新疆阿尔泰可可托海稀有金属及宝石伟晶岩

可可托海矿床位于新疆北部，距乌鲁木齐约530km，大地构造上属于西伯利亚板块西南阿尔泰陆缘活动带。阿尔泰地区产有数万条伟晶岩脉，其中可可托海3号脉最为典型。3号脉位于可可托海镇南侧，二云母花岗岩岩基的南缘。岩脉侵入于变质辉长岩体内．脉体的中上都为一椭圆形岩钟，长250m，宽150m，深250m，底部扩大成缓倾斜板状，厚40m，总体形态呈草帽状，岩钟顶部出露于地表。岩钟内部结构清楚，由外而内分9个带。3号脉产有74种矿物，已开采的有绿柱石、锂辉石、锂云母、钽铌矿物和铯榴石．其中，绿柱石产于Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ带，锂辉石产于Ⅴ、Ⅵ带，钽铌矿物产于Ⅶ带，锂云母产于Ⅷ带，铯榴石产于Ⅸ带。     

新疆阿尔泰可可托海矿区伟晶岩成因与矿化潜力研究：来自石英SEM-CL和微量元素的指示

新疆阿尔泰可可托海3号脉矿床是世界瞩目的伟晶岩型稀有金属Li-Be-Nb-Ta-Rb-Cs-Hf矿床。尽管前人对3号脉伟晶岩矿床已经进行了大量的研究工作, 然而在伟晶岩稀有金属成矿潜力以及伟晶岩成因问题上仍存在一些争议。本文以发育在可可托海矿区不同规模的伟晶岩脉以及淡色花岗岩为研究对象, 利用石英SEM-CL和原位微量元素技术手段, 查明各伟晶岩脉和花岗岩的稀有金属禀赋差异及成因联系。研究结果表明, 石英的Li和Al含量可以用来指示伟晶岩的矿化潜力。与1号和2号伟晶岩脉相比, 3号伟晶岩脉具有更宽的分异范围, 以石英中Ge/Ti变化于1.83×10^-6~159×10^-6范围为特征, 更高的Li含量, 其中外侧带平均Li含量为39×10^-6, 因而成矿潜力最大。此外, 证实了白云母钠长花岗岩为矿化花岗岩, 其微量元素组成和演化程度与3号脉伟晶岩外侧带相当, 而白云母碱长花岗岩为贫矿花岗岩。更重要的是, 本文利用各伟晶岩结构分带内的石英中Ge/Ti-Ge以及Ge/Ti-Al/Ti图解, 确定了各伟晶岩脉具有相似的演化趋势, 指示它们可能源于相同的花岗岩母岩。与世界上典型的RMG(花岗岩浆演化后残余熔浆结晶)和DPA(直接深部地壳熔融)成因的伟晶岩相比, 可可托海矿区含矿伟晶岩和花岗岩中石英微量元素与RMG成因伟晶岩存在地球化学亲和性, 这指示它们来源于花岗质岩浆的残留熔浆。

     

阿尔泰加里东期变质成因伟晶岩型白云母矿床的成矿年代证据及其意义

本次工作通过野外调查和同位素年代学研究,首次在阿尔泰西部的也拉曼大型含绿柱石白云母矿床(426±13Ma)、阿尔泰中部的那森恰大型含绿柱石白云母矿床(447.7±0.4Ma)及阿尔泰东部的青河拜兴白云母伟晶岩脉(436.0±0.5Ma)中获得了可靠的加里东期成矿的同位素年代证据,从而为解决是否存在加里东期成矿的问题提供了重要依据,并进一步认识到阿尔泰地区的伟晶岩及伟晶岩型稀有金属-白云母矿床并非只形成于海西期。     

