地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表“日光-半导体矿物-微生物”系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境“矿物膜”出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆“矿物膜”在1 000 min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2 μA/cm²,证实“矿物膜”良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的“矿物膜”电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在“矿物膜”中富集。     

伟晶质岩浆的同化混染与分离结晶(AFC)作用及铀成矿效应:以纳米比亚湖山铀矿为例

纳米比亚湖山铀矿位于达马拉造山带的中央南部地区,工业铀矿物为晶质铀矿,属于伟晶岩型铀矿床。关于不同矿石中铀元素的富集与沉淀机制还存在一定争议。为了揭示伟晶质岩浆演化与铀矿化作用的关系,本文对矿区内不同矿物组成的伟晶岩型矿石开展了岩石和矿物地球化学研究。野外及镜下鉴定结果显示,矿化伟晶岩可以分为“简单类型”矿体和“复杂类型”矿体。前者具有正常的花岗伟晶结构,晶质铀矿均匀分布于造岩矿物之间,矿化程度低到中等;后者表现出非均匀的结构特征,且矿化程度极高,晶质铀矿在成因上与大量黑云母团块有明显的空间联系。地球化学研究表明:在“简单类型”伟晶岩中,铀元素主要通过伟晶质岩浆的分离结晶作用富集;“复杂类型”伟晶质岩浆的演化则明显受控于同化混染作用,其铀矿化为岩浆同化混染与分离结晶(assimilation-fractional crystallization,AFC)作用产物。具体而言,外来基性组分(FeO,MgO,TiO₂,MnO)的混入导致“复杂类型”熔体中矿物的结晶顺序发生改变,长石类矿物的“延后”结晶为黑云母提供了更加有利的结晶空间和条件,促使黑云母以团块状聚集的形式产出。黑云母的大量析出会引发残余岩浆中UF_m^4-m络合物的水解,导致晶质铀矿在团块黑云母内部或周围沉淀。因此,本文有关“简单类型”和“复杂类型”产铀伟晶岩的研究,有效地揭示了岩浆演化过程与铀矿化机制,丰富了伟晶岩型铀矿床理论,为后期勘查开发提供了科学依据。     

长江中下游地区新华夏构造体系的“米字型”结构特征

构造体系由强变形构造带和弱变形地域共同构成,这些构造带和变形带可以用结构面的形式表达。构造体系结构面的分布分析,更加适用于变形规律研究,便于追索构造应力场及其演化。以长江中下游地质结构与导矿-控矿要素研究为基础,总结了新华夏构造体系结构面的“米字型”分布特征。新华夏系“米字型”构造,由NNE 25°方向挤压断裂和褶皱带、NNW 345°方向(大义山式)张扭断裂、NEE 75°方向(泰山式)压扭构造和NWW 300°方向(长江式)的横张构造组成。其演化分先后三个阶段;NNW 345°方向—NEE 75°方向的共轭剪切构造阶段、NNE 25°方向挤压构造阶段和NWW 300°方向的张性剪切构造阶段。新华夏构造体系的“米字型”构造样式的识别,为研究构造体系的应力-应变成因、探讨构造体系的形成演化以及浅部构造和深部构造相关性研究提供了重要的地质构造基础。在其它类型的构造体系中,结构面也具有“米字型”分布特征。     

碳酸盐岩储集层成岩作用中“孔隙尺寸控制沉淀”研究进展、地质意义及鄂尔多斯盆地实例*

基于碳酸盐岩储集层成岩作用中受孔隙尺寸控制的矿物沉淀和胶结非均质特征的发现与思考,结合当今国内外有关多孔介质中流体—岩石相互作用及化学流体动力学研究进展的调研,对相关研究进展及其地质意义进行了简单的梳理和归纳。(1)地质环境中“孔隙尺寸控制沉淀”现象广泛存在,表现为储集层孔隙的胶结非均质性及其最终形成的“大孔充填而小孔保存”特征。现今研究主要从不同尺度孔隙结构观察、流体—孔隙介质相互作用的数值模拟、矿物沉淀实验3个方面开展。(2)受孔隙尺寸控制的非均质沉淀特征可以利用与表面化学相关的动力学模型进行解释,即微孔隙中更大的界面张力和矿物晶体曲率导致矿物的有效溶解度更高,因而更容易保持过饱和状态而不发生沉淀。(3)“孔隙尺寸控制沉淀”现象可使油气储集层发生微孔的选择性保存,在不同尺度孔隙共生的情况下,较大孔隙更倾向于被胶结充填而小孔则更易于被保存,不同的胶结模式对岩石整体渗透率的影响略有不同;该现象在地热储集层开发和二氧化碳地质封存研究中也值得重视。最后,结合鄂尔多斯盆地马家沟组碳酸盐岩储集层的非均质胶结特征和孔隙分布,分析总结成岩流体性质、来源及胶结模式差异对孔隙结构演化和优质储集层分布的影响。“孔隙尺寸控制沉淀”现象的发现和重视对于理解流体—岩石复杂作用过程具有重要理论意义,也为储集层成岩作用和孔隙保存研究提供了新的视点和思考角度。     

