地质历史时期海洋Li同位素演变

Li是一种碱金属元素,由于它不受氧化还原和生物效应的影响,因此在追踪地球元素循环方面非常有利。并且Li在海洋中的留存时间远大于海水混合时间,因此海洋中的Li具有相对均一的组成,从而能够代表对应地质历史时期整体海洋情况。近年来海洋Li同位素被应用在示踪大陆风化模式领域,并取得了很多成果。笔者等在系统总结全球海洋Li循环作用和表生地质作用的Li同位素分馏机制的基础上,通过收集并整理、估算了不同时期海洋Li同位素组成,对地质历史时期海洋Li同位素组成变化与改变大陆风化模式相关的地质事件进行分析,再结合同时期碳酸盐岩C、Sr同位素数据进行对比分析,探讨Li、C、Sr同位素演化与地质事件之间的关系。最后,讨论了目前海洋Li同位素组成方面研究的不足,为后续利用海洋Li同位素记录示踪大陆风化模式的应用提供了参考。     

流域风化过程稳定锶同位素的分馏与示踪

稳定锶同位素(δ~(88/86)Sr)是近年来新兴的一种非传统稳定同位素,应用其示踪大陆风化过程与海洋锶循环已成为学术界一个研究热点。目前稳定锶同位素质谱测试精度可优于0.03‰,自然界不同地质体δ~(88/86)Sr的变化范围为-3.65‰～1.68‰。研究发现,流域风化过程中原生矿物的差异性溶解、次生矿物的形成与吸附作用、碳酸钙沉淀以及生物作用都会使得流体相δ~(88/86)Sr升高,而固体相δ~(88/86)Sr降低,从而导致稳定锶同位素在河流溶解态和颗粒态具有不同的地球化学行为。河流沉积物δ~(88/86)Sr随着风化强度的增强而降低,具有示踪流域化学风化强度的潜力。同时,当前亟需深入研究表生风化过程中稳定锶同位素的分馏机制及制约因素,这是运用河水δ~(88/86)Sr示踪流域化学风化的关键,也为深入理解全球海洋锶循环提供借鉴。     

锂同位素及其地质应用研究进展

锂同位素示踪是近几年发展起来的一门新兴的稳定同位素地球化学方法,锂有两个稳定同位素：^6Li和^7Li。自在界锂同位素的组成变化很大,其δ^6Li值变化幅度超过60‰,现代大洋水的δ^6Li值为－31．0‰,洋中脊玄武岩（BORB）的δ^6Li值为－4．7‰--3.7‰,由于锂同位素存在大的分馏和不同地质体中在截然不同的δ^6Li值,因此锂同位素地质应用前景十分广泛。目前,锂同位素在研究星云形成过程和宇宙事件,洋壳蚀变和海底热液活动,壳－幔物质循环和板块俯冲作用过程,判断卤水起源和演化等方面的研究中成效显著。     

地壳风化系统中的Sr同位素地球化学

近20年来,人们利用Rb－Sr同位素体系对地表－近地表地球化学过程、尤其是水圈－岩石圈之间化学物质的循环进行了广泛而深入的研究。大陆地壳风化物质以及地表径流的Sr同位素组成变化揭示了不同流域盆地的地质背景和风化作用的特征。古海洋的Sr同位素组成变化则是地壳和地幔演化以及不同地质历史时期壳－幔相互作用的共同结果。本文对地壳风化系统Sr同位素地球化学研究的全面而详细的综述表明,Rb－Sr同位素体系仍将是研究地壳风化、水圈－岩石圈之间化学物质循环的重要手段,根据古海水及其化学沉积物的Sr同位素记录研究壳－幔演化和地球圈层演化过程中的物质循环特征以及地表古环境变化将是本研究领域的重点。     

