山东蒙阴金刚石矿床地质大数据三维建模与成矿预测

大数据时代的到来,需要我们在大数据思维指导下进行三维地质建模工作。笔者以山东蒙阴西峪金刚石矿作为为研究对象,基于大数据发现技术与大数据挖掘技术实现了传统三维地质建模工作和信息技术的深度融合,结合可视化表达等技术方法充分提取了文本数据中西峪金刚石矿的成因模式信息与地球物理勘探标准信息;并在此指导下完成了地球物理信息的解译工作,以期降低地球物理信息多解性对三维地质建模干扰,提高三维地质建模的准确性。最后,结合对成因模式与地球物理勘探标准的深入认识,文章实现了蒙阴金刚石深部含矿性分析,并初步圈定了成矿远景区。

辽宁第Ⅳ金刚石成矿带东部潘家沟辉绿岩中铬铁矿的矿物化学特征及其意义

辽宁省永宁地区因发现原生金刚石而被划分为辽宁第Ⅳ金刚石成矿带,但尚未厘定出金刚石的来源,有必要加强对与金刚石伴生的指示矿物的研究。对该成矿带东部潘家沟地区辉绿岩中选获的铬铁矿开展电子探针成分分析,并与辽宁典型金伯利岩管中的铬铁矿成分进行对比,以探讨该地区铬铁矿的成因及其与金刚石的关系。根据铬铁矿样品电子探针背散射图像显示的粒径、形态及熔蚀特征,以及铬铁矿电子探针成分测试显示的高Cr、富Mg、低Al及贫Ti的特征,推测该地区的铬铁矿来自地幔捕掳晶,属于镁铬铁矿亚类,主要为镁铁-铬铝铁亚种和镁铁-铬铝亚种。计算得到铬铁矿的形成温度为1 252~1 307℃,与前人报道的瓦房店典型金伯利岩中铬铁矿的形成温度基本一致,也接近金刚石的形成温度,表明潘家沟地区辉绿岩中铬铁矿的成因与金刚石关系密切,该地区具有良好的金刚石成矿潜力和找矿前景。研究成果对潘家沟地区金刚石原生矿的勘查及探明该地区金刚石的来源具有指导意义。

辽宁省瓦房店金刚石原生矿找矿方法组合模型的建立

为了进一步扩大金刚石勘查成果,提交新增金刚石矿资源量,以辽宁省瓦房店地区金伯利岩型金刚石原生矿作为重点研究对象,总结归纳了应用地球物理、水系重砂、地球化学、遥感及三维地质等技术方法的找矿模型,建立了周期短且经济的3种找矿方法组合模型,即重砂法+地面高精度磁测+工程揭露(化探)找矿方法组岩模型、航空物探+地面高精度磁测+重砂法+工程揭露(化探)找矿方法组合模型以及遥感+重砂法+地面高精度磁测+化探+工程揭露找矿方法组合模型。研究成果可对辽宁省金刚石勘查工作起到指导意义。

黔东施秉下翁哨地区金刚石指示矿物地球化学特征及其地质意义

对黔东施秉下翁哨地区金刚石指示矿物镁铝榴石、铬尖晶石分别进行了电子探针(EMPA)主量元素和LA-ICP-MS微区原位微量元素测试,结果表明:镁铝榴石主要属于G9型(约占87%),次为G12型(约占11%)和G3型(约占2%),源区为二辉橄榄岩和异剥橄榄岩,当其与橄榄石共生,获得平衡温度(tNi)为686~1225℃,压力(PCr)为1.9~4.0 GPa,少数落在形成金刚石的主要温压范围内(压力约4.0~6.5 GPa,温度约950~1300℃);铬尖晶石主要来源于橄榄岩尖晶石捕虏晶(Xen)(约占90%),少量为铬铁矿(Chr)(约占10%),个别落在全球原生金刚石中铬铁矿包裹体的范围内。研究认为,恢复区域加里东期造山运动以来的古地貌,寻找金刚石指示矿物的母岩体/新岩体及开展其矿物间的对比研究工作,特别是对加里东期以来区域的地幔物质组成、岩石圈厚度和热状态等进行深入研究,将对扬子克拉通的演化、深部地幔结构剖析和金刚石成矿事件等具有重要的科学研究意义。

