陇把稀土矿稀土元素地球化学行为及其富集规律探讨

稀土元素在工业领域以及地球科学中的应用价值都极为重要.对于稀土资源的开发首先要充分掌握稀土元素的地球化学行为以及富集规律.陇把稀土矿地处云南省陇川县,是国家重要的稀土资源基地.这一地区经历了无数次的构造运动,逐渐形成了较为复杂的地质环境,这些地质作用更加方便稀土元素的富集.本文以陇把稀土矿为研究对象,对稀土矿中稀土元素的地球化学行为与富集规律进行深入研究,为该区稀土资源的可持续开发以及利用奠定理论基础.

滇中富碱斑岩风化成土过程中元素地球化学行为及其主控因素

富碱斑岩带分布较广,目前对其风化过程中的元素地球化学行为研究较少。笔者等以滇中姚安富碱斑岩为例,通过对其化学风化过程的研究,有助于了解富碱斑岩成土过程中元素富集贫化控制因素,丰富碱性岩浆岩风化成土理论。笔者等分析了富碱斑岩风化过程中的矿物风化特征、元素含量分布特征、化学风化趋势、元素迁移富集特征及主控因素,结果表明:富碱斑岩各风化层元素含量与基岩具有继承性,体现了原位风化的特征,符合北亚热带季风气候下云南境内上扬子地块岩石的风化特征;与大陆上地壳组成(UCC)相比,风化成土过程中Ca、Na、K等阳离子强烈淋失亏损,Fe、Al富集;化学风化过程主要发生脱Ca、Na、K、Mg、Si与富Al、Fe作用,风化早期主要为去Ca、去Na过程,风化中、晚期为去K、去Mg、富Al、富Fe过程,并伴随着强烈的脱硅作用;结合迁移系数,常量元素活动性强弱顺序为:Ca>Na>K>Mg>Si>Al>Fe;微量元素地球化学行为一方面主要受地球化学性质相似的常量元素行为控制,另一方面受Al、Fe氧化物/氢氧化物和黏土矿物吸附作用的影响,Sm、Nb、Sc、Th、Ti、U、Y、Cu、Cr、Ni随风化原地残余富集,Ba、Rb、Sr与K、Na、Ca、Mg等常量元素行为一致,随风化而淋失迁出。

从克拉克值到元素的地球化学性质或行为再到成矿作用

克拉克值→第一类反作用→元素丰度→第二类反作用→…→进一步富集成矿的机制构成了一个完整的化学成矿过程链。克拉克值的影响通过质量作用定律可以深入到成矿作用的各个方面,但仍然只是一种必要非充分的成矿条件,因元素而异的地球化学性质或行为将产生两种"反作用":①成矿作用是元素在地球不同圈层和不同相以及不同集合体之间多次分配的结果,一旦分配完成,各级元素丰度有望重新成为最主要成矿约束因素之一,丰度比值则体现了元素分配(异)行为的量化特征;②诸如离子电位、赋存状态等元素本身固有的性质或行为亦产生反作用,可通过固定"性质"谈"丰度"认识其成矿学意义。对于最终将工作于远离平衡态条件下的成矿系统,进一步富集的机制另将成为决定性控矿因素。

铂族元素的地球化学行为及全球主要铂族金属矿床类型

全球铂族金属矿床主要有6种类型,分别为:(1)镁铁质—超镁铁质层状岩体铂族金属矿床;(2)镁铁质—超镁铁质Cu-N i硫化物矿床伴生的铂族金属矿床;(3)Urals杂岩体型铂族金属矿床;(4)蛇绿岩型铂族金属矿床;(5)与热液相关的铂族金属矿床;(6)外生型铂族金属矿床。除第4类型外其他类型的铂族矿床都具有经济意义。铂族金属矿床的形成主要与幔源岩浆性质及岩浆演化过程密切相关。大规模的幔源岩浆活动及在岩浆演化过程中具有产生硫饱和的条件是形成铂族金属矿床的有利条件,同时岩浆期后的热液作用能使铂族元素迁移并在特定条件下富集,对铂族金属矿床的形成有利。镁铁质—超镁铁质层状侵入体形成铂族金属矿床的有利条件是岩浆分异作用强,并且具有能产生高R因子的环境;镁铁质—超镁铁质Cu-Ni硫化物矿床中形成铂族金属矿床的有利条件是硫化物熔体的结晶分异作用;Urals型杂岩体中,由于岩浆在早期演化过程中硫的不饱和,形成的主要铂族矿物为Pt-Fe、Pt-Ir合金,且主要与铬铁矿共生,在岩浆演化硫饱和阶段可形成富Pd的铂族矿物,且与Cu-Fe-V-Ti-P金属共生;蛇绿岩型杂岩体中,主要形成的铂族矿物为含Ir-、Os-、Pt-的合金或少量硫化物矿物,且主要赋存于铬铁矿中。