锂同位素示踪表生风化与环境演变:回顾与展望

过去几十年,锂同位素被广泛用于示踪大陆硅酸盐岩风化,除通过模拟实验探讨锂同位素分馏机制外,表生过程锂同位素研究主要集中在以下几方面:流域溶解态和颗粒态锂同位素变化特征及其对全球锂循环的影响、示踪流域风化及沉积再旋回过程;风化剖面的锂同位素分馏机制,以及利用沉积岩心和其他地质记录的锂同位素组成来重建地史时期风化和古环境演变,包括极端事件及其过程。近些年来,锂同位素研究的热点包括:锂与其他同位素指标的耦合联用示踪,自生碳酸盐岩或海洋生物壳体的锂同位素记录,以及借助锂同位素探究新生代甚至更长时间尺度的构造-气候-风化事件。虽然我国在表生过程锂同位素的研究开始并不晚,但目前与国际前沿水平仍存在较大差距,无论基础理论、分馏机制抑或示踪应用等方面尚处于探索阶段。     

海洋Nd同位素演化及古洋流循环示踪研究

海洋Nd同位素演化已经成为示踪陆源风化输入和洋流循环改变的最重要的手段之一,得到了越来越多的应用,并取得了许多重要的成果。海水的Nd同位素组成主要受陆源输入物质控制,热液输入几乎可以忽略。由于Nd在海洋中的停留时间(约500～1000a)略小于海水的平均混合时间(约1500a),且各洋盆有不同的Nd同位素风化输入,因此现代各大洋海水具有不同的Nd同位素组成。在陆源输入稳定的情况下,可以利用海水的Nd同位素组成和演化来示踪水体的混合或洋流循环的改变。目前主要依靠对海洋中水成铁锰结壳、海洋钙质有孔虫壳体、磷酸质鱼骨头或鱼牙齿化石以及沉积物中铁锰氧化物组分等的研究来恢复和反演古海水的Nd同位素组成和演化。4种分析材料各有其优缺点。其中,通过对水成铁锰结壳的Nd同位素分析,基本建立了各大洋新生代以来的主要洋流的Nd同位素组成的长尺度演化。通过有孔虫壳体、鱼化石碎片和沉积物中Fe-Mn氧化物组分可以进行高时间分辨率的古海水Nd同位素演化示踪。利用海水Nd同位素演化可以示踪古洋流通道的开启或闭合,以及获得水体交换的直接信息,为研究构造运动与气候变化之间的关系提供指示。同时,将海水Nd同位素演化与气候变化的指标结合起来,可以用于示踪各种气候条件下洋流循环的改变,将洋流循环的改变与气候变化联系起来,研究两者之间的成因关系。对表层水体的Nd同位素组成的研究则可以示踪不同气候条件下大陆陆源风化输入的改变。     

钾、钙同位素体系定年和示踪的研究进展

阐述了 K- Ca同位素体系的分离和测定方法 ,以及对海洋火成岩、大陆和月球花岗岩、碳酸盐岩、化学和碎屑沉积矿物的定年和 εCa示踪的研究结果。对比常用的微量元素构成的定年和示踪体系 ,如 Rb- Sr、Sm- Nd、U- Pb,由主量元素 K和 Ca组成的同位素体系 ,有其特殊的地球化学行为 ,以至在岩石成因、物质来源、板块碰撞、壳幔作用、岩体折返等重要的化学地球动力学过程研究中 ,赋以新的信息和启示。随着测试技术的不断提高 ,K- Ca同位素体系可在探索相关的地质和环境科学的课题中 ,发挥积极的推动作用。     