我国原生金刚石矿找矿勘查实践与研究新进展

2013年召开的“全国金刚石找矿勘查现场研讨会”,标志着我国新一轮原生金刚石矿找矿勘查工作的开始。近十年以来,原生金刚石矿找矿勘查实践与研究取得了一系列新进展:安徽栏杆地区和辽宁瓦房店地区新增一批原生金刚石资源量,进一步提升了我国金刚石资源保障能力;新划分出辽宁第Ⅳ金刚石成矿带和山东平邑—费县金刚石成矿带,在全国多个地区发现了新的找矿线索,进一步拓展了金刚石原生矿的找矿空间;进一步完善了构造解析-三维建模-工程验证、高分辨率遥感信息提取等综合找矿方法,形成了深部找矿和发现隐伏岩体的新思路;含矿岩体成因研究、金伯利岩(钾镁煌斑岩)侵位模型、金刚石原产地研究等取得了新认识;年代学研究表明,我国含金刚石母岩的成矿时代从古生代延伸到晚中生代,具有显著的多期次成矿特征。此外,文章根据近十年来金刚石找矿勘查与研究取得的新进展及存在的新问题,提出了今后原生金刚石找矿勘查与研究的相关建议。

Revealing the atomic mechanism of diamond–iron interfacial reaction

Diamond,with ultrahigh hardness,high wear resistance,high thermal conductivity,and so forth,has attracted worldwide attention.However,researchers found emergent reactions at the interfaces between diamond and ferrous materials,which significantly affects the performance of diamond-based devices.Herein,combing experiments and theoretical calculations,taking diamond–iron(Fe)interface as a prototype,the counter-diffusion mechanism of Fe/carbon atoms has been established.Surprisingly,it is identified that Fe and diamond first form a coherent interface,and then Fe atoms diffuse into diamond and prefer the carbon vacancies sites.Meanwhile,the relaxed carbon atoms diffuse into the Fe lattice,forming Fe_(3)C.Moreover,graphite is observed at the Fe_(3)C surface when Fe_(3)C is over-saturated by carbon atoms.The present findings are expected to offer new insights into the atomic mechanism for diamondferrous material's interfacial reactions,benefiting diamond-based device applications.

新型紫外光致发光图像高速采集装置的研制及其在筛分天然钻石中的应用

为了提高批量小颗粒钻石的筛查效率和准确性,研制了一种新型紫外光致发光图像高速采集装置——珠宝首饰观察鉴定仪(DDO),通过对激发光波长、工业相机等的选用和结构设计技术突破,以及对发光现象采集方式进行创新,实现了批量观察不同宝石间的光致发光现象和发光延迟现象差异等,从而实现对宝石高效检测。对20 000粒以上无色天然钻石、合成钻石和钻石相似品进行的DDO测试结果表明,98%~99%的无色天然钻石在紫外光激发光停止后的0.1~10 ms内可观察到的碧蓝色磷光现象,为天然钻石典型特征,合成钻石和其他无色宝石的发光特征(发光颜色、强度、持续时间、结构分区)明显区别于天然钻石,由此建立了一种通过观测包括荧光、衰减时间在100 ms内的连续发光(磷光)特征差异性作为筛分条件快速、准确筛分无色天然钻石的新方法。本装置提高了钻石鉴定的准确度和检测效率,对天然钻石的筛查通过率可高达99%,对合成钻石和仿钻石的筛查准确性可达100%。

压力环境对纳米晶金刚石石墨化的影响

高压下纳米金刚石石墨化对多晶金刚石烧结体的性能具有非常重要的影响。为此,在5~9 GPa、600~1500℃的压力温度范围,分别对平均晶粒尺寸为50 nm的纯纳米金刚石粉末和NaCl-纳米金刚石混合粉末的石墨化温度进行了研究。结合粉末X射线衍射的物相定量分析方法,分析了非静水压(纯金刚石粉末)和准静水压(NaCl-纳米金刚石混合粉末)下纳米金刚石在不同压力和温度下的石墨化程度。结果表明:5 GPa时,纯纳米金刚石粉末石墨化的起始温度在800℃以上,9 GPa时则在1000~1300℃之间;在约7 GPa的压力下,较短的保温时间内纳米金刚石的石墨化温度由非静水压环境中的1000℃提高到准静水压环境中的1500℃以上。

