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。

风化淋积过程中矿物演化对稀土元素富集-分异的制约:以梅州仁居稀土矿床为例

我国南方的离子吸附型稀土矿床是世界上最主要的中重稀土来源,研究这类矿床的禀赋特征和成矿机制,可为中重稀土储量的增加和稀土资源的高效利用提供理论支撑。本文对梅州仁居离子吸附型稀土矿的风化壳及基岩进行了矿物学和元素地球化学分析,探究风化过程中矿物演化对稀土元素富集-分异的制约机制。结果显示,仁居风化壳及其基岩相对富集轻稀土,自基岩至稀土富集层,离子交换态稀土含量呈增加趋势,富轻稀土副矿物榍石和磷灰石等在全风化层中消失。榍石是仁居风化壳中稀土元素的主要来源,风化壳中的离子交换态稀土主要被高岭石和埃洛石吸附。铁锰氧化物可能是轻-重稀土元素分异以及Ce与其他稀土元素分异的原因之一。

离子吸附型稀土矿床中稀土的富集—分异特征:铁氧化物—黏土矿物复合体的约束

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是离子吸附态稀土的主要吸附载体。风化壳中黏土矿物的透射电镜分析发现,黏土矿物普遍与铁氧化物形成复合体,很可能对稀土元素的富集–分异产生重要影响。本研究以广东省梅州市平远县仁居矿区的典型离子吸附型稀土矿床剖面为对象,通过提取富矿层中的细颗粒组分,采用X射线衍射、穆斯堡尔谱和透射电镜,对黏土矿物–铁氧化物复合体进行物相和形貌分析;在此基础上,采用顺序提取法测定不同化学形态的稀土总量,探究黏土矿物和铁氧化物对稀土元素富集–分异的贡献。结果表明,从全风化层到表土层,复合物从长石/伊利石–水铁矿/针铁矿复合体到高岭石/埃洛石–针铁矿/赤铁矿复合体,最终向高岭石–赤铁矿复合体转变。在表土层和全风化层的细颗粒组分中,离子交换态稀土约占25%和80%,而铁氧化物结合态稀土约占75%和20%。在表土层中, Ce的富集导致离子交换态和铁氧化物结合态稀土均富轻稀土。在全风化层中,随着深度的增加,离子交换态稀土由富轻稀土转变为富重稀土,铁氧化物结合态稀土均表现富重稀土的分异特征。离子交换态稀土总量和分异特征主要受黏土矿物–稀土界面作用和淋滤作用控制;而铁氧化物结合态稀土总量和分异特征主要受铁氧化物的物相、结晶程度及风化壳pH值等因素影响。因此,铁氧化物对风化壳剖面稀土元素富集和分异具有一定的影响,是剖面上重稀土元素富集的有利因素。上述认识有助于理解和掌握离子吸附型稀土矿中稀土元素的富集–分异机制。

山东官里庄金矿成矿力致热分形弥散分异—富集机理

力致热分形弥散化学分异—富集机理是矿床学研究中的难点和热点,以山东官里庄矿化区为例,分别从矿化区地质特证,构造热效应对岩体、脉岩和矿体的控制及一些量值计算,对该区力致热与分形弥散成矿机理半定量—定量的变化关系进行较深入性的研究。

华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征

高氟地下水是世界各国研究者广泛关注的重大环境问题。尽管对高氟地下水的化学特征、形成机理和扩散机制等已有不少研究,但其稀土元素(REE)的含量和分异特征以及这些特征能否反映高氟地下水的形成和分布尚不清楚,这在一定程度上限制了REE在高氟地下水中的运用。本研究以地下水氟离子异常严重地区——华北平原为研究区,沿地下水流向采集浅层和深层地下水样,研究分析了水中氟离子和REE的地球化学特征。浓度分析结果表明地下水氟离子浓度介于0.28 mg/L和9.33 mg/L之间,其中55%超出我国饮用水标准规定值1.0 mg/L;PHREEQC计算结果反映地下水中氟以NaF、CaF^(+)、MgF^(+)和自由态F-形式存在,其中自由态F^(-)含量占主导(85.42%~99.39%);高氟地下水主要分布于中部冲积湖积平原以及东部冲积海积平原,60%高氟地下水样分布在180 m深度以下;水化学图件分析结果指示浅层高氟地下水的形成主要受蒸发浓缩作用的控制,而深层高氟地下水是水岩相互作用下的矿物溶解和离子竞争吸附共同作用的结果。研究区地下水REE含量处于pmol/L至nmol/L级别,PHREEQC模拟计算结果表明REE主要以碳酸络合物(REECO_(3)^(+)和REE(CO_(3))_(2)^(-))的形式存在,与氟离子络合的稀土元素(REEF^(2+)和REEF_(2)^(+)占0~1.18%;上陆壳(UCC)标准化结果显示,所有地下水均呈重REE(HREE)和中REE(MREE)相对于轻REE(LREE)富集的模式,且具有显著Ce负异常(0.11<Ce/Ce^(*)=Ce_(UCC)/(La_(UCC)×Pr_(UCC))^(0.5)<2.29)特性;地下水富HREE主要归因于HREE比LREE优先与碳酸根络合,并且形成更加稳定的碳酸络合物。沿地下水流向,深层地下水中总REE含量与地下水中氟浓度均呈现不断上升的变化趋势,同时高氟地下水比低氟地下水更易富集重稀土元素,说明稀土元素对深层含水层富氟行为具有一定的指示作用。