新疆阿尔泰可可托海伟晶岩型稀有金属矿床中磷灰石地球化学特征及意义

磷灰石可以记录和保存岩浆和热液活动的信息。可可托海伟晶岩型稀有金属矿床磷灰石发育,为研究该矿床伟晶岩成岩成矿过程提供了优良的条件。已有对可可托海伟晶岩型稀有金属矿床磷灰石的研究集中在其稀土元素特征,较少讨论其对伟晶岩成岩成矿过程的制约。本文选取可可托海伟晶岩型稀有金属矿床富矿伟晶岩脉（3号脉）和相对贫矿伟晶岩脉（1号、2b号和3a号脉）中的磷灰石作为研究对象,进行磷灰石岩相学和地球化学研究。岩相学分析表明,磷灰石主要与钠长石、石英、白云母、锰铝榴石等伴生。EPMA分析显示,磷灰石F含量为3.67%~4.41%,Cl含量小于0.67%,较低的Cl含量表明伟晶岩熔体出溶的流体Cl含量较低;大部分磷灰石MnO含量为4.67%~8.71%,但2b号脉磷灰石MnO含量变化较大（1.23%~14.28%）,这是由于2b号脉磷灰石具有分带结构,暗示其遭受后期热液作用,促使磷灰石溶解-再沉淀,导致MnO含量发生较大变化。LA-ICP-MS分析显示,贫矿伟晶岩脉磷灰石的稀土元素含量较低（< 180×10^-6）;相反,富矿伟晶岩脉磷灰石的稀土元素含量较高（>700×10^-6）,并具有明显的四分组效应（TE_1-3平均值为1.7）。1号脉和3a号脉磷灰石均显示轻稀土元素富集,反映其形成过程中有含Cl热液的参与。3号脉磷灰石显示强烈Eu负异常和Ce正异常,而2b号脉磷灰石显示强烈Ce负异常和中等Eu负异常,这种Eu、Ce异常的差异可能与岩浆-热液阶段大量流体出溶密切相关。磷灰石的沉淀将导致热液中HF含量的降低,促使磷灰石周围铌钽矿结晶和Nb、Ta进入磷灰石中。可见,在伟晶岩形成过程中,磷灰石并非保持稳定,其分带结构和主微量成分变化记录了后期热液活动,暗示后期热液活动对伟晶岩的成矿具有重要作用。

     

阿尔泰可可托海3号伟晶岩脉中铌铁矿族矿物环带构造及其岩石学意义

本文利用电子探针和背散射电子成像技术系统地研究了新疆阿尔泰可可托海3号伟晶岩脉各结构带中的铝铁矿族矿物。研究表明,本区伟晶岩脉中铌铁矿族矿物主要为铌锰矿-钽锰矿。成分特征显示从岩脉边部带到核部,Ta/(Nb Ta)比值呈近垂向演化,但Mn/(Fe Mn)比值没有明显变化。另一方面,铌铁矿族矿物在早期正岩浆阶段(Ⅰ-Ⅳ带)的成分变化非常局限,而在晚期的岩浆-热液过渡阶段(Ⅴ-Ⅶ带)的成分变化非常大。背散射电子成像技术观察还表明本区铌铁矿族矿物在正岩浆阶段没有环带构造特征,而在岩浆-热液过渡阶段有明显的环带构造特征,而且随着伟晶岩固结过程的进行,环带构造主要沿着渐变环带构造→韵律环带构造→交代构造的趋势变化。研究认为,本区铌铁矿族矿物在不同结构带的成分变化和在单颗粒中的环带构造是热液流体参与铌铁矿族矿物结晶的反应,环带构造的类型主要是由热液流体参与结晶的程度所控制。     