汞同位素地球化学研究及其在矿床学中的应用进展

汞作为一种重要的成矿元素,广泛分布于不同地质体中,并参与成岩成矿作用。随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得引人瞩目的进展。汞同位素被广泛地应用于示踪地球表生生物地球化学过程及汞污染等。近年来,汞同位素又被应用于揭示行星的演化过程、识别地质历史时期大火成岩省及示踪矿床成矿物质来源等方面。本文在前人研究的基础上,对不同地质储库汞同位素组成进行了系统总结。陨石、岩浆岩、变质岩、沉积岩、火山气体等地质储库汞同位素组成变化较大,部分样品还显示非质量分馏信息。本文着重阐述了低温热液矿床(现代热泉、汞矿床、铅锌矿床、锑矿床、金矿床)汞的赋存状态及同位素组成特征,构筑了汞同位素体系的基本格架。结合最新的研究成果,较全面地总结了矿床成矿过程中可能会发生的汞同位素分馏机制。热液矿床中汞同位素的质量分馏可能由流体挥发或者沸腾作用、冷凝作用、氧化还原反应、硫化物沉淀等引起。岩矿石中汞同位素的非质量分馏信息可能是地质历史时期汞光化学作用的产物,或者是继承某一特定的源岩信息所致。因此,未来汞同位素在示踪低温热液矿床的成矿物质来源、刻画成矿流体演化过程方面具有较大的应用潜力。     

理论计算溶液相锂同位素的分馏特性

<正>锂同位素近年来被认为可以在古环境重建中起到重要作用。锂(Li)作为微量元素,几乎只存在于硅酸盐矿物中,其有两个稳定同位素,分别是6Li(7.5%)和7Li(92.5%),在低温环境可以表现出显著的同位素分馏效应。这些特质预示着Li同位素体系可能会是示踪大陆硅酸盐矿物化学风化过程的有效工具。海洋是自然界Li的重要储库,每公斤海水含有26μM的Li。由于海水混合均匀需要大约1000年的时间,而Li在海水中的滞留时间却长达120万年,所以海     

锂同位素与大陆风化

气候变化与大气二氧化碳浓度息息相关.大陆岩石圈风化是影响大气二氧化碳浓度的重要过程.通过还原陆壳古风化信息,我们可以有效地了解地球气候条件的演化历史.传统方法上,前人曾使用锶同位素示踪大陆风化,但其解释尚有不足.例如,海水锶同位素比值会受到海洋热液的影响,而河流锶同位素比值则易受风化岩石类型的影响.此外,只有硅酸盐风化被认为在长时间尺度控制着大气碳汇,但锶的碳酸盐风化却与硅酸盐风化很难分辨.因此,我们需要一种更理想的同位素体系作为示踪大陆风化历史的介质.锂,作为微量元素,主要集中在岩石圈的硅酸盐矿物中,在碳酸盐岩含量较少.所以,硅酸盐风化可以使用锂同位素予以记录.同时,锂同位素受生物分馏效应影响较小,可以在海相碳酸盐岩中保存良好.这些优势为海相碳酸盐岩的锂同位素信号示踪大陆风化历史提供了有力支撑,但我们仍需对风化、迁移和结晶等过程的锂同位素地球化学行为有清晰的认识.为此,本文回顾不同储库的锂同位素组成以及各物相间锂元素配分和同位素分馏特征,总结了近年来锂同位素在重建大陆风化历史方面的进展,并详述了有待解决的关键问题.     