大陆动磁变化对成矿元素富集的影响——以吉林夹皮沟矿集区为例

多次交变的应力引起岩石磁性的变化称之为动磁。本文以吉林夹皮沟矿集区为例,通过磁力与成矿元素之间吸引或排斥关系,应力与岩石磁化率和应力与岩石剩余磁化强度等变换规律,探求大陆动磁变化对成矿元素富集的下列影响。1)当铁矿层或磁铁石英岩层褶皱时,金元素易在磁铁矿含量高、动磁强度大的部位(即褶皱转折端或两翼)富集。2)对非铁磁性介质,构造透镜体中的含金性既与低压区有关也与高压区有关,两者共性是沿磁能加大的方向有利于金元素的富集。对含矿围岩则相反,岩石磁性强、弱与岩石含金量呈反比。3)流体内非铁磁性物体动磁的变化对成矿元素富集的影响,主要表现在物体的总力—位移—剩磁—运行轨迹—成矿元素分异和富集的对应关系上。4)大陆动磁频度变化对成矿元素富集的影响,反映为同一构造带大陆碰撞频度与动磁强度呈反比,元素富集不明显;而不同方向构造叠加的频度与动磁强度呈正比,有利于元素富集。这些影响将拓宽和加大大陆动力学与成矿作用间的研究内容和深度。

钾盐矿床的物质来源和成矿机制

讨论钾及其有关物质的理化性质和地化行为,钾盐的物质来源,盐卤的变质、结晶分异、成矿条件和机制。富钾热液是形成钾盐矿床的重要物质来源之一。矿物岩石流体包裹体的富钾成分、富钾热泉、富钾盐湖均是寻找钾盐矿床的重要指示。

河南省三川—赤土店地区地球化学特征

在河南省三川—赤土店地区实施1∶50000水系沉积物测量的基础上,系统阐述了测区内元素分布特征和规律,指明了区内的主要成矿元素及其富集层位,为区内今后地质找矿指明了方向。

桂林寨底地下河系统中地下水稀土元素含量及分异特征

对寨底地下河系统中地下水样品进行水化学指标测试和稀土元素测试分析,开展了稀土元素地球化学研究,研究结果表明:寨底地下河系统中地下水∑REE质量浓度偏低,大部分水点表现出LREE亏损、HREE富集的特点。∑REE质量浓度与地下水pH,Eh的相关性不明显,地下水中HCO_3^-和Ca^(2+)对∑REE浓度的影响程度相似,地下水中HREE富集与pH有一定关系。采用北美页岩标准化后大部分地下水稀土元素分布表现出Ce负异常和Eu正异常;Ce负异常与Fe,Mn有一定的相关性,Eu正异常与地下水系统氧化还原条件有关。整个地下河系统包含的子系统中,地下河子系统与岩溶泉子系统稀土元素富集、分异特征存在差异。