准噶尔盆地东部中二叠统平地泉组具“斑状”结构热水喷流沉积岩的成因及地质意义*

准噶尔盆地东部中二叠统平地泉组(相当于芦草沟组)发育一套陆内裂谷背景下的湖泊相砂岩、泥岩、灰岩、白云岩、凝灰岩互层以及它们的过渡岩石,是区内最主要的烃源岩和储集层。近年来,在帐北断褶带、石树沟凹陷和吉木萨尔凹陷中二叠统平地泉组暗色泥岩、泥晶白云岩中发现了一类特殊的沉积岩,该类岩石发育类似火山岩的斑状结构。“斑晶”主要为粗晶白云石、方解石、黄铁矿及方沸石等,在岩心标本上呈“树枝状”或“雪花状”散布于基质中;基质则主要由泥晶白云石或泥质沉积物构成,富含有机质,发育水平层理及小型变形层理等。岩石学和矿物学分析表明,“斑晶”往往为粗晶方解石或白云石的集合体,也常见黄铁矿、方沸石与碳酸盐矿物共生,“斑晶”方解石发育环带,而白云石未见明显环带。电子探针分析表明“斑晶”方解石具有低镁、低铁及锶分布不均匀的特点,而“斑晶”白云石(FeO含量介于7.272%~11.086%之间)与“基质”泥晶白云石(FeO含量为1.027%)相比具有明显富铁的特点。流体包裹体分析表明“斑晶”方解石均一温度平均为180.68,℃,“斑晶”白云石均一温度平均为320.95,℃。这种特殊 “斑状”白云岩和“斑状”泥质岩很可能是湖底热液喷流作用的结果。当湖水沿深大断裂下渗至地下深处,与围岩发生物质交换并被加热后再沿断裂返回地表喷涌而出,热液流体携带的离子达到过饱和后就会析出方解石、白云石及黄铁矿等集合体,随热液的喷涌作用上升并破碎散落于湖底细粒沉积物内。“斑状”白云岩的发现对新疆北部中二叠统热水喷流沉积作用及该区油气的成因研究具有重要的意义。     

试论汾渭“S”型旋转拉分构造体系及其影响

汾渭地堑系位于我国东部阴山与秦岭纬向带之间,自北向南,由集宁、怀来、大同、蔚县、忻州、太原、晋中、汾渭、天水、礼县、西和、成县等10余个NE向斜列的新生代断陷盆地组成,它们呈“S”形展布,反映华北地块在新生代时期发生了顺时针旋转,使古老地块发生裂解,可称之为“S”型旋转拉分构造体系。这个构造体系对中国东部构造格局和构造发展有广泛和深远的影响,强烈改造了秦岭—大别山纬向构造带和江南地块北缘的构造格局,使新华夏系形成分段特征,启动了华北地块伸展构造发展模式,影响所及直达琉球海沟。无独有偶,亚洲中部俄罗斯、蒙古境内有贝加尔地堑系,由反“S”形分布的新生代断陷盆地组成,它们也发育于古老结晶地块之中,可与之对比,是逆时针旋转的反“S”型旋转拉分构造体系。说明它们是同一类型的旋转构造型式,是古老地块裂解的一种方式。     