阿尔泰可可托海3号脉伟晶岩型稀有金属矿床云母和长石的矿物学研究及意义

可可托海3号脉伟晶岩型稀有金属矿床是阿尔泰造山带产出的规模最大的伟晶岩脉,其完美的同心环状结构分带举世闻名。云母和长石作为3号脉9个结构带的贯通性矿物,由外向内表现不同的结构和成分特征。其中,云母由白云母系列向锂云母系列演化,白云母呈黄-绿色中细粒→白色或绿色中粗粒-巨晶→白色或绿色书状集合体→白色或绿色中粗粒-巨晶,锂云母呈玫瑰紫中细粒鳞片状或楔状集合体,BSE图像下云母表现出成分分带及不平衡和交代结构;长石主要为钾长石和钠长石,及少量斜长石,钾长石主要呈块体产出,钠长石呈细粒→叶片状→薄片状产出。本次研究通过电子探针(EMPA)和激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)获得3号脉各结构带云母和长石的主微量成分。3号脉云母具有高Li(249×10^-6~35932×10^-6)、Rb(1240×10^-6~22825×10^-6)、Cs(35.9×10^-6~13980×10^-6)、Ta(13.3×10^-6~447×10^-6)含量、低K/Rb值(4.23~59.4)和K/Cs值(6.53~2368),钾长石具有低K/Rb值(35.4~1865),且由外向内,随K/Rb值降低,云母的Li、Rb、Cs、F、Ta含量升高,表明3号脉是一个由外向内结晶的分异演化程度较高的伟晶岩脉。另外,连续相邻结构带中云母和长石的主微量成分呈振荡变化,该现象主要受熔体不混溶过程的控制,也受矿物结晶不平衡影响,而熔体不混溶过程也是控制3号脉结构分带的机制之一。外部带(I-IV带)和内部带(V-VIII带)的云母和碱性长石在成分(FeO、Li、Rb、Cs、F、Ta含量和K/Rb值及K/Cs值)和结构(不平衡和交代结构)上具有明显差异,内部带演化程度明显加大,流体组分比例升高,表明体系由以熔体为主的阶段(外部带)进入以熔流体为主相对不稳定的阶段(外部带)。结合野外观察的证据,促使体系在IV带和V带间发生突然转变而进入熔流体阶段的是一个泄压事件。     

高压白云母中过剩氩的成因研究进展

高压白云母中过剩氩成因研究目前已经取得了如下进展：①已经将高压白云母中过剩氩的来源限定为由流体输送和由母岩继承两种;②高压白云母中过剩氩的赋存和矿物的Mg／（Fe＋Mg）比值、Si^4＋含量及矿物的显微结构有关;③初步认定高压白云母中过剩氩的赋存和岩性有关：榴辉岩中的白云母含过剩氩最多,高压副片麻岩中白云母仍含有少量过剩氩,高压正片麻岩中白云母不含过剩氩。     

新疆阿尔泰可可托海3号伟晶岩脉岩浆-热液过程:来自电气石化学组成演化的证据

新疆阿尔泰可可托海3号脉不同结构带及其蚀变围岩中电气石化学组成电子探针(EMPA)分析结果显示,蚀变围岩、外接触带和内接触带中电气石为是富钙-铁的镁电气石,电气石化伟晶岩中电气石为富镁-铁的锂电气石,伟晶岩早期结构带(Ⅰ-Ⅳ带)中电气石为黑电气石-锂电气石系列,而伟晶岩晚期结构带(Ⅴ-Ⅶ带)中电气石为锂电气石。蚀变围岩、外接触带和内接触带中电气石以Y位中低Al,高Mg、Ca以及显著低的Al/(Al+Fe)、Fe/(Fe+Mg)比值为特征,主要存在R3++O2-=R2++OH-的置换;伟晶岩内部结构带(Ⅰ-Ⅶ带)中电气石以Y位上极低Mg、Ca,高Fe、Al、Li以及显著高的Al/(Al+Fe)、Fe/(Fe+Mg)比值为特征,主要存在+Al3+=Na++Fe(Mg)2+和Li++Al3+=Fe(Mn)2++Mg2+的置换。蚀变围岩、外接触带和内接触带中电气石化学组成特征指示存在围岩-流体、围岩-熔体相之间的相互作用。伟晶岩早期结构带(Ⅰ-Ⅳ带)中电气石无明显组成分带,为岩浆成因;晚期结构带(Ⅴ-Ⅶ带)中电气石显示振荡环带,形成于岩浆-热液过渡阶段体系。随着伟晶岩由外向里固结,温度逐渐降低,伟晶岩内部结构带中电气石显示Y位上Al、Li、Mn及Fe/(Fe+Mg)比值逐渐增大的演化趋势;内部结构带中电气石几乎不含Mg,指示3号伟晶岩脉岩浆-热液演化是在相对封闭体系中进行的。     

