铁杂质对金红石晶胞参数的影响

对采自我国不同成因类型矿床及人工合成的金红石用X射线衍射法,在室温下进行了系统的晶胞参数测定。将其与化学分析及探针分析结果相对照,说明随着金红石中以类质同象置换形式存在的Fe~(3+)离子增加,晶胞参数也相应逐渐增大。 本工作对1号样品还进行了高温衍射测量,计算出金红石在不同温度下的晶胞参数及金红石晶胞参数随温度变化的线性方程。此外,还用激光热膨胀法测定了金红石的热膨胀系数,以资对照。     

不同产状和成因类型的金红石矿物学特征及其研究意义

文章通过综述中国金红石矿物学研究的成就,系统论述了不同产状和成因类型的金红石的矿物学特征及其研究意义,为进一步深化金红石矿物学研究、加强金红石资源的找矿和评价工作、广泛开展与金红石有关的地质问题的探讨提供了较为全面的基础性认识。     

金红石高-超高压变质成矿作用的几个问题

通过岩石及矿物晶体化学特征的计算,试图解决“为什么高-超高压变质作用利于金红石形成”的三方面内容:在高-超高压变质基性岩中,金红石普遍出现(即使在岩石全钛含量很低情况下)、基本不出现(或很少出现)钛铁矿、榍石、磁铁矿及赤铁矿等非金红石钛矿物及铁质矿物;石榴石和绿辉石“分流”的钛是极其有限的;以及从低压到高压,形成金红石粒度有逐渐变粗的趋势等问题。     

金红石中铁的存在形式的研究

本文对我国不同地区和不同成因类型矿床及人工合成的金红石的20个样品进行了矿物学研究。结果表明,大多数金红石样品中都含有钛铁矿的嵌晶,金红石和嵌晶钛铁矿晶粒中多含有含钛赤铁矿(Titano-hematite)的出溶相。金红石晶粒中的含钛赤铁矿于600℃消失;而钛铁矿中的含钛赤铁矿于800℃消失,且整个晶粉转变成亚铁假板钛矿(Ferro-pseudobrookite)。总结出金红石中铁的三种存在形式:类质同象置换钛的Fe~(3+)、固溶体出溶相含钛赤钛铁矿中的Fe~(3+)及钛铁矿中所含的Fe~(2+)。     

金红石磁化率的研究

本文讨论了不同类型金红石样品磁化率的测定结果。金红石的磁化率与其铁的含量明显相关。其磁性来源主要有三:类质同象形式的铁离子的顺磁性(这是主要的)、出港相含钛赤铁矿的反铁磁性和出溶相钛铁矿的顺磁性。     

榴辉岩中金红石的矿物地球化学研究及其意义

金红石的微量元素分析在俯冲带地质作用示踪、榴辉岩原岩判别以及形成温度估算等的研究中具有重要指示作用,其U-Pb同位素和Hf同位素分析则对于确定高级变质岩的冷却时代以及探讨物质来源和壳幔作用过程具有重要意义.初步研究显示,苏鲁超高压变质地体及大陆科学钻探岩心中不同产状、不同类型的榴辉岩中的金红石具有不同的微量元素特征,对榴辉岩原岩及金红石形成温度具有很好的指示作用;3个金红石样品的Pb同位素组成在逐步淋溶分析的某个中间阶段和最后阶段均出现有相似规律的2次突变,其余阶段则相对平稳,有可能反映了金红石在其生长过程中构造环境背景的变化.进一步对金红石进行详细系统的矿物地球化学分析,有望在苏鲁地体大陆深俯冲-折返过程的地球动力学及榴辉岩型金红石矿床的研究中获得一些新的认识.     

碎屑金红石:沉积物源的一种指针

近年来,碎屑金红石的研究已成为沉积物源区分析的一个新前沿。金红石的地球化学组成,尤其是Cr,Nb,Zr等微量元素的含量,对其母岩的形成条件和所经历的地质过程都具有重要的指示意义,同时,碎屑金红石在沉积、成岩过程中表现出极高的稳定性,因而是物源分析的理想指针矿物。首先介绍金红石的矿物学和地球化学基本性质,分析不同来源的金红石典型特征,重点阐述碎屑金红石在物源分析中运用的5个方面:①金红石重矿物比值;②金红石矿物化学成分Cr-Nb判别图解;③金红石Zr含量温度计;④金红石的U-Pb和(U-Th)/He定年;⑤金红石Lu-Hf同位素。综合上述5个方面的物源分析研究,可以获取金红石的母岩类型、形成温度及后期所经历的热演化史等信息。碎屑金红石的物源研究处于起步和探索阶段,仍存在一些亟需解决的问题。     

苏北榴辉岩的岩石性质及其金红石的嵌布特征

苏北榴辉岩主要产于由角闪岩相变质的长英质片麻岩，根据其赋存部位划分为3类：Ⅰ类榴辉岩，通常形成独立块体，有时夹薄层片麻岩、片岩，岩石呈块状、条带状、斑杂状、条纹状和片麻状等；Ⅱ类榴辉岩，与超基性岩相伴，矿石主要呈块状和斑杂状；Ⅲ类榴辉岩，与大理岩整合接触，岩石呈块状、片麻状。3类榴辉岩在变晶矿物组合中具有一定的差异。面积测量法统计结果表明：Ⅰ类榴辉岩的晶间金红石占12．49%，间粒金红石占85．69％，包体金红石占1．81％；Ⅱ类榴辉岩的晶间金红石占36．40％，间粒金红石占44．17%，包体金红石占19．43％．Ⅲ类榴辉岩的晶间余红石占27．49％．间粒会红石占53．43%，包体金红石占19．09％。     

