离子吸附型稀土矿床的诱导成矿学研究

诱导成矿学的核心理念是针对低品位矿石、尾矿和具有成矿潜力岩石中的关键金属资源,通过人工干预手段诱导目标金属元素活化和富集,在有限的时间尺度内形成具有经济价值的可利用资源。离子吸附型稀土矿床是全球稀土资源的主要来源之一,近年来为全球提供了80%以上的中、重稀土资源供给。该类矿床的形成主要受控于内生稀土初始富集和表生风化淋积成矿两个过程,而后者对于成矿极为关键。由于我国华南地区具有适宜形成离子吸附型稀土矿床的气候条件、大量出露的花岗质岩石及风化壳,因此对该地区开展人工诱导成矿技术研发将具有重要应用前景。通过分析离子吸附型稀土矿床形成的控制因素,预计可选择具有成矿潜力的花岗岩、含稀土风化壳和低品位矿床作为主要诱导成矿对象。通过调控地形地貌、生态、水文和风化壳物理化学条件等加速风化进程,促进稀土元素释放,引导稀土元素定向迁移,并在指定位置进行沉淀成矿,形成具有经济价值的富集稀土的矿体。特别是在该过程中可控制轻重稀土元素的分异,促使其形成富集重稀土的矿体,为解决全球重稀土资源紧缺和保障重稀土资源持续供给提供有效实施方案。因此,对离子吸附型矿床开展诱导成矿学研究具有重要的理论意义和应用价值,可作为诱导成矿学的重点研究方向之一。

南岭地区离子吸附型稀土矿床基岩的稀土元素预富集机制探讨

南岭地区离子吸附型稀土矿床是目前全球重稀土的主要来源。在岩浆演化及热液蚀变过程中,稀土元素在成矿基岩中的迁移和富集过程受稀土元素的地球化学行为控制。本文对比了离子吸附型轻、重稀土矿床中基岩在矿物组合、岩石化学及主要稀土矿物类型等方面的差异,简要介绍了南岭地区离子吸附型稀土矿床基岩中热液活动与稀土元素富集的相关研究进展。其中富重稀土矿床的基岩主要为高硅碱长花岗岩(SiO_(2)>75%),基岩中硅铍钇矿和氟碳钙钇矿为主要稀土矿物。岩浆期后热液过程中,早期形成的氟铈矿等轻稀土矿物可导致残余流体富集重稀土元素,并形成重稀土热液矿物,稀土氯络合物可能是流体中迁移并富集重稀土元素的主要介质。而富轻稀土矿床的基岩主要为黑云母花岗岩、花岗闪长岩等(SiO_(2)<75%),主要稀土矿物为褐帘石和榍石,为岩浆演化晚期结晶产物,其在后期含F^(−)、CO_(3)^(2−)/HCO_(3)^(–)流体作用下蚀变成氟碳钙铈矿;这一过程导致轻稀土元素在基岩中被重新活化并再次富集。含F^(−)、CO_(3)^(2−)/HCO_(3)^(–)流体可能与南岭地区地下水的贡献有关。

镁铁—超镁铁质岩浆中铂族元素的富集机理:综述与实例

目前陆地上可利用的铂族元素(PGE)资源主要来自与镁铁—超镁铁质岩浆密切相关的岩浆硫化物矿床。岩浆硫化物矿床成矿理论关注的一个重要问题就是镁铁—超镁铁质岩浆中PGE的富集机理。经典成矿理论认为,由于PGE在平衡的硫化物熔体与硅酸盐熔体之间具有极高的分配系数(10^(5)~10^(6)),PGE富集成矿主要与成矿体系中硅酸盐熔体与硫化物熔体的质量比有关(R-factor)。但是近些年来,许多新的实验岩石学结果和天然矿石样品纳米尺度PGE赋存状态的观测结果对这一经典理论提出了挑战。本文列举了一些相关的研究实例,显示硅酸盐熔体中的PGE纳米颗粒可以被硫化物或铬铁矿机械捕获、并通过定向附着生长、聚集、粗化和融合,最终形成纳米颗粒集合体和纳米合金。另外,岩浆中半金属元素(TABS,即Te、As、Bi、Sb、Sn)和Se可以与PGE优先形成各种互化物,从而富集于砷化物、铋化物、碲化物或硒化物中,而非硫化物中。因此,镁铁—超镁铁质岩浆体系中PGE的富集可能不仅受其在硫化物熔体中极高的分配系数控制,一些物理过程导致的PGE分配以及半金属元素对PGE的富集作用也不容忽视。由于矿石中的铂族矿物一般为纳—微米级,采用聚焦离子束(FIB)和高分辨透射电镜(HRTEM)、纳米二次离子质谱技术(Nano-SIMS)和原子探针(APT)等先进的微区分析技术对矿物相中PGE的赋存状态进行深入研究,有望获得PGE富集机理的新认识,并不断完善和发展经典的岩浆硫化物矿床成矿理论。

华北克拉通壳幔演化与胶东巨量金成矿作用

华北克拉通胶东半岛在早白垩世爆发性地形成了巨量金矿床,金的来源和成矿过程一直备受关注。本文从金等亲铜元素的地球化学行为和储库出发,剖析华北克拉通的壳、幔长期演化与大规模金成矿之间的时空-成因联系。华北克拉通前寒武地壳基底因早期高级变质作用亏损金,中生代成矿前的花岗(闪长)岩的金丰度也非常低,表明地壳岩石难以为胶东大规模金成矿作用提供主要金属。大量研究表明,受俯冲交代的地幔控制着胶东金成矿,交代作用使亏损地幔具有与饱满地幔类似的金含量,并补充了大量的水和硫等挥发分,有助于形成幔源富挥发分岩浆并促进金的释放。华北克拉通交代地幔在长期演化过程中并未出现金的异常富集,地幔源区和幔源岩浆的金属显著富集并非形成超大型金矿省的必要条件。在克拉通破坏的强烈伸展背景下,富含金和挥发分的幔源岩浆以及后续的岩浆热液演化过程,特别是末端效应,在大规模胶东金成矿作用中扮演着非常重要的角色。

