西昆仑塔什库尔干布伦阔勒群的岩石地球化学特征及变质P-T轨迹

西昆仑布伦阔勒群变质岩是西昆仑造山带的重要组成部分,但其成因一直存在争议。在塔什库尔干县的马尔洋地区,布伦阔勒群主要由石榴斜长角闪片麻岩和孔兹岩组成。根据地球化学特征,石榴斜长角闪片麻岩稀土元素配分曲线可以分为两种类型:一种稀土总量较高(∑REE=190.2×10-6～359.1×10-6),从轻稀土到重稀土逐渐亏损((La/Yb)N=4.28～5.79),与E-MORB类似;另一种稀土总量较低(∑REE=89.28×10-6～113.0×10-6),轻稀土亏损((La/Yb)N=0.59～0.84),重稀土曲线平坦((Gd/Yb)N=0.99～1.07),与N-MORB类似。微量元素蛛网图中石榴斜长角闪片麻岩具有Ba正异常,Sm、Cr、Zr、Hf和Ti的负异常,轻微的Nb、Ta的负异常,显示为岛弧拉斑玄武岩的特征。孔兹岩的原岩判别图解显示其原岩可能为岛弧环境沉积的页岩和硬砂岩。因此,推测塔什库尔干布伦阔勒群的石榴斜长角闪片麻岩和孔兹岩的原岩形成于岛弧环境。根据岩相学观察、矿物化学分析和温压计算,石榴斜长角闪片麻岩经历了三个变质阶段:M1为高压变质阶段,矿物组合为Grt+Hbl1+Pl1+Qtz,变质温压条件为850～870℃/12.9～13.3kb;M2和M3为两期角闪岩相退变质阶段,矿物组合分别为Hbl2+Pl2+Qtz和Hbl3+Pl3+Kfs+Bt+Qtz,变质温压条件分别为730～770℃/7.3～7.8kb和680～740℃/4.7～5.7kb。孔兹岩也经历了三个变质阶段,推测其早期M1阶段变质温压条件可能与石榴斜长角闪片麻岩的峰期变质阶段相同(850～870℃/12.9～13.3kb);峰期M2和峰期后M3阶段变质矿物组合分别为Grt2+Pl2+Bt2+Sil+Qtz和Grt3+Pl3+Bt3+Sil+Mus+Qtz,温压计算结果分别为800～830℃/7.9～9.2kb和670～700℃/5.1～5.6kb。孔兹岩的M1、M2和M3变质阶段对应于石榴斜长角闪片麻岩的M1、M2和M3变质阶段。上述温压计算结果形成顺时针的P-T轨迹,表现为峰期高压变质作用后叠加了由高角闪岩相-中压麻粒岩相到低角闪岩相的退变质作用,反映了西昆仑与碰撞相关的大地构造背景,这可能与海西期古特提斯洋的闭合有关,之后叠加了印支期构造抬升过程中的剪切作用。

覆盖区地球化学勘查进展

社会发展在很大程度上依赖于矿产资源的供应,如一部智能手机中就包含了60多种金属(Arndt et al.,2017)。随着人们生活水平的不断提高,尤其是发展中国家的快速发展,人们对矿产资源的人均需求将持续上升。据估计,为了满足社会发展,每几年就需要发现一个超大型矿床。具有经济效益的矿床的发现逐渐依赖于覆盖层下深部含矿信息在地表的表达。因此,无论国内或国际都将矿产勘查的视野瞄准于覆盖区。