宿松杂岩中白云母的矿物学特征及地质意义

大别山为印支期扬子陆块和华北陆块之间的碰撞造山带。太湖—宿松地区位于大别山东段部位,主要由扬子陆块北缘不同变质程度的变质基底和少量浅变质盖层组成。本文选择了宿松杂岩中的白云母进行探针分析以及X射线粉末衍射分析,研究结果表明宿松杂岩中的白云母都是2M₁型且均为多硅白云母。其中,多硅白云母的晶胞参数b₀平均值为9.039,显示宿松杂岩的变质压力为中压—高压。根据宿松杂岩中白云母的显微变形特征可以知道白云母至少存在着两期变形,一期是导致石榴子石压力影形成和白云母右旋的构造作用,应该对应着燕山期大别造山带中-下地壳物质发生平行造山带向东流动的地质事件。另一期是导致白云母形成涡流构造形成的构造作用,这一期构造应该对应扬子板块和华北板块碰撞事件。根据白云母中的Ti温度计和多硅白云母压力计可以得出宿松杂岩的变质条件为T=480 ℃～579 ℃,P=0.7～1.2 GPa,属于绿片岩相到角闪岩相。     

美国Spruce Pine与新疆阿尔泰地区高纯石英伟晶岩的对比研究

     对美国北卡罗来纳州 Spruce Pine 地区白岗岩 / 伟晶岩和新疆阿尔泰白云母花岗岩 / 伟晶岩进行了对比研究。这两个地区的伟晶岩可能是过铝质花岗岩浆通过熔体 - 蒸汽分异作用的产物。美国产高纯石英的伟晶岩发育在片岩、片麻岩的背景之上,主要造岩矿物中富含斜长石,Na 大于 K,大离子亲石元素 Sr 和 Ba 含量高,高场强元素和稀土元素含量低,Eu 正异常,石英中杂质元素含量低。这些特征可作为高纯石英伟晶岩的判别标志。我国阿尔泰地区的伟晶岩脉十分发育,所研究的样品中,有些样品已经具有这些特点,阿尔泰伟晶岩区具有产高纯石英的成矿前景。     

新疆可可托海3号伟晶岩脉成岩时代的限定:来自辉钼矿Re-Os定年的证据

可可托海3号伟晶岩脉因其完美的岩浆结晶分异特征而闻名世界,但针对其年代学方面的认识仍存在较大分歧。本次工作采集到产于3号脉边部带中的6件辉钼矿样品。其产出地质特征显示属于3号伟晶岩脉边部带形成时与围岩的热液交代成因,形成时间应与边部带近于同时或稍晚。文章利用辉钼矿Re-Os测年技术进行的年代学研究结果表明,6件辉钼矿Re-Os等时线年龄为(208.8±2.4)Ma(MSWD=0.89)以及模式年龄为(209.9±1.3)Ma(MSWD=0.69),在误差范围内一致,可忽略辉钼矿Re-Os体系可能产生的失偶现象,代表了辉钼矿在流体中沉淀的时间。在研究前人年代学成果基础上,笔者认为3号伟晶岩脉的形成起始于209 Ma左右,即中三叠世晚期。     

