内蒙古金厂沟梁金(铜)矿床的PGE、铁族和亲硫元素的地球化学特征与物质来源、形成环境

首次采用盐酸-过氧化氢封闭熔矿与ICP-MS相结合的方法,对金厂沟梁金(铜)矿床东、西两矿区典型矿石的铂族元素(PGE)、亲铁以及亲硫元素的含量进行了系统测定,结果显示矿石中上述元素的含量均高于实验的检测限;地球化学演化特征显示含矿流体具有岩浆性质,PGE对原始地幔/球粒陨石标准化后的配分曲线均呈强烈左倾斜的分馏模式,其配分曲线和与幔源岩浆有关的富铜硫化物和富铜镍硫化物熔体的形式相似,并与幔源玄武岩、碳酸盐熔体的配分模式基本一致,反映含矿流体具有幔源岩浆属性;从区域构造、岩浆热事件角度出发,结合典型斑岩铜(钼)矿床的PGE特征,初步确定其含矿流体形成于中生代大陆边缘环境,其直接的热动源是中生代底侵的玄武岩浆。成矿阶段富含金、铜矿石的Pd/Pt、Pd/Ir比值接近低钛玄武岩浆以及玄武安山岩,而成矿早阶段贫金、铜样品的Pd/Pt、Pd/Ir比值接近地幔;反映早期含矿流体可能是直接来自中生代幔源玄武质岩浆结晶分异,而富金(铜)流体的形成可能是玄武质岩浆演化晚期被地壳物质强烈混染后的富超临界流体岩浆(低钛熔体)发生岩浆与流体分离而产生;含矿流体演化过程的PGE地球化学行为与Cu或S(As)的饱和度有关,即主要受亲硫(铜)元素或结晶分异的硫化物矿物相所制约。     

化学地球动力学中的铂族元素地球化学

对球粒陨石和地幔样品来讲,Ru,Rh,Pd,Os,Ir和Pt等贵金属元素的含量比值在一定程度上是相同的,但是在地幔样品中它们的含量实际上比球粒陨石低大约2个数量级,因此提出了核幔分离之后地球增生过程的“后增薄层”假说。数百公里尺度地幔橄榄岩的PEG分布的不均一性除被认为由于增生阶段的不均一造成外,更可能是由于地幔形成之后的地幔过程、核－幔及壳－幔相互作用造成。部分熔融、岩浆结晶分异（特别是硫化物、金属相析离）、流体（包括岩浆）／岩石相互作用等造成了大型俯冲带、造山带中地幔橄榄岩、蛇绿岩和杂岩体的PGE分异,也是形成铬铁矿,大型贵金属矿床的主要机制。     

亲铁元素异常——后增薄层模型

地幔中铂族元素丰度是基于地球形成理论所得计算值的两三百倍，无论是地幔中还是球粒陨石中，铂族元素之间的比值是相近的；对于这一现象有很多解释，其中被普遍接受的是：地核形成后(核幔分异完成后)，大约占现在地球质量0．5％-1％的球粒陨石物质加入地幔，即可造成现在地幔中的铂族元素在丰度与比值方面的特征，这就是后增薄层模型(Late-veneer model)。但是，这一模型受到很多地幔样品铂族元素具非球粒陨石比值和高压下Co、Ni亲铁性测定结果的挑战。最近的地幔橄榄岩各相铂族元素精确测定、高压下Pt、Pd金属相与硅酸盐分配系数的测定，以及Re-Os同位素的研究都支持后增薄层模型。     

亲铜元素的地球化学行为研究进展及其在岩浆硫化物矿床中的应用

亲铜元素在岩浆演化和硫化物熔离过程中的行为是解释岩浆硫化物矿床形成过程的一个窗口,通过实验研究来探讨亲铜元素的地球化学行为,并用于岩浆硫化物矿床的定量化研究是此类矿床今后的一个发展方向。本文总结了硫和亲铜元素在岩浆演化过程中的行为规律,并阐明了在岩浆硫化物矿床中的应用,在如下五个方面分别做了讨论：① 通过实验对玄武质岩浆中S溶解度的研究,总结出引起硫化物饱和的4个控制因素: 岩浆混合、温度迅速降低、壳源混染、快速的结晶分异作用;② 通过Ni在橄榄石和硅酸盐熔浆中的分配,定量模拟了岩浆演化过程中,橄榄石中的Ni含量随着橄榄石成分（Fo）变化的规律;③ 总结了Ni—Cu—PGE—Au在液态硫化物和硅酸盐岩浆中的分配系数,总结了控制分配系数的因素,并探讨了“R因素”对亲铜元素富集的控制机理;④ 橄榄石被硫化物包围时,与硫化物发生交换反应,通过交换反应系数（KD）可以定量估算硫化物熔浆中Ni的含量;⑤ 通过实验得出的亲铜元素在单硫化物固溶体（MSS）和液态硫化物之间的分配,总结了岩浆铜镍硫化物矿床中的分带现象。最后探讨了岩浆硫化物矿床存在的问题和发展方向。     