新疆和田县雪凤岭锂矿床、雪盆锂矿床和双牙锂矿床地质特征及伟晶岩脉群分带初步研究

作为战略性关键金属矿产,锂矿勘查与研究已成为当今矿产勘查和地学研究的热点。项目组2017年以来通过多次野外勘查、系统取样与室内化验分析,确认在新疆和田县白龙山锂多金属矿床东部的雪凤岭一带发现了雪凤岭、雪盆和双牙3处花岗伟晶岩型锂多金属矿床。雪凤岭锂矿床由3个含矿伟晶岩脉群共计47条锂多金属矿体组成,矿体长32~360 m,厚0.9~8 m,走向110°~120°,倾角49°~78°。对雪凤岭矿区伟晶岩脉群研究,发现含矿伟晶岩脉群‒含白云母伟晶岩脉群‒块体石英长石伟晶岩脉群‒含黑色电气石伟晶岩脉群‒块体石英长石伟晶岩脉群‒含白云母伟晶岩脉群‒含矿伟晶岩脉群具对称分带特征,进而在距雪凤岭1550 m南部的双牙山和雪盆沟发现较好的锂矿体,其中双牙锂矿床主矿体长850 m,厚12 m,出露最宽处近100 m;雪盆锂矿床3条锂矿体,长800~1200 m,厚4~8 m,向西合成一个矿体,厚12~20 m。各矿体Li2O品位0.6%~4.02%。伴生BeO品位0.04%~0.15%,Rb2O品位0.10%~0.23%,Nb2O5品位0.007%~0.047%,Ta2O5品位0.003%~0.046%。预测雪凤岭、雪盆、双牙3个矿床334资源量共计Li2O为7.1886×105 t,BeO为2.648×103 t,Rb2O为1.433×103 t,Nb2O5为3.387×103 t,Ta2O5为1.727×103 t,雪凤岭一带有望成为一个超大型锂多金属稀有金属矿产基地。     

中国锂矿成矿规律概要

锂资源是我国高新产业发展的保障性资源和战略性资源之一.我国锂矿资源丰富,主要集中在西藏、青海、四川和江西4省(区).锂矿床类型以硬岩型为主,盐湖锂矿虽然储量巨大,但开发利用技术尚待发展.硬岩型锂矿又以伟晶岩型为主,集中分布在新疆阿尔泰和川西甲基卡等矿集区;成矿时代以中生代最为重要;成矿大地构造背景以造山运动之后的稳定环境最具特色.本次在对全国151处锂矿矿产地资料系统梳理的基础上,深入总结了全国锂矿的成矿规律,厘定出14个以锂为主的矿床成矿系列,认为伟晶岩型、花岗岩型和盐湖沉积型3个锂矿预测类型应该作为重点预测类型,并划分出12个成锂带,圈定出5个重要勘查评价区,并编制了“中国成锂带分布图”等系列图件,为本次全国锂矿资源潜力评价预测工作和今后的找矿工作提供了理论依据.     

湖北赤壁金银山锂矿赋存状态及矿床成因

金银山锂矿床位于湖北省赤壁市境内,矿床受近东西断裂F9控制明显,含矿岩性以硅化压碎岩、碎裂粉砂质板岩、碎裂泥质板岩、变质粉砂岩以及煌斑岩为主。目前在本区碎裂粉砂质板岩中发现锂绿泥石已有报道,但对区内所有含矿岩性,特别是煌斑岩中锂是以何种形式存在缺乏研究。文章选取了区内所有含矿岩性进行了扫描电镜分析,认为本区无云母类矿物。开展了原位Ｘ射线衍射（XRD）研究,发现了锂绿泥石的特征峰。开展了原位微量元素分析（LA- ICPMS）等分析,发现Li 和Al2O3呈强正相关关系,证实了本区锂是以锂绿泥石的形式存在。此外,本区锂绿泥石主要充填于石英颗粒之间或是在橄榄石的假晶中,产状呈鳞片状、竹叶状,与热液型绿泥石成因特征完全吻合,因此推断金银山矿区锂绿泥石为热液成因。由于南部15 km左右正是与稀有金属成矿关系密切的幕阜山复式岩体,成矿物质可能来源于南部岩体,后续在矿产勘查的过程中要注意在F9断裂与岩体之间寻找类似的锂矿床。     