阿尔泰可可托海地区泥盆纪花岗岩特征及其地质意义

阿尔泰南缘可可托海地区发育大量的400Ma左右的泥盆纪花岗岩。岩石SiO2含量在62.36%～77.41%, 里特曼指数σ介于0.43～1.88, A/CNK 值在0.97～1.12, 属中钾、钙碱性、准铝质-弱过铝质岩石。具有富集Rb、Th、U等大离子亲石元素和轻稀土元素, 相对亏损重稀土和Nb、Ta、Ti等高场强元素, 弱-中的负Eu异常的岛弧岩浆岩特征。结合区域地质资料, 可可托海地区泥盆纪花岗岩形成于活动大陆边缘的陆缘弧构造环境, 是古亚洲洋向北俯冲的产物。     

阿尔泰南缘可可托海地区二厂房岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石成因及其地质意义

对出露于阿尔泰造山带南缘可可托海地区二厂房岩体中的黑云母花岗闪长岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学分析。结果显示,锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值为398.0±3.5 Ma（MSWD=1.3）,表明该岩体形成于早中泥盆世。岩体的SiO₂含量介于65.40%～69.31%之间,里特曼指数值为1.27～1.65,A/CNK值为0.92～1.02,属中钾、钙碱性、准铝质岩石。具有富集Cs、Rb、Th、U等大离子亲石元素和轻稀土元素,相对亏损重稀土元素和Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素,负Eu异常明显（δEu=0.48～0.65）的岛弧岩浆岩特征。结合区域地质资料,认为二厂房岩体形成于陆缘弧构造环境,是在古亚洲洋俯冲过程中,幔源的基性岩浆底侵下地壳后使之熔融并发生了岩浆混合作用的产物。     

The tetrad effect and geochemistry of apatite from the Altay Koktokay No. 3 pegmatite, Xinjiang, China: implications for pegmatite petrogenesis

In order to better constrain the evolution and petrogenesis of pegmatite, geochemical analysis was conducted on a suite of apatite crystals from the Altay Koktokay No. 3 pegmatite, Xinjiang, China and from the granitic and amphibolitic wall rocks. Apatite samples derived from pegmatite zones show convex tetrad effects in their REE patterns, extremely negative Eu anomalies and non-chondritic Y/Ho ratios. In contrast, chondritic Y/Ho ratios and convex tetrad effects are observed in the muscovite granite suggesting that different processes caused non-chondritic Y/Ho ratios and lanthanide tetrad effects. Based on the occurrence of convex tetrad effects in the host rocks and their associated minerals, we propose that the tetrad effects are likely produced from immiscible fluoride and silicate melts. This is in contrast to previous explanations of the tetrad effect; i.e. surface weathering, fractional crystallization and/or fluid-rock interaction. Additionally, we put forward that extreme negative Eu and non-chondritic Y/Ho in apatite are likely caused by the large amount of hydrothermal fluid exsolved from the pegmatite melts. Evolution of melt composition was found to be the primary cause of inter and intra-crystal major and trace element variations in apatite. Mn entering into apatite via substitution of Ca is supported by the positive correlation between CaO and MnO. Different evolution trends in apatite composition imply different crystallization environments between wall rocks and pegmatite zones. Based on the geochemistry of apatite samples, it is likely that there is a genetic relationship between the source of muscovite granite and the source of the pegmatite.     

数字矿床模型及其应用——以新疆阿勒泰地区可可托海3号伟晶岩脉稀有金属隐伏矿预测为例

通过构建数字矿床模型,实现了对可可托海3号伟晶岩脉稀有金属矿开发现状及潜在经济价值的评估。数字矿床模型分为2个部分：地质体三维模型和钻孔三维品位模型,前者以地质剖面、地表模型、开采线等数据为基础,以Micromine软件为平台,利用三维可视化技术实现、再现了矿床的空间形态和内部结构,后者以钻孔测试数据为基础,利用地质统计学方法,对模型区范围内的成矿元素品位进行了三维插值,展示了成矿元素异常在空间上的分布。2种模型相互结合,对矿山开采现状进行了评估,对剩余矿体的位置进行了限定。最后,结合数字矿床模型,利用一种“等腰三角形”方法对矿床潜在资源量进行了估算。研究结果显示,虽然矿床“钟形体”部位已开采殆尽,但在钟形体南侧缓倾斜部位还存在较大规模具有经济价值的矿体,氧化铍潜在资源量在822.69~1992.41t之间。     