诱导成矿学:一门亟待建设的新兴交叉学科

矿产资源是人类社会发展的重要物质基础,绝大部分矿产属于不可再生资源,因此,迫切需要新的思路和方法实现矿产资源增储和高效绿色开发。本文提出创建一门新兴交叉学科--“诱导成矿学”的基本设想,该学科主要研究如何利用人工干预手段,加速并控制成矿元素的活化、迁移与富集,使得当前技术经济条件下不具开采价值的矿物岩石、低品位矿石以及尾矿、工业废弃物等转化为具有一定经济价值的矿产资源。“诱导成矿学”以岩石学、矿物学、矿床学、地球化学和构造地质学等地质学主要分支学科为基础,融合化学、生物学和环境科学等学科的新进展,旨在表生成矿人工调控和人类世矿产再造两个研究领域对矿产资源的增储和开发提出变革性思路和方案。

内蒙古中部二叠纪额布图岩体的橄榄石成分特征及其对辉石岩地幔源区的指示

内蒙古中部的额布图超镁铁质岩体位于中亚造山带与华北克拉通北缘的碰撞拼贴带内,发育铜镍硫化物矿化。该岩体主要由橄榄斜方辉石岩和斜方辉石岩组成,橄榄斜方辉石岩中橄榄石含量~15%,斜方辉石岩中橄榄石含量<5%,两种岩石中橄榄石的Fo值介于83~87之间。在Fo值相同时,与橄榄岩地幔部分熔融熔体中结晶的橄榄石相比,额布图岩体中的橄榄石具有较低的Mn含量,指示其母岩浆可能不是橄榄岩地幔的熔融产物。同时,该岩体的橄榄石具有较低的Mn/Zn和Mn/Fe值、较高的Zn/Fe值,与来源于典型辉石岩地幔的Mwenezi和Tuli玄武岩中橄榄石斑晶的相应比值一致。因此,额布图岩体的地幔源区可能以辉石岩为主。同时,该岩体中橄榄石的Ca含量较低、Li含量较高指示其源区可能经历了俯冲流体的改造。因此,额布图岩体地幔源区中的辉石岩组分可能是当古亚洲洋板片向南俯冲至华北克拉通之下时,来自俯冲板片的流体/挥发分进入上覆地幔楔,造成先存于地幔中的古老下地壳组分发生熔融并交代周围的地幔橄榄岩形成的。

Volatile and C-H-O isotopic compositions of giant Fe-Ti-V oxide deposits in the Panxi region and their implications for the sources of volatiles and the origin of Fe-Ti oxide ores

The Panzhihua,Hongge,and Baima Fe-Ti-V oxide deposits in the Panzhihua-Xichang(Panxi) region are hosted in large layered mafic-ultramafic intrusions.The layered intrusions intrude either the Neoproterozoic Dengying Formation,composed mainly of limestone,or the Paleoproterozoic Hekou Formation,composed of meta-sedimentary-volcanic rocks.It remains unclear if the wall rocks have been involved during the fractionation of magmas and have affected the sequence of crystallization of Fe-Ti oxide.Volatiles and their C-H-O isotopic compositions of magnetite,apatite,clinopyroxene,and plagioclase of different types of ores from the three intrusions are analyzed using a technique of stepwise heating mass spectrometer to evaluate the role of wall rocks in the formation of Fe-Ti oxide ores.Volatiles released from magnetite are composed mainly of H 2 O and CO 2,whereas the other minerals are composed mainly of H 2 O,CO 2 and H 2.At 800-1200°C temperature interval,the average 13 C values of CO 2 of all the minerals from the three intrusions range from 7.7‰ to 13.5‰ and the average 18 O CO 2 values from 19.1‰ to 19.5‰,which are scattered in a mixed field with basalt and the two types of wall rocks as end-members,indicating that CO 2 from the wall rocks may have been involved in the magmas from which the three intrusions formed.At 400-800 C temperature interval,both 13 C values(13.7‰ to 17.9‰ on the average) and 18 O values(16.2‰ to 19.2‰ on the average) of CO 2 of all the minerals are lower than those for 800-1200 C temperature interval,and much closer to the values of the wall rocks.Abundant H 2 O released at the 400-800 C temperature interval has relatively low D values ranging from 90‰ to 115‰,also indicating the involvement of fluids from the wall rocks.The average bulk contents of volatiles released from magnetite of the Hongge,Baima,and Panzhihua intrusions are 4891,2996,and 1568 mm 3 STP/g,respectively,much higher than those released from other minerals in total,which are 382,600,and 379 mm 3 STP/g,respectively,indicating that magnetite crystallized from magmas with much more volatiles than other minerals.This can be interpreted as that crystallization of clinopyroxene and plagioclase in the early fractionation of magmas resulted in volatiles such as H 2 O that were eventually enriched in the residual magmas and,at the same time,fluids from the wall rocks may have been involved in the magmas and were trapped in magnetite,which crystallized later than clinopyroxene and plagioclase.