渤海湾盆地埕北低凸起及围区古近系“源-汇”系统控砂原理定量分析*

埕北低凸起及围区发育完整的“源-汇”系统。在“源-汇”思想的指导下,利用录井、测井、取心、三维地震等基础资料,在精细刻画埕北低凸起及围区沉积体系类型及特征的基础上,定量探讨了“源-汇”系统各要素之间的耦合关系。研究表明: 古近纪,埕北低凸起基岩类型主要为中生界碎屑岩,源区内共发育9个有效物源区;埕北低凸起共识别出15条古沟谷型和2条断槽型输砂通道,其中古沟谷型输砂通道可细分为U型、V型及W型;埕北低凸起及围区陡坡带发育扇三角洲、半深湖—深湖沉积,扇三角洲平面上呈朵状展布,各扇体之间不连通,而缓坡带除局部构造早期发育扇三角洲外,整体发育辫状河三角洲、滨浅湖、半深湖—深湖等沉积,平面分布范围广,呈连片叠合分布;“源-汇”系统各要素定量分析表明,汇区沉积体面积及形态与有效物源区面积、沟谷的长、宽、宽深比等参数密切相关;从“源-汇”耦合模式分析认为,有效物源区面积控制沉积体系发育规模,输砂通道控制沉积体系的优势展布方向及形态。     

内蒙古赤峰柴胡栏子金矿及周边地区构造形迹的“米字型”分布及其控矿特征

柴胡栏子金矿位于中国东部大兴安岭北北东向构造带与华北地块北缘近东西向构造带的交汇部位。该交汇区经历了多期构造-岩浆活动,产出了柴胡栏子、莲花山、红花沟等多个大-中型金矿床。航磁和遥感资料解译结果表明,矿田内发育北北西向、北西西向、北北东向和北东东向共4个方向的构造形迹,呈现“米字型”结构的展布特点,分别控制了晚古生代岩浆岩(脉岩)和主要金矿床的展布。在柴胡栏子金矿区,4个方向的构造形迹也组成了“米字型”结构,控制了矿体(矿化带)和化探异常的展布。矿田和矿区级别的构造形迹均呈现“米字型”分布特点,是新华夏构造体系分级控岩控矿规律的具体表现。上述认识为矿床成因研究和矿田成矿预测提供了重要的依据。     

一次成功的专题研讨会:“多成因的软沉积物变形构造及地震岩”

“多成因的软沉积物变形构造及地震岩”专题研讨会,2016年9月24日在河南焦作河南理工大学承办的第14届全国古地理学及沉积学学术会议期间召开。国内多位专家出席这次研讨会,对软沉积物变形构造、地震岩、震积岩等问题进行讨论和争鸣。这是一次十分成功的研讨会,其主要成果是: (1)“多成因的软沉积物变形构造”已为广大地质学家接受。(2)赛拉赫(Seilacher,1969)提出的“地震岩”(seismites)的定义,即“具断层—粒序的岩层可定为地震岩”,应该废弃;但现在为广大地质学家所接受的地震岩的定义,即“地震岩是真正由地震引起的具软沉积物变形构造的岩层”,则不应废弃,可以保留下来。(3)“地震岩”这个术语应严格地限制在真正由地震引起的具软沉积物变形构造的岩层。(4)“震积岩”是一个误译的术语,不宜继续使用。如果有的地质学家想继续使用这个术语,应对这个术语重新定义,并指明它不是“seismites”(地震岩)的中文译名。(5)碎屑注入体也是多成因的,它不一定是地震岩,更不一定是“原地地震”的标志。(6)本次研讨会的最重要的成果是中国软沉积物变形构造及地震岩研究中的“几乎是一个观点”的局面开始被扭转过来了,呈现出了“百花齐放和百家争鸣”的学术气氛。     