基于数字矿床模型的新疆可可托海3号脉 三维定位定量研究

以数字矿床为手段,进行资源三维定位、定量研究是危机矿山隐伏矿体找矿的新思路和新方法。在对可可托海3号伟晶岩脉的地质模型、成矿规律进行研究和总结的基础上,以Mincromine软件为平台建立了3号脉9个共生结构带的三维实体模型,并利用钻孔数据开展隐伏矿体的定位定量研究。结果表明。可可托海3号脉仍有较好的开发利用潜力,矿体中大于工业品住的BeO保有资源量60t,预测资源量63t。可为矿山的复采提供4～5年的资源保证。在矿脉的外围及深部,大于边界品位的BeO远景资源量1118t,Li20大于边界品位的资源量241t,显示3号脉具有良好的深入勘探开发的前景。对实例的研究也表明,基于数字矿床模型的研究方法在危机矿山找矿中具有独特的优势。     

Relative permeability of CBM reservoirs: Controls on curve shape

Relative permeability to gas and water for 2-phase flow coalbed methane (CBM) reservoirs has long been known to exhibit a strong control on (gas and water) production profile characteristics. Despite its important control on both primary and enhanced recovery of CBM for coal seams that have not been fully dewatered, relative permeability in coal has received little attention in the literature in the past decade. There are few published laboratory-derived curves; these studies and their resulting data represent a small subset of the commercial CBM reservoirs and do not allow for a systematic investigation of the physical controls on relative permeability curve shape. Other methods for estimation of relative permeability curves include derivation from simulation history-matching, and production data analysis. Both of these methods will yield pseudo-relative permeability curves whose shapes could be affected by several dynamic CBM reservoir and operating characteristics.The purpose of the current work is to perform a systematic investigation of the controls on CBM relative permeability curve shape, including non-static fracture permeability and porosity, multi-layer effects and transient flow. To derive the relative permeability curves, effective permeability to gas and water are obtained from flow equations, flow rates and pressure data. Simulated cases are analyzed so that derived and input curves may be compared allowing for investigation of CBM reservoir properties on curve shape. One set of relative permeability curves that were input into the simulator were obtained from pore-scale modeling. Field cases from two basins are also examined and controls on derived relative permeability curve shape inferred. The results of this work should be useful for future CBM development and greenhouse gas sequestration studies, and it is hoped that it will spark additional research of this critical CBM flow property.     

阿尔泰可可托海3号脉花岗伟晶岩侵位机制、熔-流体演化、稀有金属富集机理及待解之谜

新疆阿尔泰可可托海3号脉以独特的实心礼帽形态、完美的同心环状结构分带和复杂的稀有金属矿化组合闻名于世,是我国最重要的稀有金属矿床之一。可可托海3号脉伟晶岩岩浆具有不均一性和高度演化特征。伟晶岩岩浆沿缓倾斜节理上侵,在周缘断裂的帮助下通过岩浆顶蚀形成实心礼帽形态。岩浆就位后经历了岩浆阶段、岩浆-热液阶段和热液阶段,分别伴随Be-Nb-Ta、Li-Be-Nb-Ta和Ta-Cs-Rb-Hf矿化。结晶分异作用和液相不混溶控制着3号脉的稀有金属富集和沉淀序列,流体交代可影响稀有金属再分配。外部带(Ⅰ～Ⅳ带)的强烈结晶分异过程和发生于Ⅳ带与Ⅴ带间的流体大规模出溶,有利于岩浆达到锂饱和浓度,开始锂的大规模沉淀。指出熔-流体演化过程的精细刻画、稀有金属成矿机理的进一步解析、岩浆成因的深入探讨、挥发分P、F、B、Li和CO₂对稀有金属成矿的影响以及缓倾斜帽沿深部找矿为未来研究方向。