表面接触角的测量及表面张力在宝玉石鉴定中的应用

表面张力是固体表面重要的物理化学参数之一,其大小与温度和界面两相物质的性质有关。基于Young方程的推导,使用接触角测量法计算固体表面张力已被广泛应用于表面科学和工程领域。宝玉石材料大多具有光洁的表面,在接触角测量的准确性方面较其他表面不均一的固体材料具有明显的技术优势。本文运用现代仪器(FTA200动态接触角测量仪)测量了15个天然和合成宝玉石品种(钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆、碧玺、托帕石、翡翠、琥珀等),以及经覆膜和充填2种处理方法的宝玉石样品(镀膜钻石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧玺)的表面接触角,并运用公式计算其表面张力。测试数据表明,不同品种宝玉石的接触角数值存在差异,如钻石的接触角值为56.68°,其仿制品立方氧化锆的接触角值为37.79°;覆膜处理与未经覆膜处理的天然宝玉石的接触角数值差异明显,如琥珀的接触角值为92.49°,覆膜琥珀的接触角值为66.49°;充填处理宝玉石接触角的测试由于控制液滴的大小受条件限制操作难度较大,测试结果不能准确表达为裂隙中充填物的接触角数值,故充填处理的宝石不宜采用此方法进行区分。研究表明,对于部分宝玉石品种和覆膜处理宝玉石,其表面接触角及表面张力数值差异显著,可以作为宝玉石品种的辅助鉴定依据;尤其是运用接触角的差异对于宝玉石鉴定具有较好的判别性,能够对不同品种的天然宝玉石与表面覆膜的宝玉石样品进行有效区分。与常规宝石检测方法(如红外光谱、折射率测量方法)对比,接触角测量方法具有测量准确、操作简便,不破坏样品的特点,符合宝玉石无损鉴定的基本原则,且能够安全快速地测量高折射率宝石,可以解决宝玉石表面覆膜等与表面物性相关的检测疑难问题。     

广西大厂锡多金属矿区深部碳酸盐岩的稀土元素特征及其地质意义

广西大厂巴里地区锡多金属矿体经过多年的快速开采,导致浅部资源枯竭,深部找矿迫在眉睫。本文以广西大厂超大型锡多金属矿区深部钻探ZK39-1钻孔（钻孔深度1580 m）获得的新鲜岩心为研究对象,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）详细分析了该钻孔钻遇的泥盆系中下统灰岩样品的稀土元素含量（REEs）,以期为深部找矿提供依据。研究结果表明,稀土元素总量（ΣREEs）为3.49~261.07 μg/g,稀土总量变化较大,且岩心样品在顶部与底部相差较大,其中1100~1580 m之间岩心样品ΣREEs（3.49~45.81 μg/g）明显低于1100 m以浅稀土总量（188.96~242.36 μg/g）,达到了区域背景值的10倍左右,且远超过普通沉积成因的石灰岩;轻稀土与重稀土比值LREEs/HREEs为2.96~10.04,反映了该区轻、重稀土元素分馏程度较高,δEu为 0.11~1.00,δCe为0.53~0.99;球粒陨石标准化分布型式图呈“右倾”轻稀土富集型。10~1100 m之间样品Eu异常不明显,1100~1580 m之间样品Eu明显亏损,顶部到底部Ce亏损逐渐降低。1100~1580 m之间岩心样品球粒陨石标准化型式图与大厂花岗岩型式图相似,认为这套碳酸盐岩可能受到了花岗岩浆热液的蚀变作用,指示深部可能还存在岩浆热液成因或矽卡岩型多金属矿化,即在近花岗岩部位或花岗岩与围岩接触带部位存在“第三成矿空间”。     

江西朱溪铜钨矿区煌斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年及地质意义

江西朱溪超大型矽卡岩铜钨矿的重大找矿突破,确定了"南钨北铜"格局被打破,建立了"南钨北扩"的新格局,成矿相关岩浆岩的时代及构造属性的研究是分析"南钨北扩"科学问题的关键。朱溪铜钨矿区分布数条煌斑岩脉,在时空上与铜钨矿床有关。本文在详细野外调查、岩心编录和岩矿鉴定的基础上,利用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)对朱溪铜钨矿区的煌斑岩进行锆石U-Pb法同位素精确测年,获得两组岩浆锆石年龄:其中一组锆石的206Pb/238U加权平均年龄为(856±10)Ma(MSWD=0.22),另一组锆石的206Pb/238U加权平均年龄为(160.3±2.1)Ma(MSWD=0.17)。分析研究认为:第一组年龄(856±10)Ma代表了新元古代早期华南古洋壳俯冲消减及杨子陆块与华夏陆块碰撞的岩浆作用;第二组年龄(160.3±2.1)Ma代表了晚侏罗世早期岩浆侵位事件,是在早侏罗世古太平洋板块向欧亚板块之下俯冲消减的背景下,导致早期岩石发生重熔,在燕山期侵位成岩,与朱溪所在的塔前—赋春成矿带内的成矿作用时间接近。本工作对煌斑岩同位素年代学的研究,为研究朱溪铜钨矿的成矿作用提供了理论依据。     

