碳酸岩研究进展

碳酸岩(carbonatite)一词自首次被提出至今已有一百多年的历史,它是一种神秘而颇具争议的岩石类型。碳酸岩富含碳酸盐矿物,通常与基性、超基性或碱性硅酸盐岩伴生形成碳酸岩-硅酸盐岩杂岩体,具有独特的化学成分和矿物学特征并具有承载重要经济矿床的能力。在过去的几十年里,碳酸岩的研究在岩石成因及岩浆起源、地球化学与地质年代学、高温高压实验、与碳酸岩相关的经济矿产、碳酸岩型稀土矿床中稀土元素的富集分异及成矿机理等领域取得了巨大进步。本文从碳酸岩的定义与分类、成岩背景与时空分布、岩石学特征及矿物组成、岩浆起源及演化过程以及与碳酸岩相关的矿产资源等方面对碳酸岩的研究进展进行了综述与评论,提出从成因角度探索碳酸岩分类方案的必要性,总结和梳理了我国目前发现的碳酸岩的产地和分布特征,并认为碳酸岩岩浆与硅酸盐岩浆演化具有差异性,应重视对碳酸岩岩浆演化过程中熔体-流体过渡阶段的研究。最后从文献计量学角度利用大数据和可视化手段对来自Scopus数据库的近十年以“carbonatite”为检索词的近千篇文献进行了可视化分析,总结归纳了碳酸岩现阶段的研究热点,并对未来碳酸岩的研究趋势进行了展望。

1982~2022年《岩石矿物学杂志》期刊数据与研究主题分析

岩石学和矿物学是地球科学的重要分支学科,相关研究能够深入了解行星形成演化、宜居地球的资源富集与环境变化等重要科学问题。《岩石矿物学杂志》是国内岩石学和矿物学领域的重要期刊,对其发表文章的深入挖掘有助于梳理学科研究进展,为学科从业人员深入研究提供背景信息,为该刊未来刊文方向提供借鉴参考。采用大数据分析和可视化技术对《岩石矿物学杂志》1982~2022年发表的文献进行计量化研究。研究发现,岩石学和矿物学一直是该刊的主要发文领域,地球化学、花岗岩、锆石U-Pb定年、吸附和矿物学是高频率主题关键词。其中,地球化学的共现强度最高,与花岗岩、岩石成因、火山岩和岩石学等关键词关系密切;其次是晶胞参数,相关关键词有光学性质、粉晶数据和新矿物等。具体研究内容包括5个不同主题:岩石成分和特征分析、变质作用和岩石变质过程研究、矿床特征和成矿过程研究、沉积环境和地层特征分析以及环境矿物学研究。与国内外岩石学、矿物学领域知名期刊数据进行对比,认为未来刊文鼓励新技术、新方法的开发与应用、多学科交叉研究、大数据和机器学习驱动的新范式研究等。

1982~2022年《矿床地质》载文分析与趋势展望

《矿床地质》是中国报道矿产资源最新研究成果的代表性刊物,同时也是汇集矿床学领域重要研究进展及成果的学术交流平台,对其载文热点追踪及期刊量化评价有助于梳理国内矿床学领域的研究进展,探究未来发展趋势,并为学科相关研究人员提供借鉴和参考。文章基于文献计量学研究、借助大数据和机器学习等手段,分析了1982~2022年《矿床地质》刊载论文的内容与信息,揭示矿床学40年的研究热点及主题演化情况,并通过与国际同领域知名期刊的对比,系统性地总结和讨论其展现的研究领域的进展和发展趋势。该刊主要聚焦于地球科学领域,热点关键词主要包括:流体包裹体、成矿作用、矿床成因、成矿流体和地质特征等。历年刊文可归纳为5个研究主题,包括区域成矿规律、成矿背景与构造环境、成矿流体和矿化特征、成岩成矿年龄和岩浆热液成矿作用以及元素富集成矿。热门地区主要是内蒙古、新疆和西藏等中西部省区。未来矿床学研究将会更加注重新技术和新方法的宏观和微观应用、多学科交叉融合对矿床成因机制和成矿规律的揭示,以及矿产勘查的综合指导等方面。