南秦岭桂林沟斑岩型钼矿Re-Os同位素年代学及其构造意义研究

陕西省镇安县桂林沟斑岩型钼矿床位于南秦岭多金属成矿带内,其成矿围岩主要为细粒花岗岩、钾长花岗岩和蚀变的粗粒花岗岩。本文通过对桂林沟斑岩型钼矿床中辉钼矿Re-Os同位素定年以及围岩中锆石U-Pb年代学研究,旨在探讨成矿成岩的关系及其构造意义。结果表明,6件辉钼矿的Re-Os同位素年龄在195.9~198.5Ma之间,加权平均年龄为197.2±1.3Ma,表明桂林沟钼矿形成于早侏罗世。围岩细粒花岗岩、钾长花岗岩和粗粒花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为199±1.4Ma、201±3.1Ma和198±11Ma,这说明其成岩和成矿年龄基本一致。值得注意的的是,桂林沟钼矿床的形成年龄不同于前人已报导的秦岭钼矿的三个主要成矿期,即238~213Ma、145~126Ma和116~110Ma,其稍晚于第一成矿期。200~190Ma可能代表了秦岭成矿带一期尚未认识的重要成矿事件,对于南秦岭找矿具有重要意义。该期钼矿形成于秦岭印支期碰撞之后,是在造山带垮塌引起的岩浆-热液事件过程中形成的。

矿物结构与矿物物理研究进展综述(2011~2020年)

2011~2020十年间,微束微区、原位分析、高温高压和计算模拟等技术的快速发展极大地推进了矿物学研究向分子、原子尺度深入。我国学者在矿物物相转变与晶体生长理论、矿物物理、矿物微结构、矿物表-界面过程等领域的研究中取得了系列创新成果,主要包括:发现了高压新矿物以及矿物相变的新机制,提出了纳米颗粒附着晶化和非晶质-结晶质转化的矿物晶体生长途径与理论,揭示了矿物表面反应性的结构本质与矿物表-界面反应的微观机理,应用计算模拟方法获得了矿物原子尺度的局域结构与性质。本文从矿物晶体生长理论、高压矿物学、矿物表-界面作用和黏土矿物学等方向综述了近十年我国矿物学研究的进展,并展望了矿物学的发展方向。

湘东北地区地质构造演化与成矿响应探讨

江南造山带中段湘东北地区处于扬子地块与华夏地块的过渡地带。江南造山带的演化导致湘东北地区金及金多金属矿床构造变形的时空差异显著,由此决定了金及金多金属矿资源赋存的复杂性。文章通过对湘东北区域地质构造特征、控矿构造特征、典型矿床地质特征、区域构造演化及其与成矿作用响应的综合分析,认为:(1)区域构造背景是矿田构造发育的基础,印支期以来的挤压应力场是湘东北地区构造格局形成的关键,燕山期的伸展作用使则该区成矿物质发生富集成矿;(2)湘东北地区矿田构造主要是由NE(NNE)向构造为主导的复合改造EW及近EW向构造组成,多期次构造活动形成了NW褶皱和NE向断裂体系,以及"两隆三盆"为特征的含矿构造格局;(3)湘东北地区矿床构造以韧性剪切控矿构造样式为主;(4)矿体赋存状态与构造时空演化及构造组合密切相关,构造变形叠加、改造及其互相制约,共同控制了矿产资源的现今赋存状况。最后,按照矿床地质特征、结合区域构造演化,提出了江南造山带中段湘东北地区金及金多金属矿床成矿模式图。