地幔硫化物的物理化学性质及其地质意义

地幔硫化物是地球亲硫、亲铁元素的重要载体,与硅酸盐矿物有很大的物理性质上差别,它在高温高压条件下的物理化学性质是认识地幔物质组成及其不均一性的重要内容。此外,早期地球、火星、水星和月球幔部来源的硫化物对认识行星演化具有重要意义。地幔硫化物的存在条件、赋存方式以及元素分配系数受到硫化物和硅酸盐体系的化学平衡控制;硫化物在流体介质和固体介质中的迁移可以分别用斯托克斯方程和表面张力模型进行解释。基于目前的天然样品和实验研究结果,本文提出了地幔硫化物物理化学性质研究中尚存在的问题,并作展望：高温高压实验制约分配系数适用的元素含量远高于天然样品,导致亨利定律并不一定适用,要求开展元素含量更低的实验并进行测试;现有的线性或自然对数的经验方程不能准确描述硫化物-硅酸盐体系,机器学习可能揭示其错综复杂的热力学关系;硫化物熔体在深部地幔硅酸盐矿物表面的分布尚不清楚,对极端条件下的静水压力实验提出了需求。     

大陆地壳中元素地球化学分异指数排序模式

深入分析了元素相容性、元素两相间的分配系数与壳幔元素地球化学分异间的关系,建立壳幔元素地球化学分异模型,提出不相容元素在地壳富集与壳幔岩石部分熔融过程相关的观点。收集并整理了原始地幔、地壳各层圈60余种元素的平均化学成分。以壳幔元素的地球化学分异理论模型为依据,计算得到壳幔元素地球化学分异强度指数,并分析了元素分异指数与元素相容性的关系。根据分异指数数值大小由高到低排序得到大陆地壳元素地球化学分异强度的序列。最左边元素为正强分异元素,即强不相容元素,富集于大陆上地壳;最右边为负强分异元素,即强相容元素,在大陆上地壳相对贫化。分异指数值靠近1的元素在地壳的富集和贫化不明显,属于过渡型。根据该序列提出元素地球化学一种新的分类法,分布于序列左边的正强分异元素为亲地壳元素类,分布于序列右边的负强分异元素为亲地幔元素,处于两者之间的元素成为亲地壳 亲地幔的过渡元素,并在周期表中列出了各类元素的位置。新划分的三大类元素在周期表中呈现有规律的分布。     

中国西部典型铜镍矿床亲铜元素特征对比

通过对喀拉通克、黄山东、金川和白马寨4个铜镍矿床亲铜元素特征进行比较,结果发现所有矿床具有相似的左倾原始地幔标准化配分模式和铂族元素明显亏损的共同特点;其亲铜元素质量分数却明显不同,铂族元素质量分数最高的金川铜镍矿床以Ni为主,喀拉通克矿床则表现为Cu占优势;矿床的初始岩浆为铂族元素不亏损的玄武质岩浆,应是地幔岩石较高程度部分熔融的产物;少量硫化物预先熔离是造成中国铜镍矿床成矿母岩浆亏损铂族元素和w（Cu）/w（Pd）远大于原始地幔（w（Cu）/w（Pd））的控制因素;不同程度（量）的硫化物熔离导致母岩浆中亲铜元素质量分数不同,R值低不是主要原因;早期发生硫饱和可能是铜镍矿床成矿的必要条件,成矿的关键可能在于新鲜岩浆的不断补给;少量硫化物预先熔离结合不含矿岩石亏损铂族元素,暗示这些矿区深部具有找矿潜力。     