青海锂矿成矿特征及找矿潜力

锂资源是高新产业发展的保障性资源和战略性资源之一。青海省锂矿资源丰富，锂矿床类型以盐湖卤水型储量巨大，硬岩型次之，硬岩型锂矿以伟晶岩型为主。盐湖锂矿集中分布于柴达木盆地，硬岩型主要在柴达木盆地北缘、三江北西青海段；成矿时代主要是新生代、中生代两个时期。本文通过对分布于柴达木盆地盐湖型锂矿床察尔汗盐湖、东台台吉乃尔盐湖、南翼山富钾锂卤水矿；分布于柴达木盆地北缘硬岩型的茶卡北山锂铍、三江北西青海段草陇锂铍矿五个典型矿床的赋矿特征、成矿作用及机理的探讨，建立了青海省锂矿成矿系列，在分析了区域的不同类型锂矿找矿远景基础上，认为盐湖卤水型和花岗伟晶岩型锂矿应该作为重点预测类型，并对成矿潜力进行了分析，为今后的锂矿找矿工作提供了理论依据。     

新疆阿尔泰协库斯特伟晶岩中锂的矿物学行为及其启示

协库斯特伟晶岩位于新疆阿尔泰可可托海镇，属于典型的Li-Cs-Ta(LCT)伟晶岩，发育大量锂的磷酸盐矿物和硅酸盐 矿物。文章利用电子探针和X射线衍射等分析手段，结合野外观察，系统研究了协库斯特伟晶岩中锂的矿物学行为，探讨 花岗质岩浆—热液过程中锂矿物的结晶演变与热液蚀变过程。研究表明：协库斯特伟晶岩中锂矿物结晶于两个阶段，花岗 质岩浆阶段，锂矿物主要有锂辉石、磷锂铝石与磷锰锂矿，而锂电气石、多硅锂云母、锂白云母等形成于岩浆—热液过渡 阶段至热液阶段。磷锰锂矿与羟磷锂铝石团块包体反映协库斯特伟晶岩中锂的磷酸盐熔体与硅酸盐熔体的不混溶机制。磷 锰锂矿逐渐蚀变形成黄白色—红色的结构相似的矿物相，揭示了磷锰锂矿的氧化过程以及锂的释放过程。早期锂辉石、磷 锰锂矿、磷锂铝石等锂矿物热液蚀变释放出Li进入热液，这种富Li热液作用形成了次生富锂矿物，显示了协库斯特伟晶岩 内部Li的地球化学循环过程。     

锂同位素及其在四川甲基卡伟晶岩型锂多金属矿床研究中的应用

锂同位素在地质学、地球化学研究中有着广阔的应用前景。简单介绍了锂同位素研究已取得的进展,并在四川甲基卡伟晶岩型锂多金属矿床研究中开展应用。研究表明,四川甲基卡锂矿床中2件锂辉石的锂含量非常高,分别为33 592×10-6和34 264×10-6,相应的δ7Li值分别为-0.6‰和-0.4‰,平均值为-0.5‰,而二云母花岗岩中黑云母的锂含量为7 350×10-6,δ7Li值为+0.6‰,两者在误差范围内具有非常好的一致性,证明锂辉石来源于二云母花岗岩,这与其他包裹体、同位素地球化学和年代学证据等相一致。     

新疆阿尔泰协库斯特伟晶岩中锂的矿物学行为及其启示

协库斯特伟晶岩位于新疆阿尔泰可可托海镇,属于典型的Li-Cs-Ta(LCT)伟晶岩,发育大量锂的磷酸盐矿物和硅酸盐 矿物。文章利用电子探针和X射线衍射等分析手段,结合野外观察,系统研究了协库斯特伟晶岩中锂的矿物学行为,探讨 花岗质岩浆-热液过程中锂矿物的结晶演变与热液蚀变过程。研究表明：协库斯特伟晶岩中锂矿物结晶于两个阶段,花岗 质岩浆阶段,锂矿物主要有锂辉石、磷锂铝石与磷锰锂矿,而锂电气石、多硅锂云母、锂白云母等形成于岩浆-热液过渡 阶段至热液阶段。磷锰锂矿与羟磷锂铝石团块包体反映协库斯特伟晶岩中锂的磷酸盐熔体与硅酸盐熔体的不混溶机制。磷 锰锂矿逐渐蚀变形成黄白色-红色的结构相似的矿物相,揭示了磷锰锂矿的氧化过程以及锂的释放过程。早期锂辉石、磷 锰锂矿、磷锂铝石等锂矿物热液蚀变释放出Li进入热液,这种富Li热液作用形成了次生富锂矿物,显示了协库斯特伟晶岩 内部Li的地球化学循环过程。     