关于“海陆对比”研究的若干实践和思考

通过剖析和总结两个重要的研究经历和学术成果:(1)应用东北印度洋的深海钻心研究喜马拉雅山—青藏高原隆升,(2)应用南海周边陆域的岩浆-沉积记录研究“古南海”的消亡和南海的早期开裂,作者阐释了对于这一特殊的“海陆对比”研究的理解、策划与心得体会。在前一项凭海观山的研究中,首先明确在东北印度洋区存在两类组分、成因各不相同的深海沉积序列,它们分别坐落于孟加拉海底扇和东经90°海岭,在响应山脉隆升的方式上各具优势。经过对两个序列的替代性指标的严格筛选与对比,确定3.6~3.2 Ma和1.0~0.6 Ma是晚中新世以来山脉与高原隆升影响最为深刻的关键时段。在第二项由陆识海的研究中,须要处理的则是较第一项更为复杂的包括岩浆、构造、沉积甚至陆上钻井在内的地质记录,而且其保存条件远逊深海沉积系列。此类研究的优势在于,可以避免单一钻孔记录的局限性,助力研究者在更广阔的区域内综合各种适用的基础材料,构建反映海陆一体化的区域构造演化框架。在华南大陆边缘,存在中生代晚期活动陆缘向新生代被动陆缘的重大构造转换。为建立一个完整的陆缘弧体系,作者于研究区布设了“十字形”考察路线,在东西向追索最初发现于海南的陆缘弧的展布特征,在南北向查明陆缘弧的结构样式,发现在白垩纪中期(110~80 Ma)发生强烈的因板块汇聚而产生的区域隆升,且由南向北隆升强度减弱。经过与同期浙闽陆缘岩浆-沉积记录的综合对比,认为中生代向北俯冲的“古南海”很可能属于业已消亡的特提斯域。中生代末华南陆缘进入全新的发展阶段,三水盆地因展现白垩纪—始新世规模最大且保存最好的岩浆-沉积过程被选为被动陆缘破裂研究的中心地区。古新世晚期(~57 Ma)以碱性玄武岩-粗面岩-钠闪碱流岩为代表的碱性系列双峰式火山喷发活动在研究区兴起,并一直持续到盆地停止发育(42~38 Ma)。实验数据显示:(1)岩浆源区位于软流圈地幔,即使喷发规模最大的粗面岩和碱流岩,也是来自幔源玄武质岩浆的分阶段结晶分异,(2)计算得到的地幔热异常并不明显。作者综合所得结果判断,研究区不存在主导区域构造运动的深源地幔柱,三水盆地发达的火山岩系产出的真实背景在于,中生代晚期的俯冲-碰撞使得岩石圈缩短加厚,于中新生代之交发生拆沉作用和软流圈上涌。这一区域构造环境不仅导致新生代早期的华南裂谷作用,很可能对其后的南海扩张也产生重要影响。现代地球科学将海和陆这两个最大的地理单元紧密地联系在一起,从海洋采集相关的地质信号研究大陆构造,抑或反之,都给我们提供了审视和解决科学问题的新的有效视窗。     

河北武安地区隐爆角砾岩特征及成因探讨

出露于河北武安地区的隐爆角砾岩分布广泛,其成岩过程对于研究该区岩浆和流体的相互作用及成矿作用具有重要意义。本文对河北武安洪山隐爆角砾岩进行了详细的野外及镜下观察及电子探针(EMPA)及激光剥蚀等离子质谱仪(LA-ICP-MS)的原位分析。详细的矿物学研究表明,武安角砾岩主要分布于主岩体(闪长岩)与围岩(灰岩)之间,角砾多为棱角状、次棱角状,具有明显可以拼合的特征,角砾边部常可见方解石的再生加大现象,因铁含量的不同,角砾呈深浅不同的颜色。基质成分主要由方解石和赤铁矿组成。赤铁矿环带发育,其核部FeO高,边部MgO、Al₂O₃高,其全铁含量与SiO₂呈良好的负相关关系;赤铁矿相对富集Ba,K,U等元素,亏损Th,Ta,Nb,Zr,Hf等高场强元素,表明其可能形成于岩浆-流体环境。同心层状赤铁矿明显富集Ti和Pb,Ti的相对富集表明同心层状赤铁矿的成因与岩浆有关,Pb的相对富集则表明其形成后期有热液叠加参与。本文研究认为,武安地区隐爆角砾岩的成因模式为:深部岩浆流体在上升过程中受到上覆围岩的圈闭而产生流体沸腾超压现象,随后上覆岩层突然减压破碎,岩浆-流体发生隐爆作用并将上层岩体破碎胶结成岩。     

宁芜地区梅山铁矿床矿物的电子探针分析和稀土元素地球化学特征

梅山铁矿床位于长江中下游成矿带宁芜盆地北段,矿体赋存于辉长闪长玢岩和下白垩统大王山组辉石安山岩的接触带。研究表明,梅山铁矿的石榴石以钙铁榴石为主,为钙铁-钙铝榴石系列,与传统意义矽卡岩矿床的石榴石组成相似;磁铁矿和赤铁矿具有斑岩铜矿和Kiruna型矿床的双重特征;赤铁矿和菱铁矿显示热液交代成因特征,但赤铁矿至少有2个成矿世代。成矿母岩辉长闪长玢岩、磁铁矿及磷灰石具有相似的稀土配分模式,暗示三者具有同源性。辉长闪长玢岩无Eu异常,代表了高氧逸度下岩浆的分离结晶作用;磁铁矿和磷灰石均具有中度负Eu异常,可能是在辉长闪长玢岩发生钠长石化的过程中,Eu以Eu2+形式在钠长石内富集,造成流体Eu亏损,后来生成的磷灰石和磁铁矿继承了流体的Eu含量特征,辉长闪长玢岩的钠长石化导致富Fe2+硅酸盐矿物淋滤铁元素进入流体,为矿床提供了铁物质。     