榴辉岩退变质过程中的微量元素地球化学行为:对CCSD主孔退变质榴辉岩的研究

对中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩退变质过程中的微量元素地球化学行为进行了研究。对退变质程度连续变化样品的不同部分的对比研究表明,流体作用下的退变质过程中大离子亲石元素(Cs、Rb、Ba、Sr、K、Th、U)和轻稀土元素表现出较大的活动性,重稀土元素和高场强元素变化相对较小。退变质后大离子亲石元素的显著增加和高场强元素、重稀土元素的轻微变化(甚至相对降低),表明与退变质作用有关的流体中的络阴离子含量很少,并不富集高场强元素和重稀土元素。退变质后总体上表现出的Si、大离子亲石元素和轻稀土元素的明显变化,表明外来流体参与了榴辉岩的退变质过程,带入和带出了一些元素。结合榴辉岩中单矿物微量元素组成以及前人对DMineral/Fluid的研究成果,对流体-榴辉岩作用形成的退变质分带(富石英条带→角闪岩→退变质榴辉岩→新鲜榴辉岩)的微量元素组成变化进行了详细研究。结果表明在流体作用下的榴辉岩退变质过程中,大离子亲石元素、轻稀土元素和高场强元素含量的变化除了受退变质流体性质的影响外,更大程度上取决于退变质过程中的矿物相(尤其是副矿物)的变化。

元素的地球化学性质与关键金属成矿:前言

本专辑重点从元素地球化学性质入手,结合地质过程和区域地质及一些具体矿床实例的研究,探讨关键金属的成矿规律。包括22篇文章,内容涵盖钨、锡、铌、钽、钛、锑、铀、铼、硼、钼、铜等多种关键金属的成矿规律。

低级变质岩在热液蚀变过程中的微量元素地球化学行为——以赣东北银山地区双桥山群为例

对江西银山地区双桥山群绢云母千枚岩及其原岩的稀土及微量元素的研究表明,热液蚀变过程中它们的地球化学行为十分复杂:热液蚀变作用并不使REE淋滤降低,反而导致ΣREE较其原岩普遍升高,但岩体接触带附近蚀变围岩的ΣREE则低于原岩。蚀变岩出现Eu亏损,∑LREE/∑HREE值降低。定量计算显示,∑REE总升幅中有29％～45％是由围岩质量迁移引起的表观浓缩效应,而另外的55％～71％则是流体带入了REE;在绢云母千枚岩中绢云母可能是REE的主要寄主矿物相,REE主要以吸附作用的形式固着在矿物的表面或含有可交换电价的晶体结构层(四面体层和八面体层)的层面上;参与蚀变作用的热液∑LREE/∑HREE值低、Eu强正异常。流体REE的带入可能是造成蚀变围岩较原岩轻重稀土比值降低的主要因素。热液蚀变作用使岩石的Eu被还原成更易活动的Eu2+而活化迁出,导致蚀变岩的Eu负异常更显著;围岩蚀变作用 造成Sr普遍降低,Ba显著升高,而Rb含量相对稳定,这是由其主要寄主矿物相的变化特征所致;Hf、Th、U、V、Cr、Co、Nb、Mo、Ta、Zr表现为惰性,成矿元素Cu、Pb、Zn、Ag和Sn等大量带入,Y、Sc活化迁出。