黑龙江乌拉嘎金矿成矿热力学参数研究

本文通过对前人工作的总结,在研究矿物共生关系的基础上将乌拉嘎金矿床的成矿作用过程划分为3个成矿阶段,然后利用热力学数据计算出了各个阶段的成矿热力学参数。第1阶段:黄铁矿-早期白色玉髓状石英阶段,Eh范围在-0.5^+0.3 V之间,处于弱还原环境,硫逸度应大于10^(-23);第2阶段:烟灰色玉髓状石英-多金属硫化物阶段,在低温时成矿环境为中酸性(pH=4),弱还原环境(Eh值为-1.0^-0.3 V),硫逸度范围应大于10^(-40),但不会超过10~0。同前一阶段相比,硫逸度下限降低;第3阶段:碳酸盐-石英阶段,碳酸盐矿物的出现预示着成矿已接近尾声,成矿介质的pH值逐步从酸性(pH=3)向中酸性(pH=5)转变,成矿Eh值也从弱还原(-0.5 V)向弱氧化(+0.3 V)过渡,硫逸度下限范围大约在10^(-23)左右,不超过10~0,而氧逸度范围在10^(-20)加左右。这对于深入探讨热液成矿作用过程具有重要参考价值。

碳酸岩岩浆演化过程中REE富集与分异的研究进展及碳酸岩中的矿物学分带

稀土元素(REE)作为“三稀资源”之一,是中国重要的战略性矿产资源,碳酸岩型稀土矿床是世界稀土的主要来源。成矿碳酸岩的岩浆演化以及稀土元素的富集和分异机理一直是碳酸岩型稀土矿床研究的热点和难点,国内外学者对碳酸岩的岩浆起源、岩浆演化过程中稀土元素富集与分异的机理进行了大量的研究与探讨,但仍存在较多的争议,限制了碳酸岩型稀土元素成矿理论的发展及国内外碳酸岩型稀土矿床的找矿勘查工作。文章重点对稀土成矿碳酸岩的起源、岩浆演化过程及在此过程中REE的富集与分异行为进行了详细的文献调研和评述,同时,基于笔者在冕宁牦牛坪稀土矿床前期的研究工作和最新发现,认为碳酸岩中普遍存在矿物学分带,它是岩浆演化过程的最佳记录,是不同成分矿物结晶分异作用的体现。对牦牛坪稀土矿床碳酸岩的矿物学分带特征及其中的熔体、熔流体和流体包裹体进行了初步描述与探讨,以期为研究碳酸岩的岩浆演化、岩浆-流体转化过程及稀土元素的富集与分异机理提供新的思路,促使对稀土碳酸岩矿物学分带及其对REE富集与分异的研究引起更多的关注和重视。

新矿物(2007.1～2007.12)

本文以表格的形式列举了经国际矿物学协会(IMA)新矿物与矿物命名委员会(CNMNC)批准、并于2007年度正式发表的新矿物共25种。其中硅酸盐7种,磷酸盐2种,硒酸盐1种,硫酸盐2种,碳酸盐2种,钨酸盐1种,硼酸盐2种,砷化物1种,硫盐5种,氢氧化物2种。文中表格依次列出了矿物的中外文名称及化学式、晶系及晶胞参数、主要粉晶数据、物理性质、光学性质、产状及共生(伴生)组合等。

新矿物(2006.1～2006.12)

本文以表格的形式列举了经国际矿物学协会(IMA)新矿物与矿物命名委员会(CNMMN)批准、并于2006年度正式发表的新矿物共17种。其中硅酸盐8种,磷酸盐2种,砷酸盐2种,碳酸盐有1种,硫盐2种,硅化物1种,氯化物1种。文中表格依次列出了矿物的中外文名称及化学式、晶系及晶胞参数、主要粉晶数据、物理性质、光学性质、产状及共生(伴生)组合等。

成因矿物学研究在宝石学中的应用

成因矿物学的许多理论,如矿物的物理性质标型、矿物化学成分标型、矿物包裹体成分标型等都已经渗透到了宝石学研究的各项工作中,这些理论为鉴定天然宝石与人工宝石、鉴定宝石是否经过处理以及进一步鉴定天然宝石的成因和产地提供了重要的思路和依据,并且对宝石的优化与合成有着重要的指导作用.本文在总结与分析前人研究成果的基础上,根据某些常见宝石的鉴定特征(如钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿以及其他一些常见宝玉石等),归纳和阐述成因矿物学研究在宝石学中的实际应用.

