测定与研究是伴随着新矿物的发现而发展的,新矿物的发现是矿物晶体结构研究的基石,又为新矿物提供数据支撑。目前我国发现的各类新矿物的晶体结构大多数已被测定,精修了近30个新矿物的晶体结构,并发现了多种此前从未发现过的矿物新结构,对若干新矿物的晶体化学新现象有了新的认识,这些成果为新矿物的发现和申报提供了基础性数据,同时也为阐明矿物的成分结构、物理特性、成因及演化,进而为各种地质现象的解释提供科学依据。展望未来,矿物晶体结构与晶体化学研究领域机遇与挑战并存。

白云鄂博矿区矿石中磁铁矿及萤石的X射线粉晶衍射半定量分析方法及矿物三维空间分布模型

白云鄂博超大型铁-稀土-铌矿床,伴生大量萤石等资源。现阶段,矿山资源评价采用的是多元素定量分析方法,该方法存在不能客观的表征出可用资源的矿物组成和赋存状态的缺陷。为了较为准确地确定元素赋存形式及磁铁矿、萤石矿物含量,本研究选用粉晶X射线衍射K值法定量分析法,通过以白云鄂博白云石为参比物质分别调配1∶1比例产自白云鄂博的磁铁矿、萤石与白云石单矿物样品,获得以白云石为参比的磁铁矿参比强度K_(Fe3O4)^(1)=0.61、萤石参比强度K_(CaF2)^(1)=2.51,同时,精选了白云鄂博其他常见共生矿物的K值,以实现对白云鄂博不同矿石类型中矿物含量的半定量分析,通过测试已知标样验证了改进优化K值的正确性和适用性。利用大量实际岩心矿石样品矿物定量分析数据,通过克里金插值法获得白云鄂博主矿磁铁矿和萤石矿物的空间分布三维模型,初步呈现了资源矿物的空间分布特征,推测在矿区深部仍存在巨大的找矿潜力。X射线粉晶衍射定量分析技术直接对可回收资源的矿物半定量分析研究,为矿山精准分采和资源综合利用探索了新的解决思路,也为选矿流程的优化提供的重要的技术参考。

黄铁矿精细结构与晶胞参数的关系及其标型意义

黄铁矿是内生金矿床中主要的载金矿物,其标型特征对金矿成矿有重要的指示意义。笔者讨论了黄铁矿精细结构中键长、键角对晶胞参数的影响及其标型意义。实验黄铁矿样品采自山东莱州三山岛海域金矿ZK3007号钻孔岩心,测试利用单晶X射线衍射技术,获得了黄铁矿晶体的精细结构数据,并利用空间几何关系及偏导数分析了键长、键角变化对黄铁矿晶胞参数的影响。通过研究发现,黄铁矿的晶胞参数主要受其内部配位八面体大小影响,而受配位体间致密程度影响较小;配位八面体的大小主要与结构中的Fe-S键长密切相关;Fe-S键长变化的原因与Co、Ni、Cu等代替Fe及As代替S的类质同像有关。键长、键角等精细结构研究从本质上解释了黄铁矿晶胞参数变化,对黄铁矿晶胞参数标型特征的表征及金矿找矿有重要的实际意义。

新矿物与新矿物研究创新探索

作为矿物学的重要基础研究方向之一,新矿物的发现及其晶体结构、晶体化学的研究始终备受各发达国家的一贯重视。新矿物的研究和发现及其成果具有国际性,在一定程度上反映了国家在该领域以及整体科技水平和对科学发现的贡献。笔者近年来参与了对若干存疑矿物进行的精细晶体结构与晶体化学研究和矿物学研究,从2005年至今参与发现的23种新矿物均获得国际矿物学协会新矿物及分类命名委员会(IMACNMNC)所批准。这些新矿物的获批得益于成功地获取了成分数据、衍射数据和晶体结构的阐明。本文就新矿物的认定规则、申报内容和数据、分类命名、研究内容及工作方法等进行综述,在此抛砖引玉,希望通过交流促进我国新矿物研究领域的发展。

烧绿石超族矿物分类新方案及烧绿石超族矿物

烧绿石超族矿物是指通式为A2-mB2X6-wY1-n(m=0~1.7,w=0~0.7,n=0~1.0)的氧化物。IMA-CNMNC2010年批准了烧绿石超族矿物分类命名的新方案,该方案中将B类离子用于分类,而A、Y类离子用于命名,并对已发表的烧绿石类矿物进行了重新认定。目前已有16个烧绿石超族矿物种被IMA-CNMNC正式认可,另有15种被定义为可能的新矿物种,但尚待进一步研究,在充分描述后有望得到IMA的批准承认,所有不符合新命名规则的矿物名称都将废弃。我国的烧绿石超族矿物较为丰富,并有其特点,同一个矿区产出的不同颗粒其主要成分含量变化较大,部分含放射性元素的矿物有不同程度的非晶质化。对其进行的化学成分分析、X射线衍射分析及晶体结构和离子占位研究对该类矿物的分类命名有重要意义。

胶东三山岛北部海域金矿黄铁矿晶胞参数与热电性特征

胶东三山岛北部海域金矿是近年来新发现的超大型金矿,对其开展深部资源潜力评价和找矿预测具有重要意义。本文基于成因矿物学与找矿矿物学理论,在胶东三山岛北部海域金矿第30号勘探线ZK3007钻孔岩芯二次系统编录的基础上,对主要载金矿物黄铁矿进行了矿物学研究,同时结合岩石地球化学特征,对该矿床深部进行了预测。结果表明,在-1 200^-1 600 m标高范围的黄铁矿晶形主要为立方体与五角十二面聚形、自形立方体单形、半自形立方体单形和它形-半自形立方体单形;黄铁矿晶胞的a0轴一般为5.417 0~5.444 2 nm,普遍大于理论值(5.417 nm),且与Au含量呈正相关关系,可能是As类质同象替代S;黄铁矿的热电导皆为P型,热电系数为78~328μV/℃,集中于238~308μV/℃。此外,在-1 200^-1 600 m标高范围内,绢英岩、黄铁绢英岩内富含As、Ag、Sb等低温元素。上述结果说明,在-1 200~1 600m标高范围内的矿体仍为矿体头部,深部具有非常好的找矿前景。

新矿物碲钨矿的矿物学特征及成因探讨

碲钨矿是2014年中国攀西地区发现的新矿物,与之共生的矿物还有白钨矿、黄碲矿及两种未命名矿物KW2.27Al0.33O9（已申报新矿物2017-067a）和WO3,这些奇特的矿物组合是如何形成的是一直备受关注问题。基于野外地质考察,通过电子探针、红外光谱、X射线衍射分析等,结合人工合成方法探索其成因。结果表明,虽然碲钨矿发现于新元古代二长岩中,但这种独特的矿物不大可能是新元古代中酸性岩中的自生矿物,其成因可能与附近的二叠纪基性岩中的石英脉型金矿化有关。由于与火山或岩浆作用有关的热液活动阶段是Te元素最主要的富集和成矿作用阶段,且后期含矿溶液中富含丰富的TeO2、WO3,这种溶液渗入二长岩中并与岩石中的钾长石反应形成了碲钨矿。反应过程也许经历了钾长石矿物与WO3形成KW2.27Al0.33O9和KW2.27Al0.33O9＋TeO2＋WO3形成碲钨矿的两个过程,最终的碲钨矿交代充填于二长岩中,人工合成实验验证了这种形成过程。