新疆西天山查岗诺尔铁矿床磁铁矿和石榴石微量元素特征及其对矿床成因的制约

查岗诺尔大型磁铁矿床位于西天山阿吾拉勒东段,赋存于下石炭统大哈拉军山组安山岩及安山质火山碎屑岩之中,主体矿底板夹透镜状的大理岩,矿体主要为层状、似层状、透镜状。根据矿石组构和矿物共生特征,可以划分为岩浆期和热液期两个成矿期,后者包括矽卡岩和石英-硫化物两个亚成矿期,进一步可以细分为6个成矿阶段。岩浆期的磁铁矿∑REE很低,稀土配分模式大致呈轻稀土、重稀土较富集而中稀土亏损的U型,富Ti、V、Cr,表明铁质可能来自安山质岩浆的结晶分异作用; 矽卡岩亚成矿期的磁铁矿∑REE极低,略微富集LREE,其它稀土元素亏损强烈,贫Ti、V,略富集Ni、Co和Cu。矽卡岩亚期的含矿和无矿矽卡岩中的石榴石的稀土配分模式类似,∑REE含量相对较高,呈HREE富集、LREE亏损、弱正Eu异常的分布型式,显示了交代成因石榴石的特征,暗示与其共生的磁铁矿也是通过热液流体与围岩地层的交代反应生成的,铁质来自围岩。结合矿床地质与微量元素地球化学,认为查岗诺尔铁矿可能是岩浆型和矽卡岩型(主要)的复合叠加矿床。     

In-situ LA-ICP-MS trace elemental analyses of magnetite: Fe–Ti–(V) oxide-bearing mafic–ultramafic layered intrusions of the Emeishan Large Igneous Province,SW China

The Taihe, Baima, Hongge, Panzhihua and Anyi intrusions of the Emeishan Large Igneous Province (ELIP), SW China, contain large magmatic Fe–Ti–(V) oxide ore deposits. Magnetites from these intrusions have extensive trellis or sandwich exsolution lamellae of ilmenite and spinel. Regular electron microprobe analyses are insufficient to obtain the primary compositions of such magnetites. Instead, laser ablation ICP-MS uses large spot sizes (~ 40 μm) and can produce reliable data for magnetites with exsolution lamellae. Although magnetites from these deposits have variable trace element contents, they have similar multi-element variation patterns. Primary controls of trace element variations of magnetite in these deposits include crystallography in terms of the affinity of the ionic radius and the overall charge balance, oxygen fugacity, magma composition and coexisting minerals. Early deposition of chromite or Cr-magnetite can greatly deplete magmas in Cr and thus Cr-poor magnetite crystallized from such magmas. Co-crystallizing minerals, olivine, pyroxenes, plagioclase and apatite, have little influence on trace element contents of magnetite because elements compatible in magnetite are incompatible in these silicate and phosphate minerals. Low contents and bi-modal distribution of the highly compatible trace elements such as V and Cr in magnetite from Fe–Ti oxide ores of the ELIP suggest that magnetite may not form from fractional crystallization, but from relatively homogeneous Fe-rich melts. QUILF equilibrium modeling further indicates that the parental magmas of the Panzhihua and Baima intrusions had high oxygen fugacities and thus crystallized massive and/or net-textured Fe–Ti oxide ores at the bottom of the intrusive bodies. Magnetite of the Taihe, Hongge and Anyi intrusions, on the other hand, crystallized under relatively low oxygen fugacities and, therefore, formed net-textured and/or disseminated Fe–Ti oxides after a lengthy period of silicate fractionation. Plots of Ge vs. Ga + Co can be used as a discrimination diagram to differentiate magnetite of Fe–Ti–(V) oxide-bearing layered intrusions in the ELIP from that of massif anorthosites and magmatic Cu–Ni sulfide deposits. Variable amounts of trace elements of magmatic magnetites from Fe–Ti–(P) oxide ores of the Damiao anorthosite massif (North China) and from Cu–Ni sulfide deposits of Sudbury (Canada) and Huangshandong (northwest China) demonstrate the primary control of magma compositions on major and trace element contents of magnetite.     