深层地下水稀土元素无机形态及其对稀土特征的影响——以皖北任楼矿煤系含水层为例

在对皖北任楼矿煤系含水层地下水常规离子和稀土元素组成分析的基础上,运用Visual Minteq软件对溶解态稀土的无机形态进行了模拟。结果表明:煤系含水层地下水分为富SO24-和富HCO-3(或富CO32-)两类,二者pH值大致以8.20/8.36为界。富SO24-水具有相对富HCO-3水偏低的稀土总量,但二者在PAAS(后太古代平均页岩)标准化图解上均表现为轻稀土亏损的型式。富SO24-水中稀土无机形态包括Ln3+、LnCO3+、LnSO4+、Ln(CO3)2-和Ln(SO4)2-(Ln代表稀土元素),但富HCO-3水中以Ln(CO3)2-和LnCO3+为主,且各形态的相对含量与pH值和元素类型(如轻、重稀土)关系密切。HCO3-含量与地下水∑REE和NdSN/YbSN存在明显的相关性,表明不同含量的稀土元素无机形态(尤其是Ln(CO3)2-)对地下水中稀土元素总量和轻重稀土分异程度存在影响。

离子吸附型稀土矿床形成的矿物表/界面反应机制

华南离子吸附型稀土矿床提供了全球超过90%的重稀土,是我国优势的战略性关键金属矿产资源。掌握这类矿床的成矿机制和禀赋特征,可为增加稀土资源储量和高效利用稀土资源提供理论支撑。离子吸附型稀土矿床主要发育在富稀土花岗岩、浅变质岩及火山岩的风化壳中。基岩中的(含)稀土矿物是风化壳中离子态稀土的主要来源,其矿物组合很大程度上决定了稀土矿床的禀赋和分异特征。在物理-化学风化和微生物作用下,造岩矿物、含稀土矿物和稀土独立矿物逐渐溶解,使稀土元素活化和再富集。一方面,母岩风化形成的黏土矿物和铁锰氧化物具有较大的比表面积和一定的表面电荷密度,是稀土离子的主要载体;另一方面,稀土离子通过离子交换、表面吸附与络合、共沉淀,以及形成次生稀土矿物等途径富集在次生矿物表面,其富集-分异特征和赋存状态受矿物类型、pH、微生物活动等因素所控制。利用高分辨透射电镜结合选区电子衍射和电子能量损失谱,以及同步辐射X射线吸收精细结构谱,有望在原子级尺度查明稀土的微观赋存状态。未来研究需更多关注基岩中(含)稀土矿物组合及其演化路径的制约因素、微生物风化对离子吸附型稀土矿床成矿作用的约束,以及稀土元素的微观赋存状态等问题。

江苏省东海—新沂地区地球化学特征

在江苏省东海—新沂地区实施1∶2万物化探普查的基础上,系统阐述了测区内主要成矿元素的分布特征和规律,为今后寻找多金属矿床指明了方向。

相山铀矿尾矿区植物根际土壤稀土元素和铀、钍生物富集特征

本文采集了相山铀矿尾矿库不同地方(库内、坝上和库下游)8种优势植物及其根际土壤,通过野外实地调查和室内分析相结合的方法,研究了植物根、茎、叶、穗和根际土壤REEs及U、Th的生物地球化学行为。结果表明,植物稀土元素总量(∑REEs含量)总体表现为根际土壤>根>茎和叶(穗)。归一化结果显示,库内植物根与根际土壤具有相似的重稀土元素(HREEs)富集、铕(Eu)负异常配分模式,坝上及下游则演变平坦配分模式且铈(Ce)负异常,茎、叶和穗出现轻稀土元素(LREEs)富集配分模式,指示REEs在土壤根体系及植物体内转运过程中发生了分异。根际土壤DTPA萃取实验表明HREEs优先于LREEs被生物吸收利用,且Gd的生物有效性相对于其他REEs更差。Person相关分析表明土壤pH、Fe、Mn矿物吸附和有机质是影响REEs生物有效性的重要因素;灰色关联分析显示U、Th和REEs在根际土壤与根中的灰色关联度普遍大于叶茎穗,指示土壤U和Th对REEs含量的影响在根中大于叶茎穗。芒萁叶REEs的富集系数(BCF=6.09)和转运系数(TF=8.25)均大于1,茎和根部的转运系数和富集系数也优于其他植物,指示芒萁可作为REEs的环境修复植物,水稻的根部对REEs和Th、U均有较强的富集作用,可作为植物联合修复的考虑对象。