川西冕宁-德昌喜马拉雅期稀土元素成矿带：矿床地质特征与区域成矿模型

川西冕宁-德昌喜马拉雅期稀土元素成矿带长约270km，宽15km，包括牦牛坪超大型、大陆槽大型、木落寨中型和里庄小型REE矿床以及一系列矿点和矿化点。该矿带在空间上位于攀西二叠纪古裂谷中，但岩体和矿体均形成于喜马拉雅期，年龄为40～10Ma。REE成矿作用与喜马拉雅期碳酸岩-碱性杂岩体有关，受印度-亚洲大陆碰撞带东部一系列新生代走滑断裂系统控制。碳酸岩-碱性杂岩体主要侵位于元古代结晶基底和古生代-中生代沉积盖层内。矿区蚀变以霓长岩化为特征，在杂岩体和矿体中形成规模不等的霓长岩蚀变晕。REE成矿作用主要有3种样式，即大陆槽式、牦牛坪式和里庄式。大陆槽式以爆破角砾岩筒矿化为特征，牦牛坪式以典型的脉状矿化系统为标志，里庄式则以浸染状矿化为特色。主要矿石类型有伟晶岩型、碳酸岩型、角砾状和网脉状，矿物组合主要为重晶石＋萤石＋霓辉石＋方解石＋氟碳铈矿。流体包裹体和稳定同位素研究表明，成矿流体来源于碳酸岩一正长岩不混溶岩浆系统，但在流体演化的晚期阶段有外部流体的加入。根据综合分析研究，笔者提出了一个可能的REE成矿作用模式。该模式强调，成矿热液流体系统经历了一个复杂的演化过程：从不混溶碳酸岩-正长岩岩浆系统分离出高温、含硫酸盐富REE的NaCl-KCl卤水，到流体沸腾导致REE-氟碳酸盐和硫酸盐有效沉淀，最后与雨水混合导致少量硫化物沉积。在空间上形成了一个“三层楼”式的REE成矿系统：在深部层位，形成细脉-浸染状矿体（如里庄式矿床）；在中部层位，形成脉状矿体（如牦牛坪式矿床）；在上部层位，形成角砾岩筒矿体（如大陆槽式矿床）。成矿系统发生于喜马拉雅期大陆碰撞带从压扭向张扭转变过渡的构造背景下，新生代大规模走滑断裂及其派生的拉分构造和张性裂隙带促进了含REE岩浆-热液系统的形成。

川西喜马拉雅期碰撞造山带岩浆碳酸岩的地幔源区特征——Pb-Sr-Nd同位素证据

对形成于大陆碰撞带内的川西碳酸岩进行了详细的Pb-Sr-Nd同位素分析。结果表明,川西碳酸岩具有非常负的ε_(Nd)值(-3．2～-18．7)和高的(^(87)Sr/^(86)Sr)_i值(0．706020～0．707923),以及较宽的^(207)Pb/^(204)Pb值(15．362～15．679)和^(208)Pb/^(204)Pb值(38．083～39．202)的特征,明显不同于世界上由非造山作用形成的碳酸岩。它们的Sr-Nd、Pb-Pb、Sr-Pb和Nd-Pb同位素特征表明大多数碳酸岩来源于EMⅠ与EMⅡ之间的一种混合地幔,与元古宙不同质量比的深海/陆源沉积物和下覆的似MORB由俯冲作用引起的洋壳的再循环有关,而少数碳酸岩则受到地壳物质混染的结果。此外,通过动力学背景分析可以得出,富集地幔EMⅠ与EMⅡ之间的熔融产生了川西碳酸岩以及同时代的富钾岩浆岩,这种熔融可能是由于印度大陆板片与扬子大陆板片俯冲引起的新生代软流圈物质的上涌产生的,并发生于青藏高原东缘始新世—渐新世分界线的从转换压扭变形向转换张扭变形的转变过渡的构造背景下。

冈底斯斑岩铜矿带冲江铜矿含矿流体的形成和演化:来自流体包裹体的证据

对冲江斑岩铜矿含矿斑岩中石英斑晶和含矿石英脉中包裹体进行岩相学、显微测温分析、包裹体中气液相成分的激光拉曼显微探针(LRM)分析和子矿物的扫描电镜/能谱(SEM/EDS)分析。研究表明含矿流体来自富含挥发分的岩浆的出溶作用,最初从岩浆中出溶的流体为近饱和的超临界流体,其最低捕获温度在362～389℃左右,盐度在17．7%～18．9% NaCl_(eq)左右。随着出溶流体温度压力的下降,超临界流体发生相分离,并分离出低盐度的气相和高盐度的液相。在石英绢云母化阶段进一步发生高盐度液相包裹体的沸腾作用,形成子矿物溶化温度高于气液相均一温度的高盐度包裹体和富气相包裹体。与粘土化有关的流体为流体演化的晚期产物,属低温、低盐度流体。