桂西北丹池成矿带主要金属矿床成矿特征及成矿规律

桂西北丹池成矿带是中国重要的有色金属成矿带之一,主要由芒场、大厂、五圩3个矿田组成。文章通过系统的地质调查和综合研究,总结了丹池成矿带主要金属矿床的成矿地质特征,以及矿床的成矿条件和成矿规律研究的新进展;论证了带内重要的多金属矿床为岩浆热液成因。带内燕山晚期花岗岩为高钾钙碱性、过铝质系列的含锡花岗岩,它具有高硅、高碱、贫钙、贫镁的特征;其在成因上为大陆地壳重熔的"S"型,可能源于桂北元古界四堡群或更老构造层的重熔,但也有幔源物质的混入。3个矿田中矿化的分带性明显,以花岗岩隆起为中心向外,矿化组合表现为高温W_Mo矿化、Zn_Cu_Sn矿化→高中温Sn多金属矿化→中低温Pb_Zn矿化→低温Sb_Hg_As矿化。成矿与成岩同期,成矿物质主要来自岩浆,部分来自赋矿的泥盆系;成矿流体早期以岩浆水为主,晚期有较多的大气降水的加入。同时,利用"缺位找矿"的思路,预示在研究程度相对较低的五圩矿田深部有较大的找矿潜力。     

Time-Varying Multifractal Characteristics and Formation Mechanism of Loaded Coal Electromagnetic Radiation

Dynamic collapses of deeply mined coal rocks are severe threats to miners. To predict the collapses more accurately using electromagnetic radiation (EMR), we investigate the time-varying multifractal characteristics and formation mechanism of EMR induced by underground coal mining. A series of uniaxial compression and multi-stage loading experiments with coal samples of different mechanical properties were carried out. The EMR signals during their damage evolution were monitored in real-time; the inherent law of EMR time series was analyzed by fractal theory. The results show that the time-varying multifractal characteristics of EMR are determined by damage evolutions process, the dissipated energy caused by damage evolutions such as crack propagation, fractal sliding and shearing can be regard as the fingerprint of various EMR micro-mechanics. Based on the Irreversible thermodynamics and damage mechanics, we introduced the damage internal variable, constructed the dissipative potential function and established the coupled model of the EMR and the dissipative energy, which revealed the nature of dynamic nonlinear characteristics of EMR. Dynamic multifractal spectrum is the objective response of EMR signals, thus it can be used to evaluate the coal deformation and fracture process.     

藏南沙拉岗锑矿流体包裹体红外显微测温研究

沙拉岗锑矿是藏南金锑成矿带内最具有代表性的锑矿床。为了更直接地了解该矿床的流体物理化学特征,本文利用红外显微镜对辉锑矿及紧密共生石英中的流体包裹体进行了显微测温研究。红外显微测温分析结果表明,辉锑矿中包裹体均一温度在134.9～221.9℃,峰值在160～190℃之间,盐度在1.7%～7.3%NaCleqv,峰值在5.0%～6.0%NaCleqv之间,密度在0.879～0.958g/cm3之间,平均值为0.934g/cm3;共生石英中包裹体均一温度在142.5～205.6℃,峰值在160～190℃之间,盐度在2.3%～7.0%NaCleqv,峰值在4.0%～6.0%NaCleqv之间,密度在0.910～0.947g/cm3之间,平均值为0.929g/cm3。通过对比研究认为沙拉岗辉锑矿及共生石英形成于同一物理化学条件,捕获同一成矿流体。结合石英中单个流体包裹体激光拉曼成分分析认为成矿流体为含微量CO2、N2、CH4气体的低温、低盐度和低密度的NaCl-H2O热液体系。成矿流体的沸腾作用是辉锑矿大量沉淀主要原因。     