Magnetite compositions and oxygen fugacities of the Khibina magmatic system

Most titanomagnetite in the Khibina alkaline igneous complex, sampled through 500 m of a vertical cross-section, is represented by Ti-rich varieties. The ulvöspinel component is most commonly around 55 mol%, rarely reaching up to 80 mol%.

We calculated an f_O2–T diagram for magnetite + ilmenite + titanite + clinopyroxene + nepheline + alkali feldspar and magnetite + titanite+ clinopyroxene + nepheline + alkali feldspar phase assemblages at a hedenbergite activity of 0.2. The diagram shows that magnetites with 55 mol% of ulvöspinel crystallized at oxygen fugacities just slightly below the quartz–fayalite–magnetite buffer. More Ti-rich varieties crystallized at higher temperatures and slightly lower ΔQMF values, whereas more Ti-poor magnetites crystallized at or below about 650 °C.

Under the redox conditions estimated for the apatite-bearing intrusion of the Khibina complex (close to the QFM buffer), substantial quantities of methane may only form during cooling below 400 °C in equilibrium with magma. However, even at higher orthomagmatic temperatures and redox conditions corresponding to ΔQMF = 0, the hydrogen content in the early magmatic stage is not negligible. This hydrogen present in the gas phase at magmatic temperatures may migrate to colder parts of a solidifying magma chamber and trigger Fischer-Tropsch-type reactions there. We propose therefore, that methane in peralkaline systems may form in three distinct stages: orthomagmatic and late-magmatic in equilibrium with a melt and — due to Fischer-Tropsch-type reactions — post-magmatic in equilibrium with a local mineral assemblage.     

滇东南都龙锡锌铟多金属矿床磁铁矿矿物化学组成特征及其对成矿作用的约束

都龙锡锌铟多金属矿床位于著名的滇东南钨锡多金属成矿区之老君山矿集区,成矿与白垩纪大规模花岗岩活动关系密切,沿隐伏花岗岩接触带周边发育石榴子石、透辉-透闪石等矽卡岩蚀变和条带状(似层状)、脉状(囊状)的锡石、闪锌矿及磁铁矿、辉钼矿、黄铁黄铜矿等矿化,形成超大规模的岩浆热液-矽卡岩成矿系统。野外观测及研究发现,早期(矽卡岩期)高温阶段形成的磁铁矿可分为I阶段交代型磁铁矿(I-Mag)和II阶段充填型磁铁矿(II-Mag)两类:前者多呈囊状、条带状,与矽卡岩矿物共生;后者为脉状,与金属硫化矿物共生。利用ICP-AES、ICP-MS对两类磁铁矿进行主、微量元素测试,从I-Mag到II-Mag,Si、Ca、Mn及ΣREE、Pb、Zn、Ti含量增加,Mg及Sn、W、In、V、Cr、Ga含量减少,REE配分型式也由平缓向右倾的逐渐变化。TiO 2-Al 2 O 3-(MgO+MnO)、(Ti+V)-(Ca+Al+Mn)、Ni/Cr-Ti、(Ti+V)-Ni/(Cr+Mn)成因判别图解表明,磁铁矿属岩浆热液-矽卡岩成因类型;Ti、V与Zr、Hf、Nb、Ta,以及Y/Ho(24~3414)、Ni/Co(<2→>2)、Ti/V(<25→>25)、Hf/Zr(003~006→004~005)存在着线性关系和规律变化特征,指示两类型磁铁矿具有相同的物质来源,为同一成矿过程不同阶段的产物。而代表成矿流体REE组成的II-Mag的REE组成继承了老君山花岗岩REE配分趋势和Eu负异常特征,表明磁铁矿与白垩纪老君山花岗岩具有一致的物质来源。Cr-V、(Ti+V)-(Al+Mn)、Ga-Mg及Ga-Sn图解显示相同的成因类型和一致的线性关系,指示磁铁矿主体形成于较高氧逸度和温度(约300℃)的成矿环境下,并且从I-Mag到II-Mag,存在着氧逸度逐渐升高、温度逐渐降低的演化趋势。     