四川冕宁木落稀土矿床稀土元素迁移与沉淀机制：来自稀土矿物中流体包裹体的证据

木落稀土矿床位于印度-亚洲陆陆碰撞带之东部转换带,是四川冕宁-德昌稀土矿带的重要组成部分,其成矿与喜山期岩浆碳酸岩关系密切。本文在详细的矿床地质研究基础上,通过矿床中主要稀土矿物氟碳铈矿中流体包裹体岩相学、显微测温分析、包裹体成分的 LRM 分析和包裹体中子矿物相的 SEM/EDS 分析等,对与稀土矿化有关的成矿流体的特征、演化及稀土迁移与沉淀的机制进行了讨论。结果表明,与稀土成矿有关的流体为富 CO_2、H_2、K^+、Na^+和 SO_4^(2-)的中高温、高压超临界流体。超临界流体对稀土的迁移起到重要作用,温度、压力降低造成的超临界流体中 CO_2相与水溶液相的分离是造成稀土矿物沉淀的主要机制。

川西冕宁-德昌REE成矿带成矿年代学研究：热液系统维系时限和构造控矿模型约束

川西冕宁-德昌REE成矿带是中国最重要的REE成矿带之一,包括牦牛坪超大型REE矿床、大陆槽大型REE矿床、木落寨中型REE矿床和里庄小型REE矿床以及一系列矿点和矿化点。REE成矿作用与碳酸岩-碱性杂岩体有关,受印度-亚洲大陆碰撞带的一系列新生代走滑断裂系统控制,岩体主要侵位于元古代结晶基底岩石和古生代—中生代沉积盖层中。40Ar/39Ar快中子活化分析表明,大陆槽白云母、里庄黑云母和木落寨金云母的40Ar/39Ar坪年龄分别为13·2Ma、30·6Ma和35·5Ma,结合前人成岩成矿年龄资料,牦牛坪矿床岩浆-热液活动时限约12Ma,大陆槽矿床约5Ma,而里庄矿床则为2Ma,热液活动持续时间与矿床的REE储量存在正相关关系。研究发现,冕宁-德昌REE矿带从北到南,成岩成矿年龄逐渐变新,时间跨度长达27Ma;碳酸岩-正长岩岩浆初始活动时间与雅砻江左旋走滑断裂开始活动时间相一致,成岩成矿年龄的系统变化,有可能是由于雅砻江左旋走滑断裂右侧板片在相对固定的幔源岩浆"热点"上从南至北滑移造成的(相对于左侧板片)。

四川冕宁木落寨稀土矿床成岩成矿的^(40)Ar/^(39)Ar年代学研究

杞落寨稀土矿床位于四川省冕宁县境内,雅砻江西侧。矿体产于英碱正长岩与变质辉绿岩和大理岩接触的构造破碎带中此前,英碱正长岩被认为形成于燕山期,但没有任何同位素年龄资料的报道本文通过^(40)Ar/^(39)Ar 快中子活化分析,得出英碱正长岩微斜长石的^(40)At/^(39)Ar 坪年龄为31.2±0.56Ma,等时线年龄为30.6±2.6Ma。矿石金云母的^(40)Ar/^(39)Ar 坪年龄为35.5±0.5Ma,等时线年龄为35±1Ma。微斜长石的年龄比金云母年龄偏小,是因为两者的 Ar 同位素封闭温度不同,前者约为170℃,而后者为350℃。两者年龄差较大表明在35.5～31.2Ma 之间,矿体和岩体均进入了较慢冷却阶段,冷却速率约为41.9℃/Ma。因此,木落寨矿床的矿石与英碱正长岩的形成年龄接近,均属新生代喜马拉雅期木落寨矿床成岩成矿年龄的确定,对于进一步了解该区域偏碱性火成岩的形成时代及拓宽区域稀土找矿远景,具有很大意义。

冕宁-德昌稀土成矿带碳酸岩流体研究

通过对四川冕宁-德昌稀土矿带主要矿物中包裹体岩相学、显微测温分析与包裹体成分分析,指出由岩浆碳酸岩分异出的成矿流体为富含高密度CO2、K、Na、SO42-和多种成矿元素的超临界流体,流体以高温、高压、超高盐度、富CO2为特征,从早期到晚期流体中CO2含量增加。结合前人对碳酸岩流体、稀土矿带周边新生代盆地中无机成因CO2气藏、富钾卤水、稳定同位素和隋性气体同位素研究成果,从碳酸岩流体的性质、流体体系、碳、氦同位素组成,初步探讨了碳酸岩流体与周边新生代盆地中CO2气藏、富钾卤水的成因联系。