中国西风区黄土常量元素地球化学行为与古环境

位于中国西风区新疆伊犁盆地黄土与古土壤样品的常量元素分析表明 ,其烧失量和SiO2 含量与样品的碳酸盐含量正相关。黄土与古土壤SiO2 含量没有明显差别 ,但Al、、Fe、Mn和K在古土壤中发生一定的分异 ,代表了相对强的成壤作用。与黄土高原相比 ,伊犁盆地末次间冰期古土壤富钛、铁、锰、镁和钙 (个别样品除外 ) ,而黄土高原S1更加贫钠和钾 ,而且钙含量很低 ;末次冰期黄土富锰、镁和钙 ,贫钠和钾 ,而黄土高原L1以富钙贫钠、钾为特征。常量元素地球化学行为揭示 ,伊犁黄土与古土壤较黄土高原同期黄土与古土壤形成于更加干旱的气候环境中。

超基性岩红土风化壳中铂族元素(PGE)的地球化学特征及其表生行为:来自印尼与中国不同气候环境红土剖面的对比研究

选择印度尼西亚苏拉威西岛Kolonodale地区和中国云南省元江地区的两处红土剖面为研究对象,对比研究不同气候环境下PGE在超基性岩红土风化壳中的地球化学特征及其表生行为。测试数据表明,PGE在两例红土剖面中都表现出了不同程度的表生富集效应,相对于基岩的最大富集系数分别达5.42(Kolonodale剖面)和6.52(元江剖面),并且PGE在风化产物中的富集系数与样品的红土化强弱指标(S/SAF值)关系密切。但PGE在两例剖面中的垂向分布特征明显不同,它们的含量曲线分别呈"哑铃状"(Kolonodale剖面)和"倒勺子状"(元江剖面)。地球化学证据指示,风化壳中的PGE主要源自基岩中的铬铁矿,它在超基性岩红土化过程中的表生行为与Fe和Cr等元素高度一致,显示出残余富集的习性。这种机制导致了PGE富集段出现在元江和Kolonodale风化壳剖面的上部(红土层)。此外,气候环境通过制约基岩的红土化程度来对PGE的表生行为产生影响。Kolonodale剖面的红土化程度高于元江剖面,PGE在强烈红土化作用下会在风化壳内部发生迁移再分配,这是导致在Kolonodale剖面的腐岩层中也出现PGE富集现象的可能机制。研究进一步证实,Pd和Os在红土化程度较高的风化壳中活动迁移性较强,它们会与Pt、Ir、Ru和Rh等元素发生相对明显的内部分异。除此之外,在超基性岩红土化过程中IPGE与PPGE之间或PGE内部各单项元素之间的内部分异现象并不显著。

变性土发育过程中稀土元素地球化学特征和行为

发育于沉积泥质岩类上的变性土具有特殊的成土过程和土壤性质,且形成有新生体(次生结核)。在研究区内,由于粘粒含量、粘土矿物组成等不同,不同沉积母岩稀土元素含量相差悬殊。在干热的气候条件下,变性土稀土元素较之沉积母岩分异作用不强烈。但在成土过程中,形成的次生结核中稀土元素具有特殊的行为。铁质结核稀土元素富集作用明显,重稀土相对增多,Ce正异常。而钙质结核相对于母岩和土壤,Ce亏损,出现负异常。

江西武宁县石门寺钨铜矿区风化作用过程中W、Cu等元素的表生地球化学行为(之一)

以江西省武宁县石门寺钨铜矿区燕山期和晋宁期岩体风化作用过程中W、Cu等元素的表生地球化学行为为研究对象,通过反映风化程度的化学风化指数CIA、风化作用过程中组分得失的估算、不同介质中W、Cu等成矿元素的含量变化及大离子亲石元素表生地球化学行为等方法的研究表明,石门寺钨铜矿区2个时期岩体元素淋失与风化强度有关,土壤剖面中碱金属、碱土金属元素大量淋失,而W、Cu等成矿元素在土壤B层中显著富集;从岩石到土壤、再到水系沉积物风化过程中,W、Cu等成矿元素含量逐渐升高,为此,一级水系沉积物和B层土壤是赣北九岭W、Sn、Cu、Mo多金属矿集区地球化学找矿的绝佳采样介质,是矿集区内找矿新突破的有效手段。