金刚石的撞击成因与找矿新思考

“深地、深海、深空、深蓝”是代表科技发展前沿和我国战略发展方向的重要领域。其中,“深地”和“深空”是地球和行星科学研究的重点领域,是解决地球科学重大基础理论问题、探索太阳系演化历史等科学问题,以及保障国家能源资源安全、拓展人类生存空间、保障人类社会可持续发展的重要领域(欧阳自远等, 2002;Wilson et al.,2004;李三忠等, 2010;郑永春等, 2011;郑永春和欧阳自远, 2014;杨经绥等, 2021)。

辽宁永宁地区含金刚石闪长质岩石显微特征及金刚石来源探讨

辽宁永宁地区发育一套闪长质火山岩,该岩石中曾选获金刚石及其指示矿物,因此成为辽宁省金刚石第Ⅳ成矿带。通过对该岩石矿物组成及其显微结构构造特征研究,表明:①闪长质岩石中的斑晶斜长石具有环带结构;②橄榄石及金云母具有多世代性,且目估橄榄石+金云母含量在10%以上,局部更为富集;③出现“橄榄石+金云母+石榴石”与“斜长石+辉石+角闪石”不平衡的矿物组合;④发现橄榄石有碎斑结构和金伯利岩角砾。初步认为,永宁地区的闪长质岩浆在上升过程中捕获了早先已形成的金伯利岩并与之发生熔融混合作用,金刚石来自于深部的金伯利岩。这一认识对该地区寻找金刚石原生矿具有启示意义。

大数据框架下金刚石地质成矿信息挖掘及应用

随着大数据时代的到来,地质行业将大数据作为新兴增长点进行培育和挖掘,以山东蒙阴金刚石矿集区为研究对象,基于大数据实现地质工作和信息技术的深度融合,通过数据统计、挖掘、洞察与预测等分析并集成融合与成矿系统相关的源、运、储、变、保等知识,全面提取蒙阴地区多元地质信息,建立西峪矿区金刚石矿多项指标的成矿地质信息模型,开展三维可视化成矿预测,进而圈定找矿远景区。探寻金刚石大数据管理、分析及成矿预测新技术方法,促进成矿新认知与找矿新发现。

华北克拉通金刚石形成压力——来自橄榄石包裹体的约束

金刚石中的刚性共价键使其能够在巨大的温度压力变化下发生极小的体积变化,这使它成为个非常坚固的宿主,以及极好的圈闭压力记录仪。在包裹体完成封装后随着金刚石抬升至地表的过程中,由于二者热膨胀和压缩性的差异,包裹体相对寄主金刚石发生膨胀或相对压缩。通过限定矿物包裹体周围的残余压力,可以得到寄主金刚石形成压力、起源深度等有用信息。橄榄石是金刚石中最为常见的包裹体之,也是迄今为止用于限定金刚石源区压力的包裹体中研究程度最高的包裹体。

隐伏矿找矿成功案例分析——以辽宁瓦房店地区金刚石矿找矿为例

辽宁省瓦房店地区是我国重要的原生金刚石矿产地,自1971年发现金伯利岩以来已累计找到100多个金伯利岩体,提交了4个大型、1个中型原生金刚石矿床和3个近源小型金刚石砂矿床,探明的资源量占全国总资源量一半以上。区内的50号岩管是具有工业意义的大型原生矿床且已开发利用,因其金刚石宝石率高、晶型好、颜色净度俱佳、易加工而享誉世界。但50号岩管向下延深明显小于其他大型矿床的岩管深度。研究认为该岩管是被推覆构造截断了,其周边深部赋存有被截断的部分有待寻找。经过工作,证实了本区存在破坏金伯利岩体形态的逆冲推覆构造,在距离50号岩管1070m、地下近300m处找到了被错断的50号岩管的一部分,初步评价矿床规模达到中型,实现了隐伏矿找矿突破。