新矿物(2005.1～2005.12)

本文以表格的形式列举了经国际矿物学协会(IMA)新矿物与矿物命名委员会(CNMMN)批准、并于2005年度正式发表的新矿物共43种。其中硅酸盐有14种,磷酸盐5种,砷酸盐2种,硫酸盐2种,亚硒酸盐1种,碳酸盐1种,硫化物2种,硫盐5种,硒化物1种,硒锑化物1种,锑化物2种,氧化物和氢氧化物5种,复杂卤化物2种。文中表格依次列出了矿物名称及化学式、晶系及晶胞参数、主要粉晶数据、物理性质、光学性质、产状及共生(伴生)组合等。

四川冕宁木落稀土矿床稀土矿物中富CO_2和H_2流体包裹体研究

木落稀土矿床位于四川省冕宁县境内,其成矿与喜山期岩浆碳酸岩有关。通过对矿床中主要稀土矿物氟碳铈矿中流体包裹体的岩相学、包裹体显微测温分析和包裹体成分的LRM分析等,对成矿流体的特征、演化及稀土矿化过程进行了讨论,结果表明与稀土成矿有关的流体为富CO2和SO4的中高温、高压超临界流体。温度、压力降低和流体不混溶是造成稀土矿物沉淀的主要机制。

四川冕宁包子山稀土矿床富Sr碳酸岩的发现及意义

全球范围内出露的碳酸岩大多为钙质、镁质、铁质碳酸岩,少量为钠质和硅质碳酸岩,极少有富Sr碳酸岩的报道,其岩石成因、资源意义及对碳酸岩岩浆演化的指示意义尚不清楚。本次在四川省牦牛坪稀土矿区南部包子山稀土矿床的露天采坑中发现了超级富Sr的碳酸岩,其呈不规则的脉状侵入到构造角砾岩中。岩石呈紫色-淡紫色,微晶-斑状结构,斑晶主要为萤石,基质主要为菱锶矿、方解石、氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、金云母、重晶石并含少量的金属硫化物和氧化物。全岩的微量元素分析表明,其稀土元素总量(∑REE)达3.5%~6.1%,Sr含量达19.0%~27.7%,已超过稀土矿床和锶矿床的工业品位要求。岩石中的中、重稀土元素含量占稀土元素总量的1.14%~1.77%,一些高价值稀土元素含量较高,如Pr(939×10^(-6)~1399×10^(-6))、Nd(2783×10^(-6)~3937×10^(-6))、Gd(237×10^(-6)~320×10^(-6)),因此除轻稀土元素外,中、重稀土和锶元素也具有重要的资源意义。岩石强烈富集REE、Sr、Ba,而明显亏损P、Nb、Ta、Zr、Hf元素,可能与岩浆演化过程中锆石和其它基性矿物的结晶分离有关。全岩的Sr-Nd同位素组成与牦牛坪、里庄稀土矿床的碳酸岩相似,表明它们为同源岩浆产物。笔者认为,富Sr的碳酸岩代表了碳酸岩岩浆演化晚期的产物,REE、Sr、Ba、F和S元素均在岩浆演化晚期的碳酸岩中高度富集。碳酸岩岩浆超浅成侵位至构造角砾岩中,并与下渗的大气水相遇导致岩浆的淬冷和微晶-斑状结构的形成。早期基性矿物(如霓辉石、黑云母)及碳酸盐矿物(如方解石、白云石等)的结晶分离是造成晚期碳酸岩中稀土元素富集的重要原因。富Sr碳酸岩中石英斑晶的发现和其较低的SiO 2含量表明碳酸岩岩浆演化晚期可能是硅饱和的,且这种岩浆具有很低的SiO 2溶解能力。以菱锶矿(体积分数>50%)为主要碳酸盐矿物的稀土碳酸岩可能代表了一种新的碳酸岩类型,明显不同于已知的钙质、镁质、铁质和钠质碳酸岩。

《岩石矿物学杂志》利用AMLC系统对稿件的评级及处理

利用科技期刊学术不端文献检测系统(AMLC),对《岩石矿物学杂志》编辑部新收的连续90篇稿件进行了检测,并对检测结果一一进行人工比对,根据人工比对结果,依据系统提示的重复率对稿件进行了评级和分类。将稿件分为3大类6小类,并根据编辑经验对每一类稿件提出了编辑处理建议,同时还论述了AMLC系统以及本文评级方法在实际应用中的局限,供广大地学类期刊编辑交流使用。