江苏省溧水地区金地球化学特征

在江宁县西横山—溧水地区实施1∶5万金土址地球化学测量的基础上,系统阐述了测区内金元素分布特征和规律,指出了区内金的主要富集层位,为区内今后找金指明了方向。

稀土元素在岩浆和水热系统的实验岩石学和地球化学研究进展

稀土元素对绿色科技的发展具有至关重要的作用,随着世界范围内新兴技术的发展进程对稀土的需求日益提高,稀土矿床成矿机理的研究已经成为目前国际地学的研究热点。稀土元素分配行为的高温高压实验能够为研究稀土在岩浆和水热系统中的迁移、分异和沉淀机制提供有效制约,为了解稀土元素地球化学行为和稀土成矿作用提供重要的理论基础。本文总结了近年来关于稀土元素在岩浆-热液体系中分配行为的高温高压实验研究进展,其中包括部分熔融作用稀土的分配行为,液态不混熔过程中稀土在共轭熔体相之间的分配系数,分离结晶作用过程中稀土在结晶矿物相与残余熔体相之间的分配系数,岩浆演化后期稀土在熔体和分异流体相之间的分配行为,以及稀土在热液流体中的迁移、分异和沉淀机制的相关研究。基于目前的实验研究结果,本文提出了稀土实验地球化学研究中依旧存在的一些问题:部分熔融作用对于成矿物质组成的影响,碳酸盐熔体和硅酸盐熔体液态不混熔对于碳酸岩稀土成矿作用的影响,岩浆晚期演化的热液流体对于稀土成矿作用的影响,稀土元素在液态不混熔、分离结晶和热液交代过程中的分异和富集机制等,并对未来需要继续完善和拓展的方向提出了展望。

燃煤过程煤中有害矿物质的迁变行为研究进展

煤中的矿物质是燃煤引起环境问题的主要因素,其种类繁多,在燃煤过程中的迁移转化规律也极其复杂,理清其迁变规律,对燃煤排放控制极为重要。燃煤过程中矿物的热转化涉及蒸发、破碎、分解、融合及凝并等过程,不同矿物会发生不同的反应与转化,最终分布去向可概括为:炉渣、底灰、飞灰和燃烧废气悬浮微颗粒等。燃煤过程矿物质所表现出的性质和行为,主要与煤中矿物质的地质特征和燃煤工艺条件2个因素有关,其中温度和气氛是主控因素。目前对矿物质热演化行为的原生地质影响因素研究较为薄弱,具体为煤中矿物质的天然与燃煤过程的富集分异机理、煤中矿物质的地质特征与其热演化行为之间的潜在关系,地质背景与燃煤工况对矿物质热演化行为的双重影响与控制等。

云南鹤庆盆地岩溶地下水稀土元素地球化学特征

为揭示云南鹤庆盆地岩溶地下水中稀土元素地球化学特征,对该盆地内主要岩溶泉水和地下河水样进行了水化学常规指标测试和稀土元素测试,分析研究了该地区地下水中稀土元素质量浓度、配分模式以及分异特征和影响因素。结果表明:由于含水岩组的截然不同,造成盆地东部岩溶地下水比西部岩溶地下水ΣREE质量浓度高,该地区岩溶地下水中ΣREE浓度与Eh,HCO_(3)^(-),Ca^(2+)有负相关性,与pH,DO,Fe和Mn有较好的正相关关系,高含量HCO_(3)^(-)和Ca^(2+)在一定程度上制约了REE在水中的溶解,铁锰氧化物矿物的还原性溶解是REE进入地下水的主要途径。地下水中LREE有富集、有亏损,还有部分既不富集也不亏损,盆地东部地区地下水中HREE富集程度远远大于西部地区地下水。该地区岩溶地下水表现出明显的Ce负异常和Eu正异常,可能与含水岩组岩性和还原环境有关,同时高Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)的环境中,Eu^(2+)更容易被释放出来进入地下水中。在地下河管道中,地下水经过长距离的地下径流后,地下河出口∑REE质量浓度高于岩溶泉水,且与入口相比,出口地下水中轻稀土富集和Eu正异常有所增强,Ce负异常程度减少。

赣南地区花岗岩风化壳中稀土元素特征探讨

本文系统阐述了赣南地区的龙南及全南不同岩性花岗岩风化壳中稀土元素的分布情况,通过利用其稀土元素表征参数计算结果及球粒陨石标准化型式,研究得出风化壳自上而下剖面(不包括基岩)总体为LREE富集,HREE亏损,存在明显的Ce、Eu异常,Y含量的比值主要取决于基岩,各层REE分布情况显示出了一种原岩的继承性,REE在花岗岩原岩中的含量、分布模式及赋存状态,主要稀土矿物的抗风化能力,风化淋滤的强度,在一定程度上控制着REE在风化壳中的富集和分异,并在文末初步探讨了其稀土元素的演化与岩石成因。