黔东—湘西早古生代岩石圈热状态与高产热率HHPRM型地幔源区

岩石圈热结构和热状态的研究对于大陆裂解、变质作用及活化构造形成机制等大陆动力学问题的研究十分重要。通过地球化学、构造地质学和综合分析,以贵州省镇远地区金伯利岩-钾镁煌斑岩和黔东—湘西一带的晚元古代地层为例,研究了扬子地块东南缘早古生代岩石圈热结构与热状态。提出高放射性元素产热率的HHPRM型地幔源区,进一步讨论HHPRM型地幔源区形成与演化的大陆动力学机制。认为古富集地幔(HHPRM型地幔源区)是镇远一带的早古生代钾镁煌斑岩-金伯利岩的岩浆源区,镇远地区金伯利岩-钾镁煌斑岩岩浆源区深度(H)在208～244km,形成温度在1547～1403℃间,该温度和深度范围属软流层,具有形成金刚石矿床的地质条件。建议在贵州—湖南—广西三省交界区的金伯利岩和钾镁煌斑岩岩群中应进一步开展金刚石矿床研究与勘查工作。

山东蒙阴金刚石的“似玛瑙状”生长结构及氮、氢杂质分布的不均一性

阴极发光(CL)技术可揭示金刚石生长结构、阶段和过程。利用该技术首次发现蒙阴金刚石中罕见的“似玛瑙状”生长结构,并分析了该典型结构的特征和生长机制。该样品定向切片的傅立叶变换红外光谱(FTIR)微区分析表明,氮、氢杂质分布不均一,从生长中心至边缘,总氮含量和B中心百分数逐渐降低,但变化幅度较小;氢浓度呈不规则振荡,边缘区最高。该生长结构和杂质不均一特点揭示了金刚石生长过程中熔/流体的参与作用和生长条件、环境的复杂性。

大别山及苏鲁地区微粒金刚石分类及其大地构造意义

1992年发现大别山首例微粒金刚石之后,又于2003年和2004年在大别山和苏鲁地区的榴辉岩薄片中和榴辉岩的人工重砂中发现了微粒金刚石。本文报道其中尚未发表的7颗,并对2颗较大的薄片中的微粒金刚石和2颗自由晶体金刚石进行拉曼光谱和红外光谱测试。研究结果表明,本区所有微粒金刚石都为IaA和IaB型金刚石的混合体。缺少Ib型金刚石,表明没有人造金刚石的混入。薄片中的金刚石大部分为石榴子石的包裹体,少数产出于颗粒之间,直径为30～180μm。自由颗粒微粒金刚石直径为400～700μm。在大别山北部,不但又一次找到了微粒金刚石,还在石榴子石中发现有单斜辉石、磷灰石和金红石的出溶。这表明北大别不但是超高压地质体,而且可能是本区俯冲最深的地质体。

安徽栏杆含金刚石基性岩中辉石及钛铁矿矿物化学特征

在中国东部皖北地区分布着新元古代镁铁质岩,岩石类型为辉绿岩、辉绿辉长岩、辉绿玢岩等。其中主要组成矿物为辉石、斜长石、角闪石、铁钛氧化物等。利用电子探针对单斜辉石和钛铁矿进行了详细研究。单斜辉石分析表明,其端元分子组成硅灰石分子(Wo)为33.27～43.04,顽火辉石分子(En)为38.79～46.63,斜方铁辉石(Fs)为10.45～24.83,属于普通透辉石。计算结果及化学成分比值说明,单斜辉石应该是在寄主碱性玄武质岩浆晚期低压下结晶的,可能是碱性玄武质岩浆浅位岩浆房晶出的产物。单斜辉石的结晶温度为1109～1206℃,压力最高为0.6GPa,相当于深部19.8km。栏杆地区钛铁矿含MgO和Cr_2O_3较低,具有富FeO,并含少量MnO的特点,属于含镁锰钛铁矿。两类矿物特征均与典型金伯利岩中的指示矿物不同。

安徽栏杆含金刚石基性岩中石榴子石矿物学特征

在中国东部皖北地区分布着新元古代镁铁质岩,其中一些碱性基性岩为金刚石的赋矿岩石。为了确定安徽栏杆金刚石矿区的石榴子石种类,对矿区内不同类型的石榴子石进行系统采样,测定了62件石榴子石微区化学成分。结果显示,安徽栏杆石榴子石矿物化学式A_3^(2+)B_2^(3+)(SiO_4)_3中的A组阳离子由Mg^(2+)、Fe^(2+)和Ca^(2+)离子占位,B主要由Al^(3+)、Fe^(3+)、Mn^(3+)和Cr^(3+)离子占位,三价阳离子主要为Al^(3+),二价阳离子主要为Ca^(2+),表明研究区石榴子石主要为钙铝-钙铁-镁铝石榴子石系列。在62个样品中,发现了超硅石榴子石。经过计算其形成的压力范围为12.1～12.8GPa,深度可达300km。