莱芜张家洼铁矿磁铁矿LA-ICP-MS微量元素特征及其对成矿过程的制约

莱芜张家洼铁矿位于华北克拉通东缘的鲁西地区,矿石成因类型为夕卡岩型铁矿。矿体赋存在早白垩世高镁闪长岩与奥陶系马家沟组灰岩及白云岩接触带附近。本文通过对莱芜岩浆和热液磁铁矿电子探针(EPMA)以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA ICP MS)分析,探讨磁铁矿微量元素组成及变化规律对成岩和成矿作用的指示,为揭示张家洼铁矿的矿床成因及其成矿流体演化过程提供重要制约。分析结果表明,莱芜岩浆磁铁矿与热液磁铁矿相比明显富集Ti、V、Cr等亲铁元素,相对富集Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素以及Sn、Ga、Ge、Sc等中等相容元素,Mg、Al、Mn、Zn、Co显著富集于热液磁铁矿中。Ti、V、Cr以及Mg、Al、Mn、Zn在岩浆和热液中具有不同的地球化学行为,Ti、V、Cr从熔体中进入磁铁矿主要受温度、分配系数以及fO2控制。Mg、Al、Mn、Zn主要受控于水岩反应和后期绿泥石+碳酸盐脉的交代,这些元素通过类质同象替换富集于热液磁铁矿中。Co在热液磁铁矿中除了受水岩相互作用和后期流体交代的影响外,硫化物的出现会导致Co含量急剧降低。Si、Ca、Na及Sr、Ba在岩浆和热液磁铁矿中的地球化学行为非常一致。Ti Ni/Cr图能够用于区分岩浆和热液磁铁矿,莱芜岩浆磁铁矿中Ti含量较高且Ni/Cr比值≤1,热液磁铁矿Ti含量较低且绝大多数Ni/Cr比值≥1。张家洼热液磁铁矿可分为早、晚两个阶段：早期阶段包括(1)早期原生粒状磁铁矿和(2)早期次生磁铁矿;晚期阶段包括(3)晚期原生磁铁矿和(4)晚期次生磁铁矿。原生磁铁矿具有典型的三联点结构特征;次生磁铁矿受后期热液交代影响表现为多空隙,通常呈不规则状、树枝状、骸晶以及交代残余结构。磁铁矿微量元素生动记录了成矿流体演化过程,从早期到晚期、从原生到次生都显示Mg、Al、Mn、Zn包括Co含量持续升高,表明成矿流体可能朝着富集这些微量元素的方向演化。后期流体的交代导致绿泥石蚀变为磁铁矿,连续水岩相互作用和后期流体的交代以及绿泥石直接蚀变是导致热液磁铁矿富集Mg、Al、Mn、Zn等元素的主要原因。热液磁铁矿晚期孔隙较为发育,孔隙度的增加促使更多的流体和磁铁矿发生反应。热液磁铁矿的微量元素不仅能够反映矿床形成的物理化学条件,而且可以反映围岩性质以及水岩相互作用过程。     

白云鄂博碳酸岩脉的显微共聚焦激光拉曼光谱分析

白云鄂博矿区发育的脉状稀土碳酸岩，由于其结晶迅速，矿物颗粒细微，其中的微小矿物的鉴定一直是一个难题。应用显微共聚焦激光拉曼光谱仪则能较好地解决这一问题。研究表明，白云鄂博地区存在富稀土白云质岩浆碳酸岩脉，早期阶段形成碱性长石和铁白云石，无稀土矿化；铁白云石常常出溶铁质而自身则形成方解石。霓石和方解石形成略晚，常常与氟碳铈矿等稀土矿物共生，出现强烈的稀土矿化；而无解理的方解石则形成于更晚的岩浆期后热液阶段，发育大量的流体包裹体，并出现强烈的铌、稀土矿化。铌铁矿分布在氟碳铈矿中和赤铁矿边缘，为热液交代作用的产物。早期结晶的矿物如碱性长石、铁白云石稀土矿化弱，岩浆晚期分异出大量的流体相，稀土元素和Sr等进入岩浆热液中，并在热液结晶矿物中富集，甚至在非平衡结晶的石英中产生强烈的稀土矿化。结合岩相学显微观察，显微拉曼探针很好的揭示了这一地质过程。同时为白云鄂博矿床铌、稀土矿化的热液交代成因提供了依据。     