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。

稀土、铌在碳酸岩-碱性岩体系中的地球化学行为

稀土、铌是对战略性新兴产业至关重要的关键金属。碳酸岩-碱性岩型是极为重要的稀土、铌成矿类型,其成矿机制一直存在争议,主要在于碳酸岩-碱性岩体系中REE、Nb元素的地球化学性质和行为尚不清楚。本文系统综述了全球碳酸岩-碱性岩型稀土、铌资源的基本情况和分布格局、碳酸岩-碱性岩的成因与成矿机制、REE和Nb元素在碳酸岩-碱性岩体系中的地球化学行为等研究进展,并对碳酸岩-碱性岩成因不明、REE和Nb元素富集沉淀机制不清、元素分配行为不明确、络合物结构和稳定性缺乏实验研究等目前存在的问题进行了梳理。本文旨在通过系统总结碳酸岩-碱性岩体系REE、Nb的超常富集机制和碳酸岩-碱性岩体系稀土、铌成矿理论,为强化我国稀土资源优势,缓解铌资源被“卡脖子”困局提供理论支撑。

碱性岩的稀土元素地球化学行为─—以昌都盆地高吉岩体为例

稀土元素丰度与分配在不同岩石中是不一样的，本文就是从这一思路出发，探讨它们在碱性岩中的地球化学行为。以处于板内拉张环境下的昌都高吉岩体为例，同时对比其它几个碱性岩体，来说明它们的稀土元素特征及其在岩石学方面的意义。

地球化学研究与人类疾病——以肺癌的发生与元素生物-地球化学行为周期性变化的关系为例

元素地球化学行为统计上周期性变化的规律研究,衍生出“大凡一切元素的化学行为统计量必呈周期性变化趋势”的科学猜想。用地球化学研究方法,对已发表的各类肺癌、癌旁和正常组织的几十种元素含量的算术平均值数据进行了计算机处理,结果证实了关于元素任意生物-地球化学行为在统计上必定会出现周期性变化的普遍规律,周期性变化趋势尽管有偏差,但和门捷列夫元素周期律基本吻合。研究表明该方法可成功地区分出元素生物地球化学周期性行为-第一电离能型和元素生物地球化学周期性行为-离子型两类元素,后一种类型元素与肺癌关联度较大,在肺组织中的迁移、分布、赋存方式与肺癌的发生有密切的病理学关系。按照系统论的观点,用表征元素生物地球化学行为的重要参数-相似度,和Ni+Cu+Pb/Fe+Zn构建的协变图,成功地划分出肺癌、癌旁和正常组织元素分布的区域。

中国东部河流颗粒物的地球化学性质

在中国东部 1 1条主要河流及其 8条支流采集了 42个颗粒物样品 ,筛选其中 <63μm粒级部分作为研究介质。分析测定了河流颗粒物的主要地球化学性质 ,包括 :1 6种常量元素和微量元素的含量 ,粒径分布 ,粘土矿物含量和组成 ,铁、锰、铝、钛氧化物含量 ,有机质含量和组成 ,p H等 ;研究了颗粒物地球化学性质的地域差异 ;

德兴朱砂红斑岩铜矿热液蚀变作用及元素地球化学迁移规律

德兴铜矿是中国华南地区重要的大型斑岩铜矿,由朱砂红、铜厂和富家坞3个矿床组成。在系统的钻孔样岩相观察基础上,本文把德兴朱砂红花岗闪长斑岩划分为3种类型蚀变岩(钾化-黑云母化蚀变岩、绿泥石化蚀变岩、石英-绢(白)云母化蚀变岩),其主要标志性蚀变矿物依次为:钾长石(黑云母)→绿泥石→石英+绢(白)云母,且热液蚀变程度依次增强。以Al2O3作为不活动组分,通过Isocon分析法表明:随着热液蚀变作用的持续进行,蚀变程度的逐渐增强,主量元素(P2O5)行为较稳定,Na2O、Sr元素大量活化迁出;高场强元素Hf、Th、U、V、Co、Nb、Ta等表现为弱活动性或不活动性;成矿元素Cu、Pb、W显示出大量带入,表明热液流体和成矿流体可能属于同一流体系统。稀土元素均发生一定程度的活化迁移,其中绿泥石化蚀变岩的LREE、HREE均较原岩亏损,而石英-绢(白)云母化花岗闪长斑岩的LREE、HREE富集/亏损情况因样品而异,相对增量/减量变化幅度较大。各类蚀变花岗闪长斑岩球粒陨石化配分模式表现较一致,均为轻稀土相对于重稀土富集的右倾分布,极弱Eu负异常,曲线左陡右平缓,尾部轻微上翘,形似铲状,反映岩浆源区角闪石的分离结晶作用。蚀变花岗闪长斑岩的Y/Ho比值与球粒陨石的Y/Ho比值基本一致,表明Y-Ho在热液蚀变过程中未发生明显分离。弱蚀变花岗闪长斑岩具有较高Sr/Y比值、La/Sm比值以及中等Sm/Yb比值,暗示源区残留相主要为角闪石±石榴子石。