博茨瓦纳和中国含金刚石金伯利岩的地质特征及对寻找类似岩体的启示

金刚石及其寄主岩石是人类认识地球深部物质组成和性质、壳幔和核幔物质循环重要研究对象。本文总结了中国不同金刚石类型的分布,着重对比了博茨瓦纳和中国含金刚石金伯利岩的地质特征,取得如下认识:(1)博茨瓦纳含矿原生岩石仅为金伯利岩,而中国含矿岩石成分复杂,金伯利岩主要出露在华北克拉通,展布于郯庐、华北中央和华北北缘金伯利岩带,具有工业价值的蒙阴和瓦房店矿床分布于郯庐金伯利岩带中;钾镁煌斑岩主要出露在华南克拉通,重点分布在江南和华南北缘钾镁煌斑岩带中;(2)钙钛矿原位U-Pb年龄和Sr、Nd同位素显示,86～97 Ma奥拉帕金伯利岩群和456～470 Ma蒙阴和瓦房店金伯利岩均具有低87Sr/86Sr(0.703～0.705)和中等εNd(t)(-0.09～+5)特征,指示金伯利岩浆源自弱亏损地幔或初始地幔源区;(3)博茨瓦纳金伯利岩体绝大多数以岩筒产出,而中国以脉状为主岩筒次之;博茨瓦纳岩筒绝大部分为火山口相,中国均为根部相,岩筒地表面积普遍小于前者;(4)奥拉帕A/K1和朱瓦能金伯利岩体是世界上为数不多的主要产出榴辉岩捕虏体和E型金刚石的岩筒之一,而同位于奥拉帕岩群的莱特拉卡内、丹姆沙和卡罗韦岩体与我国郯庐带的金伯利岩体类似,均主要产出地幔橄榄岩捕虏体以及P型和E型金刚石;(5)寻找含矿金伯利岩重点注意以下几点:克拉通内部和周缘深大断裂带是重要的控岩构造;镁铝榴石、镁钛铁矿、铬透辉石、铬尖晶石和铬金红石等是寻找含金刚石金伯利岩重要的指示矿物;航磁等地球物理测量需与土壤取样找矿方法相结合才能取得更好效果;(6)郯庐金伯利岩带、江南钾镁煌斑岩带和塔里木地块是中国重要含矿岩石的找矿靶区,冲积型金刚石成矿潜力巨大。

中南部非洲金刚石矿床的成矿地质背景、成矿类型及矿床特征

中南部非洲是世界上金刚石资源最为丰富的地区之一,其金刚石矿床主要产于津巴布韦克拉通和卡普瓦尔克拉通内,主要分为两种类型:①原生金刚石矿床;②次生金刚石矿床,且以原生金刚石矿床的研究程度较高,代表了中南部非洲的研究现状。本文通过总结前人研究资料发现,该地区的金伯利岩分为Ⅰ型和Ⅱ型,其内包体可以分为两种:橄榄岩型和榴辉岩型;金刚石可以分为三类:橄榄岩型、榴辉岩型及两者的过渡类型——二辉岩型。其中,橄榄岩型和部分榴辉岩型金刚石来自于地幔结晶堆晶体,而另一部分榴辉岩型则与板块俯冲的构造—热事件有关。金伯利岩的年龄主要分布于白垩纪、二叠纪、寒武纪及元古宙,而金刚石的年龄主要为元古宙和太古宙,金伯利岩和金刚石为不同时期的产物,金刚石为金伯利岩侵位期间捕获的上地幔物理破碎产物。其中900～1000Ma左右的金刚石为板块构造—热事件的产物,并对早期金刚石进行了改造破坏。次生金刚石矿床为原生矿床风化后的产物,可分为四种类型,构造特征、基岩地质及地貌演化等对该类矿床的分布具有重要的影响作用。