从矿物粉晶表面反应性到矿物晶面反应性——以黄铁矿氧化行为的晶面差异性为例

地球系统中各种矿物相的物理化学反应大多是从矿物表面或界面开始的。要揭示矿物表面反应性的本质,就需要从控制其反应性的表面结构入手。由于实验条件的限制,绝大多数关于矿物表面物理化学性质的研究主要采用粉晶作为研究对象。尽管粉晶方法在研究诸如硅酸盐、碳酸盐溶解和沉淀结晶等过程中被普遍采用,但这种基于矿物粉晶的研究方法还是有一定的不足。因为形成粉晶的破碎研磨过程会导致晶体高能面的出现,高能面所具有的高活性可能会加速其反应过程,应用于地球化学反应的计算结果就可能高估了实际的地球化学反应速率。本研究以黄铁矿表面氧化反应的晶面差异性为例,从晶面结构制约反应性的角度出发,重新审视了黄铁矿氧化的相关问题,弥补了传统"粉晶研究"中对黄铁矿氧化速率和氧化机理认识的缺陷。黄铁矿宽范围的氧化速率实测值很可能是由不同晶面间较大的反应性差异导致;水在黄铁矿的氧化过程中同时扮演着传递电子的催化剂和反应物的角色,也是黄铁矿氧化反应速控步(rate-limiting step)的核心物质。这些认识首次明确了黄铁矿不同晶面反应性差异的重要性,并提示我们应将传统表面矿物学的研究推向更为精确的晶面矿物学水平。这一从晶面角度考察发生在矿物表面的地球化学反应的研究方法可为构建更为精确的地球化学模型提供理论基础。

微量样品的X射线粉晶衍射分析研究

采用石英单晶体制做了一个无背景片样品架,具有2θ小于120°范围内无衍射峰,背景很低等优异特点。以微量的锆石、绿柱石和青铜器样品为例进行了测试,得到的数据质量高,可以正确的鉴定所含物相以及相对含量。且所用的样品量为几毫克到几十毫克,因此对于微量试样的分析将具有重要的意义。

金川铜镍硫化物矿床中铂族矿物的主要类型和产出特征:热液蚀变过程中铂族元素的富集机理

金川铜镍硫化物矿床是我国最主要的铂族元素(PGE)资源产地,其矿石受热液蚀变作用影响明显,并产出多种铂族矿物(PGM)。岩浆演化和热液蚀变过程中PGE的迁移富集机制和PGM的成因,一直是研究PGE地球化学行为非常关注的问题。本文对金川铜镍硫化物矿床中PGM的研究发现,其主要类型包括含PGE的硫砷化物(硫砷铱矿)和砷化物(砷铂矿),Pd的铋化物、碲化物和硒化物,以及少量其他铂族矿物。其中,硫砷铱矿可包裹于各种贱金属硫化物(镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿)中,表明硫砷铱矿可能结晶于早期的含As硫化物熔体,随后被包裹于硫化物熔体冷凝分异产生的单硫化物固溶体(MSS)和中间硫化物固溶体(ISS)中。硫化物熔体中的As可能主要通过地壳混染作用加入幔源岩浆。大量铋钯矿(PdBi)呈微细乳滴状包裹于黄铜矿中,为晚期ISS冷凝形成黄铜矿过程中出溶的产物。少量铋钯矿(PdBi_(2))呈不规则状充填于矿物裂隙,与次生磁铁矿脉紧密共生,并随矿石的蚀变程度增加,铋钯矿的化学成分由PdBi逐渐向PdBi_(2)转变,表明这部分铋钯矿为后期热液蚀变产物。铋碲钯矿和钯的硒化物则主要产出于镍黄铁矿裂隙且与次生磁铁矿紧密共生,指示明显的热液成因。钯的硒化物的出现表明,岩浆期后酸性、高盐度、高氧逸度的富Cl^(-)流体对金川铜镍硫化物矿床中Pd的迁移和富集起到了关键控制作用。