金川铜镍硫化物矿床2号矿体铂族及亲铜元素地球化学特征

系统分析了金川Ⅱ号岩体中2号矿体西端、中部和东端的硫化物矿石中的铂族元素(PGE)和亲铜元素地球化学特征,以期探讨这些元素的空间变化规律及其成因,以及对金川矿床成矿过程的指示意义。研究结果表明:100%硫化物中,PGE(Ir、Ru、Rh、Pt、Pd)总体从西端到东端逐渐降低,且浸染状矿石和海绵陨铁状矿石的100%硫化物中PGE和亲铜元素含量的变化特征相似。表明金川2号矿体硫化物矿石的PGE和亲铜元素的含量主要受硫化物熔离作用的约束,硫化物熔体分离结晶和后期热液蚀变影响不明显。2号矿体浸染状矿石的100%硫化物中,PGE和亲铜元素含量总体低于1号矿体浸染状矿石的含量,但是前者西端的样品与后者东端的样品,上述元素特征相似,暗示二者是同一岩浆通道系统中硫化物熔离的产物,并且硫化物熔离形成2号矿体时具有比1号矿体低的R值,这也暗示了含矿岩浆是自1号矿体向2号矿体流动的。     

地球历史中矿产资源分布之规律

现有的矿产资源分布资料可以说明地球历史中亲铁和亲铜元素成矿的一般规律。铁矿床在元古宙地核分离之后最为发育。除个别显著成矿高峰外 ,金的储量分布与铁类似。亲铁元素矿物的成矿潜力在古元古代也最大 ,以后逐渐降低 ,只是在显生宙 ,因地壳的再循环和古老矿床中矿石物质的活化而再次增大。元素的行为则完全不同 ,在前寒武纪时期它们的活动性为中等。亲铜矿物矿床的总量 ,在显生宙因再循环而达到最高 ,亲铜矿物矿床成矿能力较之亲铁矿物强得多 ,因为硫化物比铁金属氧化物更为活泼。地球演化的旋回性表现为超大陆形成的周期性 ,它与矿产的分布颇为一致。铁矿、亲铁元素和金成矿作用的突然激增 ,显然是在超大陆形成之后 ,并且与其早期裂解的脉动相对应。亲铜元素堆积的高峰期往往与超大陆的形成期相对应。尽管亲铜元素成矿的第三次脉动与中生代古陆 (Mesogea)的形成并不一致 ,但却与劳亚古陆及冈瓦纳古陆的裂解相一致。此种成矿堆积现象可以借助地幔内非稳态化学密度对流所诱发的地壳发展周期性来解释。根据超大陆形成的周期性推断地幔对流巨旋回的主期应为 80 0Ma ,此种周期性亦反映了具原始地幔印记的亲铁、金和亲铜元素的聚集作用过程。因此 ,地球圈层中地幔对流作用的周期性亦显著地控制了包括地幔     

夏日哈木超大型镍矿I号岩体地幔源区性质和硫化物熔离过程：来自橄榄石成分、亲铜元素和硫同位素的约束

夏日哈木超大型镍矿I号岩体的地幔源区目前仍存在软流圈、大陆下岩石圈地幔和辉石岩地幔三种不同认识。本次研究通过对该岩体西段新近发现的隐伏矿体ZK3109钻孔中斜方辉石岩和浸染状矿石中的橄榄石进行原位成分分析,识别地幔源区性质,并结合硫化物原位S同位素和全岩亲铜元素组成,探讨硫化物熔离过程。样品中橄榄石均具有较低的Mn/Zn比值(基本小于13.5),而且斜方辉石岩中橄榄石具有较低的100×Mn/Fe比值(基本小于1.35),指示岩体源区有辉石岩地幔组分加入,与前人根据硫化物矿体富Ni特征的推测一致。橄榄石低Ca(小于300.00×10^-6)、高Li(平均9.83×10^-6)以及Sc与Ni正相关指示辉石岩地幔组分可能是俯冲洋壳物质交代大陆下岩石圈地幔的产物。另一方面,斜方辉石岩中橄榄石Ni、Fo值均与Co负相关且全岩S和铂族元素(PGE)相关性不明显,说明浅部岩浆房硫化物熔离发生在斜方辉石岩形成之后。浸染状矿石中橄榄石Co和Ni正相关且全岩S和PGE正相关,暗示橄榄石成分受控于硫化物熔离。样品中镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿δ³⁴...     

以地貌单元为依据的工程地质分区研究——以武汉市都市发展区城市地质研究为例

第四纪时期的构造运动和气候变化等具有明显的阶段性特点,地貌单元即是阶段性地质演化的宏观体现。不同地貌单元的构成土体具有特定的岩性、成因、结构、构造等组合及水文地质特征。通过对武汉市地貌、第四纪地质特征(地层、成因、岩性等)及土体工程地质性质等综合调查,发现地貌单元对工程地质条件具有明显的宏观控制意义。进而提出一级地貌分区即地貌区可作为工程地质分区的依据,二级地貌分区即地貌成因类型单元可作为工程地质亚区的划分依据。据此原则,将武汉都市发展区划分出4个工程地质区和14个工程地质亚区。并根据不同地貌单元的第四纪沉积物岩性、成因及沉积环境对各个工程地质区和亚区的工程地质特性进行了讨论。     

基于深度学习的深层次矿化信息挖掘与集成

矿产预测的核心是对地学空间数据进行特征提取与集成融合,当前的研究热点和前沿聚焦于深层次矿化信息特征提取与集成。进入大数据时代,如何基于机器学习开展深层次矿化信息挖掘与集成是当前矿产预测的前沿领域。本文介绍了基于机器学习的矿产预测与评价研究的主要内容,深度学习的基本原理,以及深度学习在地球化学异常识别和多源找矿信息集成融合中的应用。研究结果表明,深度学习可有效识别和提取地球化学异常,并能对地质、地球物理、地球化学等多源地学数据进行特征提取、集成融合及找矿远景区圈定。尽管如此,如何把深度学习与地质约束有机结合,使其既能有效挖掘与集成深层次矿化信息,又符合地质认知,还需要更加深入的研究。     

中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程

中国东部大陆主要由华北和华南两个古老地块在早中生代沿秦岭-大别-苏鲁造山带拼合形成,在显生宙特别是晚中生代时,东部大陆特别是华北东部发生显著活化,表现为浅部强烈的构造变形、盆地形成、岩浆活动、巨量成矿和深部岩石圈地幔的改造、减薄和增生作用,从而明显区别于全球其他稳定的克拉通地区。本文梳理了中国东部大陆演化历史和岩石圈地幔特征,认为华北和华南地块均由古老陆块拼合而成,块体初始规模小且内部发育薄弱带;显生宙以来华北、华南甚至整个中国东部都受到周边多个构造域的夹持影响,板片俯冲引起的软流圈上涌和熔流体活动沿大陆内部薄弱带和边缘有效侵蚀、改造上覆大陆岩石圈,使之发生减薄、再富集和置换作用,这种被改造的岩石圈地幔具有饱满的组成(富含玄武质组分)、较高的密度和较低的刚性程度,容易发生构造变形和部分熔融,使原本稳定的克拉通发生活化。因此,块体规模和内部薄弱带(内因)及周边构造环境(外因)是大陆稳定性的重要控制因素,中国东部大陆显生宙活化是这些因素协同作用的结果。     

黏土矿物含量对CO_2地质埋存体盖层封闭性的影响

为了解CO_2地质储存过程中黏土矿物含量对盖层封闭性的影响,本文以鄂尔多斯盆地三叠系和尚沟组泥岩盖层为研究对象,利用TOUGHREACT软件研究了不同黏土矿物含量、储层厚度对盖层封闭性的影响。研究表明,当盖层黏土矿物含量达到50%时,渗透率最大可减降低36%,有效封存厚度可达70 m;当黏土矿物含量减少至10%时,盖层自封闭性大幅降低,有效封存厚度为4 m,且盖层中的蒙脱石也由沉淀转化为溶解。黏土矿物含量越高,盖层封闭性越强,有效封存厚度越大。储层厚度对盖层封闭性有直接影响,当储层厚度大于盖层有效封存厚度时,则会发生泄漏;当储层厚度达到100 m时,CO_2将在125年后穿透黏土矿物含量为50%的盖层。本研究可为CO_2地质储存的储盖层选择和安全性评价提供理论依据。     