鄂尔多斯盆地马家沟组白云岩稀土元素地球化学特征

稀土元素具良好的地球化学过程示踪性,且受成岩流体影响小,在分析白云岩化流体性质和白云岩化成岩环境方面具有独特效果。采用中子活化法对鄂尔多斯盆地马家沟组白云岩稀土元素地球化学特征进行研究。结果表明:泥微晶白云岩REE质量分数为(2.907～140.09)×10-6,平均为46.917×10-6,低于泥晶灰岩中的含量,δEu平均为0.634,δCe平均为0.942,配分模式与泥晶灰岩相似,显示该类白云岩形成于低温氧化环境,白云岩化流体为海水或海源流体,可能为准同生白云岩化;晶粒白云岩REE质量分数为(3.392～18.435)×10-6,平均为8.788×10-6,远小于海相泥晶灰岩,δEu平均为0.724,δCe平均为0.78,配分模式与泥晶灰岩相似,且与泥微晶白云岩趋于一致,说明其形成于相对高温还原环境,白云岩化流体为海源流体,可能为埋藏白云岩化;溶蚀残余白云岩REE含量高,配分模式与泥晶灰岩不同且不具Eu正异常,指示岩溶流体可能为大气淡水。

北部湾玄武岩地幔源区性质的地球化学示踪及其构造环境

北部湾发育一系列上新世玄武岩 ,其全岩K Ar年龄为 5 .9— 2 .4Ma ,是伴随北部湾盆地拉张而形成的一次较大规模的岩浆活动。岩石化学和微量元素地球化学研究表明 ,该玄武岩属于碱性玄武岩系 ,具有OIB型微量元素配分模式 ,形成于较均一的地幔源区 ,具有以EM2型地幔端元为主、混有HIMU和EM1型端元的地幔源区性质 ,形成于地幔柱或地幔热点的构造环境。北部湾盆地与红河剪切断裂带具有相同的地幔源区 ,而与受太平洋板块影响的地幔源区差别较大。玄武岩形成和北部湾盆地拉张主要受印度板块向欧亚板块俯冲导致的红河断裂带大规模剪切走滑控制 ,5Ma左右红河断裂带由左行走滑剪切转变为右行走滑剪切的构造性质转换可能是导致地幔异常扰动和岩浆活动的地球动力学机制。

扬子地块南缘元古代浊积岩源区风化特征和源岩性质的沉积地球化学记录

对扬子地台南缘元古代浊积岩的常量元素和微量元素地球化学研究表明 ,源区遭受了中等程度的风化作用影响 ,这种影响记录在碱金属和碱土金属元素的丰度与分布型式、蚀变化学指数 ( CIA)以及 Th/U比值等方面。稀土元素的组成和配分型式、Th/Sc和 La/Sc比值以及其他常量和微量元素之间的关系表明 ,沉积岩不具备成熟的再旋回沉积物的特征 ,其源岩主要为由酸性岩浆岩等长英质组分构成的古老上地壳 ,源岩曾受到了显著的壳内分异作用的影响。中元古界冷家溪群地层的源岩较新元古界板溪群含有较高的 Co,Cr,Ni,Sc,V等基性组分 ,且基性的铁镁质成分主要反映在粘土级组分的沉积记录中。