黑铜矿的高温高压稳定性及其地学意义探讨

与其他大多数一氧化物晶体结构不同,黑铜矿(CuO)结构中+2价铜离子与氧形成四方面状配位,这是由它的3d^9价电子构型产生强烈的Jahn-Teller畸变所致。了解地球深部高温高压环境中+2价铜离子的这种晶体化学性质是否改变从而影响其地球化学行为,是探讨地球深部铜在矿物、金属、熔体间分配行为及其微观机制的重要基础。本研究利用金刚石压腔装置和激光双面加热技术模拟地幔温压环境,通过高压原位Raman光谱测试技术,开展了黑铜矿高温高压稳定性的实验研究工作。研究结果表明,黑铜矿直到30GPa压力范围其结构保持稳定,反映直到地球内部800 km深处,黑铜矿结构中+2价铜离子仍受Jahn-Teller效应制约。在30 GPa压力下对样品进行激光加热(温度1500~2000K),黑铜矿经过热处理后,在总体上仍保持稳定(不发生结构相变)的同时,发生部分分解反应,生成了少量的金属铜单质并释放出氧气:2CuO?2Cu+O_2。上述实验结果表明,一方面,+2价铜离子在地球内部直到800 km深度很可能仍保持CuO_4四方面状态配位形式,而主要的硅酸盐矿物和氧化物结构(包括它们的高压相)中都没有这种配位位置,显示+2价铜离子仍不相容于这些矿物中;另一方面,在地球深部较还原的环境中,黑铜矿分解反应产生的氧气被缓冲,+2价铜离子很可能大部分还原成金属铜单质,并在核-幔分离过程中,随金属铁一起进入地核。

固体核磁光谱法研究镁铝复合氧化物的水热转化机制

复合金属氧化物广泛分布于自然界,其中镁铝复合氧化物(简称MMO)则大量分布于基性-超基性岩浆岩、蒸发河湖相和海相沉积岩等之中。本研究以镁铝水滑石(HT)煅烧产物MMO为研究对象,采用水热合成方法,通过改变反应时长,考察并揭示MMO在富硅、碱性和160℃水热条件下的结构复原特性及其转化机制。X射线衍射结果显示,该条件下MMO首先复水形成水滑石相,进而水滑石相逐渐向皂石转化,并伴有钠霞石等杂相的形成与溶解。29Si和27Al魔角旋转核磁共振谱(MAS NMR)的结果证明,在皂石结晶过程中,Al3+优先占据四面体片层的四配位位置。该研究对揭示水滑石稳定性、水滑石与硅酸盐矿物异相成核与生长、热液类型的天然皂石矿床的形成过程等具有重要指示意义。

东天山二叠纪大草滩地区镁铁-超镁铁质岩体的岩浆演化过程和含矿性

大草滩地区位于新疆东天山土墩一黄山一图拉尔根镁铁一超镁铁质岩带西侧，觉罗塔格构造带中段，区域构造环境主要受康古尔塔格-黄山深大断裂控制。本次研究的大草滩地区一、二号岩体形成于早二叠纪，SIMS法锆石U-Pb年龄分别为279±2Ma和278±2Ma。2个岩体主要由橄榄岩和辉长岩组成，全岩稀土总量较低，具LREE轻微亏损至平坦的分配型式。全岩Sr－Nd同位素与微量元素组成显示两个岩体的母岩浆来自软流圈地幔，其成分与N．MORB相似，在上升过程中经历了较低程度（1％～5％）的同生A型花岗岩混染。由于低程度的部分熔融（10％～15％）导致硫化物残留在地幔源区，导致母岩浆强烈亏损铂族元素，因此大草滩地区一、二号岩体可能不具有形成具经济价值铜镍硫化物矿床的潜力。

峨眉山大火成岩省二滩高钛玄武岩和白马层状岩体中单斜辉石的成分特征及其成因指示

本文通过研究峨眉山大火成岩省白马层状岩体和二滩高钛玄武岩中单斜辉石的主量和微量元素组成,反演与单斜辉石平衡的熔体成分,以查明层状岩体和高钛玄武岩之间的成因联系。结果显示,不同岩石中单斜辉石的稀土配分型式基本相似,在微量元素配分图解中均表现出Sr、Zr、Hf、Ti、Zn、Co和Ni负异常。二滩高钛玄武岩中单斜辉石斑晶环带核部的成分与高钛苦橄岩中单斜辉石斑晶的成分类似。模拟结果显示,白马岩体中与单斜辉石平衡的熔体成分与峨眉山高钛玄武岩成分类似,单斜辉石的Zr-Hf负异常与Zr和Hf在单斜辉石和熔体之间的分配系数较低有关。因此,高钛玄武岩和白马岩体分别代表深部岩浆房高钛苦橄质岩浆经分离结晶作用产生的高钛玄武质岩浆的喷出和侵入产物。