印尼塔里亚布锡铁多金属矿床矿浆型磁铁矿的矿物学特征与形成机理探讨

在野外地质观察基础上,运用光学显微镜、化学分析、X射线衍射、扫描电镜、流体包裹体成分分析等手段,对印尼塔里亚布锡铁多金属矿床中矿浆型磁铁矿的矿物学特征进行了研究。结果表明,矿浆型铁矿体界线清晰,呈贯入充填形态,围岩蚀变简单。矿石具块状条带、气孔状、流纹状、熔结瘤状等典型矿浆型铁矿石构造。矿石矿物组成简单,磁铁矿含量高,磷灰石＋磁铁矿是标志性矿物组合。磁铁矿在化学成分上富铁（TFe=66.08%～68.01%）、富镁（MgO=3.05%～3.22%）、贫硅（SiO2=0.82%～1.91%）、贫碱（Na2O＋K2O〈1.06%）,具明显铕负异常（δEu=0.14～0.55）。磁铁矿晶胞参数介于0.8390～0.8397 nm,接近标准值。磁铁矿晶体以致密它形晶为主,重结晶形成的三晶嵌连结构反映矿浆冷凝结晶是典型的退火过程。磁铁矿流体成分富集Li＋（0.234μg/g）、Na＋（3.438μg/g）等碱性阳离子及H2O（4129μg/g）、SO42-（8.916μg/g）及其它挥发性组分。在富碱、富挥发分和高氧逸度条件下,研究区矿浆型铁矿与花岗岩是酸性原始岩浆高度演化分异的同源产物。     

Implication of Apatite and Anhydrite for Formation of an Iron‐Oxide‐Apatite (IOA) Rare Earth Element Prospect,Benjamin River,Canada

The Benjamin River apatite prospect in northern New Brunswick, Canada, is hosted by the Late Silurian Dickie Brook plutonic complex, which is made up of intrusive units represented by monzogranite, diorite and gabbro. The IOA ores, composed mainly of apatite, augite, and magnetite at Benjamin River form pegmatitic pods and lenses in the host igneous rocks, the largest of which is 100 m long and 10–20 m wide in the diorite and gabbro units. In this study, 28 IOA ore and rock samples were collected from the diorite and gabbro units. Mineralogical observations show that the apatite–augite–magnetite ores are variable in the amounts of apatite, augite, and magnetite and are associated with minor amounts of epidote‐group minerals (allanite, REE‐rich epidote and epidte) and trace amounts of albite, titanite, ilmenite, titanomagnetite, pyrite, chlorite, calcite, and quartz. Apatite and augite grains contain small anhydrite inclusions. This suggests that the magma that crystallized apatite and augite had high oxygen fugacity. In back scattered electron (BSE) images, apatite grains in the ores have two zones of different appearance: (i) primary REE‐rich zone; and (ii) porous REE‐poor zone. The porous REE‐poor zones mainly appear in rims and/or inside of the apatite grains, in addition to the presence of apatite grains which totally consist of a porous REE‐poor apatite. This porous REE‐poor apatite is characterized by low REE (<0.84 wt%), Si (<0.28 wt%), and Cl (<0.17 wt%) contents. Epidote‐group minerals mainly occur in grain boundary between the porous REE‐poor apatite and augite. These indicate that REE leached from primary REE‐rich apatite crystallized as allanite and REE‐rich epidote. Magnetite in the ores often occurs as veinlets that cut apatite grains or as anhedral grains that replace a part of augite. These textures suggest that magnetite crystallized in the late stage. Pyrite veins occur in the ores, including a large amount of quartz and calcite veins. Pyrite veins mainly occur with quartz veins in augite. These textures indicate pyrite veins are the latest phase. Apatite–augite–magnetite ore, gabbro–quartz diorite and feldspar dike collected from the Benjamin River prospect contain dirty pure albite (Ab₉₈Or₂–Ab₁₀₀) under the microscope. The feldspar dikes mainly consist of dirty pure albite. Occurrences of the dirty pure albite suggest remarkable albitization (sodic alteration) of original plagioclase (An_25.3–An₆₀ in Pilote et al., 2012) associating with intrusion of monzogranite into gabbro and diorite. SO₄^2? bearing magma crystallized primary REE‐rich apatite, augite and anhydrite reacted with Fe in the sodic fluids, which result in oxidation of Fe²⁺ and release of S^2? into the sodic fluids. REE, Ca and Fe from primary REE‐rich apatite, augite and plagioclase altered by the sodic fluids were released into the fluids. Then Fe³⁺ in the sodic fluids precipitated as Fe oxides and epidote‐group minerals in apatite–augite–magnetite ores. Finally, residual S^2? in sodic fluids crystallized as latest pyrite veins. In conclusion, mineralization in Benjamin River IOA prospect are divided into four stages: (1) oxidized magmatic stage that crystallized apatite, augite and anhydrite; (2) sodic metasomatic stage accompanying alteration of magmatic minerals; (3) oxidized fluid stage (magnetite–epidote group minerals mineralization); and (4) reduced fluid stage (pyrite mineralization).