长江中下游宁芜火山岩盆地深部结构特征——来自反射地震的认识

宁芜火山岩盆地是长江中下游成矿带的重要组成部分,盆地内广泛产出玢岩型铁矿床。为探讨宁芜火山岩盆地深部结构,作者完成了三条穿越宁芜火山岩盆地的深反射地震剖面。三条剖面的长度不一,NW01剖面长度42km,NW02长56.3km,NW03长27.1km。三条剖面的排列长度都为720道,采样间隔2ms,记录长度16s。因为本文的主要研究对象是宁芜火山岩盆地上地壳的结构特征,因此只用了总记录长度的前4s数据。通过本次研究揭示了宁芜矿集区的上地壳精细结构、岩浆和断裂系统的空间展布形态。不仅验证了以往对盆地的部分认识,而且给出了新的认识。(1)发现了直接控制盆地火山-岩浆活动的南东和北西边界断裂并非人们经常认为的两大基底深断裂:方山-南陵断裂和长江断裂带,而是北西向F1和南东向F2断裂;(2)宁芜火山岩盆地以马鞍山-薛津断裂为界向北北东方向滑脱,造成了盆地南西高北东低的隆凹构造格局;(3)阐明了就位于盆地下方的为火山-岩浆活动提供补给和热源的岩浆房的空间展布特征;(4)清晰地厘定了盆地内的断裂系统,其中最主要的断裂是隐伏于宁芜火山岩盆地深部的控制深部岩浆活动的盆中基底断裂(BCF),控制着深部岩浆岩的空间展布格局并对宁芜火山岩盆地的地层和断裂系统有强烈地改造作用。本文的发现为宁芜火山岩盆地深部结构认识、成矿预测及成矿动力学分析提供了可借鉴的证据。     

粤北大宝山矿区加里东期火山岩的厘定及其地质意义

粤北大宝山矿区一带出露一套与层状Fe-Cu-Pb-Zn矿化紧密共生的层状火成岩。层状火成岩产状与上覆页岩及大理岩和下伏碳质页岩基本一致。本文通过层状火成岩显微特征及锆石年龄探讨火成岩形成环境及时代。层状火成岩为斑状结构,块状构造,局部发育条带状构造及流动构造。层状火成岩的斑晶主要由火山喷发形成的棱角明显石英、斜长石、钾长石、少量角闪石、黑云母及黄铁矿等晶屑及少量岩屑组成,基质为火山熔浆凝结形成的全晶质矿物,主要由粒度极细的石英、钾长石、绢云母、白云母及少量黑云母等组成,石英和钾长石构成典型的霏细结构。层状火成岩含大量火山碎屑及具流动构造等现象表明其为火山碎屑熔岩类,主要为英安质凝灰熔岩、流纹质凝灰熔岩及角砾熔岩。大宝山矿区中部流纹质凝灰熔岩和东部丘坝一带英安质凝灰熔岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为436.4±4.1Ma,MSWD=0.94和434.1±4.4Ma,MSWD=1.9,是加里东期形成的。据大宝山矿区熔岩锆石U-Pb年龄,结合层状熔岩和灰岩及碳质页岩紧密共生及区域深大断裂构造活动特征,我们认为大宝山与层状矿化关系密切的层状火成岩为加里东期海相火山熔岩,粤北一带加里东期海相火山活动可能和形成于加里东期的吴川-四会深大断裂活动有关。     

西江枯季径流退水系数与流域特征关系研究

文章采用基于遗传算法的经典退水曲线对西江上游主要站点枯季日平均流量进行研究,所率定的退水系数经验证精度较好,能够反映所在流域的径流特性。通过退水系数与流域面积、下垫面性质、植被覆盖度、多年平均径流深等流域特征关系的分析,发现退水系数值(1)对降雨和蒸散发的变化不敏感,整体上随流域面积和植被覆盖度的增加而减小;(2)随地形高差和下垫面透水性的下降而减小;(3)对喀斯特岩溶地貌尤其敏感,表现为退水系数值较非岩溶地区偏大;(4)随多年平均径流深的增大而增大,二者具有指数函数关系。退水系数与流域特征因子的这些规律,可为无资料流域水文预报提供思考和借鉴。     

东昆仑南缘布青山地区哈尔郭勒玄武岩地球化学特征及其地质意义

哈尔郭勒玄武岩位于东昆仑南缘布青山地区。详细的地球化学研究表明哈尔郭勒玄武岩可以分为碱性玄武岩和亚碱性玄武岩,其中碱性玄武岩的∑LREE=63.8×10-6~175.36×10-6,∑HREE=14.46×10-6~28.56×10-6,∑LREE/∑HREE=4.41~6.14,(La/Yb)N=4.14~6.71,(Ce/Yb)N=3.31~5.12,δEu=1.03~1.17,具有与洋岛玄武岩(OIB)相似的稀土配分模式;亚碱性玄武岩的∑LREE=11.07×10-6~29.95×10-6,∑HREE=12.56×10-6~25.41×10-6,∑LREE/∑HREE=0.88~1.54,(La/Yb)N=0.29~0.74,(Ce/Yb)N=0.37~0.77,δEu=1.02~1.22,具有正常洋中脊玄武岩(N-MORB)的稀土元素地球化学特征。这表明哈尔郭勒玄武岩是OIB与N-MORB的共生组合。布青山地区哈尔郭勒玄武岩中的OIB形成于洋脊附近的海山或洋岛环境,岩浆源区可能为EMⅡ型富集地幔;N-MORB形成于洋脊环境,起源于亏损地幔。哈尔郭勒玄武岩为布青山地区晚古生代存在洋盆提供了更充分的证据。