钙类质同像置换对钙钛矿型La1-xCaxCoO3热催化氧化甲苯性能的制约机制

挥发性有机物(VOCs)是大气光化学臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)的重要前驱体,其有效减排是治理大气污染的重要环节。钙钛矿型复合氧化物具有催化氧化活性好、化学组成可控、热稳定性高等优点,在热催化氧化VOCs中具有较好的前景。本研究采用溶胶-凝胶法合成不同钙置换量的钙钛矿型钴酸镧(La1-xCaxCoO3),并以甲苯作为目标VOC,考查钙置换对钴酸镧(LaCoO3)热催化氧化甲苯性能的制约机制,结果表明,钙置换没有明显改变钴酸镧的晶体结构,但显著增强其热催化氧化活性。钙置换使钴酸镧颗粒尺寸减小,比表面积和堆积孔容增加,有利于减少气体扩散阻力。以甲苯降解率为50%所对应的温度(T50),以及反应温度为200℃时的比表面积标化CO2生成速率作为评价指标,系列样品的催化活性强弱为:LaCoO3(260℃,0.094μmolm-2s-1)<La0.9Ca0.1CoO3(232℃,0.114μmol m-2 s-1)<La0.7Ca0.3CoO3(225℃,0.118μmol m-2 s-1)<La0.8Ca0.2CoO3(212℃,0.135μmolm-2s-1)。随钙置换量增加,钴酸镧的单位比表面积催化活性呈现先增强后轻微减弱的趋势。系列样品的阳离子空位吸附氧密度未发生明显改变,但晶格氧释放速率显著提高,有利于催化氧化甲苯为CO2和H2O。随着钙置换量增加,晶格氧活性呈先增加后减少的趋势,从而导致催化活性也表现出类似的变化。

铂族元素流体活动性

铂族元素(简称PGE)通常被认为是不活动性元素,可以用来示踪地幔源区和镁铁-超镁铁质岩浆的演化过程。然而,越来越多的野外地质证据和实验研究表明,PGE具有热液活动性,其活动性在指示岩石和矿床成因、地幔交代作用等方面具有重要意义。本文在回顾实际样品中PGE流体活动性的基础上,重点收集和整理了前人有关PGE流体活动性的实验研究和模型计算。大量地质记录显示岩浆活动常常伴随着热液事件发生,并且铂族元素的富集常与岩浆后期热液叠加作用以及大洋或盆地的热液事件有密切联系。溶解度实验结果表明,PGE在富Cl-流体中的溶解度最高可达100n×10^-6,而在富HS-流体中则低几个数量级,仅有n×10^-12级别。高温高压实验及模拟计算显示,PGE通常以络合物形式在流体中进行迁移和富集,涉及的主要无机配位阴离子有Cl^-、HS^-、OH^-以及NH3。这些PGE络合物或络合阴离子团的稳定性受流体的温度、氧逸度、离子浓度、pH等诸多因素的制约。其中,PGE-Cl络合物种型在PGE的浅部迁移中可能贡献最大,其稳定条件为中低温(<300℃)、高盐度、高氧逸度、高Cl^-浓度、酸性的地质流体环境。而在还原、碱性、高S^2-浓度、相对中低温的流体条件下,PGE-HS种型则占主导。当流体环境为高温和碱性条件时,PGE-OH络合物种型则较为常见。相对其他几种络合物形式,PGE-NH3对于PGE迁移的贡献较小,其最佳稳定条件为相对中低温、中碱性、相对低氧逸度的地质环境。最后,本文探讨了前人工作的不足以及未来亟需解决的问题。