粤西德庆地区晚奥陶世化石的发现及其地质意义

本文介绍了广东西部德庆地区近年来新发现的一个晚奥陶世动物群,包括化石产出层位、生物组合类群及其科学意义。该动物群产自原划分为中奥陶世东冲组的地层内,化石产出层位岩性为泥质粉砂岩,动物类群以三叶虫为主,伴生有腕足动物、棘皮动物及少量短剑类化石,化石保存多较破碎,仅少部分保存较好,分布非常集中,结合野外露头与沉积相特征,其沉积环境为正常浪基面至风暴浪基面间的高能滨浅海环境。该动物群的发现,不仅厘定了这套地层时代,而且丰富了粤西地区晚奥陶世的生物组合面貌,为该地区奥陶系的划分对比和区域地质演化研究提供了新资料。     

基于碳化-固化技术的武汉东湖淤泥耐久性演变微观机制

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、X射线衍射、扫描电镜和压汞试验,研究持续浸水、干湿循环和冻融循环等复杂环境下碳化-固化淤泥力学性质和微观结构演变。结果表明:活性MgO-粉煤灰固化淤泥经碳化处理后具备更优异的水稳性,浸水破坏后碳化淤泥试样整体抗压强度高于固化试样,提升幅度约为29%;碳化试样强度随干湿循环次数增加呈缓慢增加趋势,而固化试样则表现为先上升后下降;随着冻融循环次数增加,碳化前后试样抗压强度变化一致,即快速达到峰值后缓慢减小至保持不变。微观分析表明:起骨架支撑作用的棱柱形碳酸镁石、起填充与黏结作用的花骨状和片状的水碳镁石和球碳镁石为主要碳化产物,骨架-填充-黏结协同作用使碳化试样强度高,水稳定性好,抗干湿冻融能力强;持续浸水促使球碳镁石和水碳镁石向碳酸镁石转化,大孔隙增多;干湿循环促使碳酸镁石向球碳镁石和水碳镁石转化;冻融作用下试样碳化产物之间无明显转化。     

藏南仲巴地体中段构造变形特征及构造演化分析

藏南仲巴地体是雅鲁藏布江缝合带西段南北蛇绿(混杂)岩带之间重要的构造单元,其构造变形特征对于研究雅鲁藏布江缝合带西段新特提斯洋构造演化过程具有重要地质意义。本研究对仲巴地体中段(马攸木段)南北向剖面进行露头尺度的构造解析、显微构造分析并结合相关年代学研究,厘定该区域的变形期次、变形条件与演化阶段。研究结果显示,仲巴地体中段由北至南可分为断褶带、复式褶皱带和断块带三个次级构造单元,变形特征具有北强南弱的特点。中部复式褶皱为一大型复式背斜,层间次级构造发育,表明褶皱形成与南北向挤压作用下的层间滑动有关。根据石英c轴组构特征,确定研究区主体变形温度为低温区间,对应绿片岩相。对断褶带南侧的云母石英片岩进行绢云母Ar-Ar定年,获得71.6±2.2Ma的坪年龄,代表仲巴地体北缘的一次强烈向南逆冲事件。根据构造组合特征与构造叠加改造关系,可将仲巴地体中段划分为复式褶皱带形成、叠加与改造等主要变形阶段,这对于研究雅鲁藏布江缝合带西段南北亚带构造演化过程具有重要指示意义。     

扬子陆块古-中元古代地质演化与Columbia超大陆重建

扬子陆块在古-中元古代时期经历了较为强烈的岩浆-变质-沉积-成矿等地质事件,这些事件是理解该陆块陆壳演化和成矿效应内在联系及动力学的关键,也是探讨该陆块在Columbia超大陆中古地理重建的前提。本文以古-中元古代地质单元出露较为完整的扬子西南缘为重点研究对象,在总结已有资料的基础上,对扬子陆块古-中元古代时期地质事件进行剖析和讨论,明确了扬子陆块西南缘在古-中元古代时期经历了由Columbia超大陆初始裂解引起的陆内裂谷相关的沉积作用,岩浆侵位及矿产富集等地质过程。通过与全球陆块进行对比,发现相似的裂谷的相关沉积-岩浆-成矿事件在劳伦大陆西北部、澳大利亚北部及Siberian克拉通都有体现。本文认为扬子陆块在2. 4～2. 3 Ga通过增生拼贴到劳伦大陆Rae克拉通。在共同经历过Columbia超大陆聚合的峰期变质作用(2. 03～1. 81 Ga)之后,超大陆开始逐步裂解并形成大陆内部裂谷,最终在古元古代后期(～1. 66～1. 60 Ga)扬子陆块和Columbia超大陆主体分离。