江西吉泰盆地卤水锂矿床地球化学特征及远景分析

吉泰盆地位于江西省中部、赣江中游,面积4550 km2.构造上属于华南褶皱系赣西南坳陷之大湖山芙蓉山隆断束与吉安凹陷的交接部位,主要沉积一套白垩系红色碎屑岩建造夹含膏盐层和卤水.基于对已知泰和县梅岗卤水锂矿地质特征、钻探成果和水系沉积物异常特征研究,认为白垩系周田组第三段、第四段碎屑岩Li最富集,Li主要还是地层同生富集引起,是本区卤水锂矿主要矿源层.结合吉泰盆地1:20万化探数据和值夏幅1:5万地球化学调查研究,圈定以梅岗锂高富集区为核心的4处远景区,在吉泰盆地赣江两岸白垩系和第四系分布8个锂富集区,表明吉泰盆地具有良好的寻找卤水锂矿远景.     

试论中国大陆“硬岩型”大型锂矿带的构造背景

地球中矿床,记录了地球的物质组成、流体性质与成分、热演化历史、成岩成矿物理化学条件及构造环境乃至地球深部驱动力的各种信息。富含稀土金属元素的锂(铍铌钽铯铷)资源已从普通的矿产资源变成未来的新能源,具有重大的经济和战略意义。中国"硬岩型"伟晶岩脉型锂矿的重大找矿突破使其成为未来国家新能源战略的"重心"!此脉型锂矿尽管在伟晶岩的成分分带、新矿物的发现、地球化学的演化与稀有金属的富集机制、熔体—流体的来源与结晶分异、成岩成矿的物理化学条件等研究方面已经取得了重要进展,但是对于伟晶岩及其相关成矿作用发生的大地构造背景与地球动力学还处于探索阶段。本文从中国大陆大型"硬岩型"锂矿带的成矿构造背景的视角出发,探讨锂矿资源在碰撞型和增生型造山带中的构造成因及其找矿前景。研究表明:中国大陆马尔康-雅江-喀喇昆仑巨型锂矿带分布在青藏高原北缘的横贯2800km的松潘-甘孜-甜水海地体中,为古特提斯大洋闭合、地体汇聚碰撞形成的巨型印支碰撞造山带;以马尔康、甲基卡和大红柳滩伟晶岩型的锂矿床为代表的锂矿带的形成,与具有时空上相关联的印支造山期花岗岩浆作用、局部熔融的花岗伟晶脉侵位以及三叠纪复理石地层的高温巴罗式变质作用的"片麻岩穹窿"构造有关。中亚造山系的阿尔泰增生造山带为古亚洲洋形成过程中大陆边缘增生的结果,具有在古生代造山过程中"岩浆-深熔-变质-成矿"四位一体的"片麻岩穹窿"构造背景,以及与古生代花岗岩成因无关的三叠纪含稀土伟晶岩脉的发育。作者认为松潘-甘孜-甜水海造山带是中国大陆具有战略意义、最有远景的巨型硬岩型锂矿带,查明三叠纪"片麻岩穹隆"形成机制和构造演化历史,四位一体的"岩浆-熔融-变质-变形"在造山过程中的时空关系和自组织行为,以及对成矿的制约;查明含矿伟晶岩脉与花岗岩岩浆结晶分异演化的关系以及锂元素迁移、富集熔浆的就位过程;追寻锂、铍、铌、钽等稀土元素的物源,实施重点锂矿集区的科学钻探工程,建立片麻岩穹隆的"构造-岩性-成矿"科学剖面,开展大型锂矿带构造背景与大陆动力学的多学科地学基础研究,是找矿突破的科学途径。