皂石的异相水热合成及其影响因素

与均相水热反应相比,异相水热反应不仅可以提供一个骨架离子的适度过饱和环境,而且其新相成核所需逾越的能垒较低,更有利于晶体的形成和生长。本文采用异相水热法合成在皂石,即固定初始物料中氧化镁的添加量与硅、铝的添加量之和的摩尔比为一定值,n（Mg）/n（Si＋Al）=3∶4],在不同的合成温度和时间条件下合成了一系列不同Si/Al比的样品。所有样品的XRD图均呈现层状硅酸盐矿物的特征衍射峰,且d（060）≥0.153 nm,说明合成的是皂石矿物。其中,当n（Si）/n（Al）=5.43~7.89时,皂石的结晶度较好。实验表明,延长时间、提高合成温度有利于皂石晶体生长。在较低温度（160℃）下,样品中的杂相主要为水镁石和方沸石。水镁石相的存在主要归因于氧化镁在碱性条件下的快速水合及水镁石的慢速溶解,而方沸石则是由于Mg2＋释放缓慢,导致溶液中Si4＋及Al3＋相对过剩而形成。这两种杂相均会随着反应时间的延长而逐渐消失。在较高温度（300℃）下,皂石的结晶度明显升高,并由于Mg2＋的快速释放导致Mg2＋的局部过剩,因而形成了少量1∶1型的纤蛇纹石。

岫岩陨石坑菱铁矿角砾岩的特征及成因

岫岩陨石坑直径18km，是一个简单碗形坑。通过在陨石坑中心实施的岩芯钻探，在被厚达107m第四系湖相沉积物覆盖的撞击角砾岩单元顶部位置，发现少量“菱铁矿角砾岩”。这种菱铁矿角砾岩由菱铁矿微晶和矿物岩石碎屑组成。全岩碳同位素分析显示出较高的δ13C异常，平均高达＋1376‰（V-PDB标准）。菱铁矿形成时间约为37ka，晚于撞击成坑事件（50ka），也晚于湖泊相沉积物的沉积年龄（39～50ka）。在还原环境下，细菌分解有机质形成甲烷引起的碳同位素分馏是造成菱铁矿δ13C显著正异常的主要原因。显然，这些菱铁矿属于沉积成因。沉淀的菱铁矿胶结岩石和矿物碎屑形成菱铁矿角砾岩。

EH4电磁测深在东天山白鑫滩铜镍矿床勘查中的应用

白鑫滩铜镍矿床位于新疆东天山铜镍成矿带西段。在归纳白鑫滩铜镍矿床地质条件基础上,开展EH4连续电导率剖面测量。结果显示,EH4电磁测深剖面图能清晰地反映地下不同地质体电阻率结构,直观提供矿化异常在剖面上的形态、规模、延深等重要信息,对矿体深部预测具较好指示。

方解石(1014)晶面在含重金属溶液中的生长及新生长面的溶解

溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少。本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(1014)晶面在含Mn^(2+)及含Cd^(2+)溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察。实验表明,溶液中的Mn^(2+)和Cd^(2+)可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体。新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3%~60.3%,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解。因此方解石生长阶段可通过在(1014)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险。

古丈地区大型钒矿中金属和磷含量的测定

近年,探明湖南省古丈矿区存在大型钒矿,矿床夹层富含钼、镍、锰、磷等元素。试验采用电感耦合等离子发射光谱法同时测定该地区钒矿中的五氧化二钒、钼、镍、锰、磷的含量。实验证明该法既操作简单,又方便快捷,且能保证实验结果的准确性,适合该矿区的多种元素同时检测。

一种高硅矿石中铝、硅同时测定的新方法

传统高硅矿石使用动物胶凝聚重量法来测硅,滤液中少量硅须使用比色法来进行测定,且大部分情况下还需使用溶量法来测铝,步骤繁冗,效率较低。本法采用ICP—AES技术可同时测定滤液中的硅和铝,对三氧化二铝(0.5%一25%)、滤液中二氧化硅(O.5%一15%),相对标准偏差均小于5%,有效减少了实验步骤,使操作更为简便、快捷的同时测定结果更为准确。