变质玄武岩体系相平衡及矿物 熔体微量元素分配：限定TTG/埃达克岩形成条件和大陆壳生长模型

埃达克质岩石是高Na、Al和Sr、低Y和HREE以及Nb、Ta亏损的钠质花岗质岩石,奥长花岗岩-英云闪长岩-花岗闪长岩(TTG)是早期(太古宙)大陆壳主要组分,成分与埃达克质岩石相似,这些成分独特的岩石总体上认为是俯冲洋壳、下地壳和拆沉的下地壳中变质玄武岩部分熔融的产物。文中综述我们近年来在变质玄武岩体系相平衡和矿物-熔体微量元素分配实验研究成果:相平衡实验和熔体微量元素特征研究表明,变质玄武岩部分熔融过程中金红石是导致TTG/埃达克岩浆Nb、Ta亏损的必要残留矿物,从而否定了前人“TTG由无金红石的角闪岩熔融产生”的观点;证实金红石仅仅在压力1.5GPa以上才能稳定存在,从而限定TTG/埃达克岩熔体必定产生在大约50km以上,表明TTG/埃达克岩是在相对较深的含金红石榴辉岩相条件下熔融产生的。矿物(石榴子石、角闪石,单斜辉石和金红石)-熔体微量元素分配系数测定和部分熔融模拟结果进一步限定俯冲洋壳和下地壳起源的TTG/埃达克岩浆由含金红石角闪榴辉岩熔融产生,而拆沉下地壳起源的埃达克岩浆的产生要求软流圈地幔高温,由无水或含有少量含水矿物的榴辉岩熔融产生。     

掺Fe和V的金红石电子结构的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对掺杂Fe和(或)V的金红石型TiO2的电子结构进行了计算。理论模拟的结果表明,纯金红石的禁带宽度为1.98 eV;Fe掺杂金红石型TiO2的禁带宽度为2.18 eV,由Fe3d和O2p轨道杂化在禁带中间形成了两条杂质能级;V掺杂金红石型TiO2的禁带宽度减小为1.80 eV,由V3d和O2p轨道杂化形成的杂质能级位于金红石的导带底,引入了一个浅施主能级;Fe和V共掺杂的金红石禁带中存在一个较宽的杂质能带,禁带宽度减小为1.73 eV。杂质能级的出现以及禁带宽度的减小使得Fe和V掺杂的金红石具有更好的可见光响应能力。同时,Fe和V的类质同像替代使得金红石中MO6八面体具有较大的畸变程度,有助于表面缺陷的增加,从而为光催化反应提供天然活性位。为进一步深入揭示含铁、钒等杂质的天然金红石的可见光催化机制提供了理论支持。     

大别山超高压榴辉岩中金红石的微量结构水

对6个大别山超高压榴辉岩中的粒间金红石进行了显微傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR)观察和电子探针(EMP)分析。结果显示所有金红石颗粒都在3280cm-1和3295cm-1出现强的吸收峰,少数颗粒在约3360cm-1出现较弱且宽的峰,这3组峰都是由金红石中的结构OH引起的。与高温高压合成实验结果比较发现,3280cm-1峰主要是由Ti3 H Ti4 取代引起的,3295cm-1峰可能是由Fe3 H Ti4 造成的,而约3360cm-1的峰与Mg2 取代Ti4 的电荷补偿有关。由目前认为较可靠的两个金红石红外吸收系数获得结构水的含量(质量分数)分别为:161×10-6~854×10-6和202×10-6~1075×10-6,不同的IR吸收系数导致计算的水含量相差4~5倍,因此,前人所得到的金红石高水含量可能需要重新评估。与共存的石榴石和绿辉石相似,不同样品间的金红石水含量也表现出不均一分布,指示着超高压过程中有限的流体活动和快速的板块俯冲-折返过程。     

大别—苏鲁超高压榴辉岩中富Si金红石的地球化学意义

本文对大别—苏鲁造山带的超高压榴辉岩中的富Si金红石进行了地球化学研究。通过对双河、东海等地区的金红石进行详细的岩相学以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)微量元素分析,结果显示不同地区、不同赋存状态(粒间颗粒和包裹体)的金红石均含有高达400×10~(-6)以上的Si。金红石中富含Si的现象普遍存在于大别—苏鲁不同地区的超高压变质岩中。纳米离子探针(NanoSIMS)面扫描分析显示,金红石中的Si均匀分布于金红石颗粒内部而非包裹体。这与前人报道的金红石中富含Si可能是硅酸盐包裹体所致这一结论不一致。据此,推测金红石中一定量的Si可能是以6次配位的形式存在,替代Ti的位置。这种类质同象置换通常在地壳范围的温、压条件下是不可能完成的,而陆壳物质深俯冲产生的高温、高压环境是Si进于金红石晶格的有利条件。因此,富Si金红石可能发展成为一种新的示踪超高压变质作用矿物学标准。同时,这一研究对揭示地球深部Si的赋存形态和指示陆壳物质俯冲深度具有重要的意义。     

皖东蚌埠—五河地区重晶石石英脉中金红石特征与成因

皖东蚌埠—五河地区位于华北克拉通东南缘,区内主要出露古老结晶基底五河杂岩。小红山重晶石石英脉呈近顺层状产出于五河杂岩地层内,脉中组成矿物以石英和重晶石为主,另有厘米级长柱状金红石以及少量的金属硫化物和黑云母,重晶石石英脉的上下围岩均发生不同程度的热液蚀变。显微镜下,金红石内部发育环带结构和核边结构,是脉体中早期晶出的矿物,可分为2种类型：黑色金红石和褐色金红石,其中前者为早阶段形成。金红石进行的EMPA和LA-ICP-MS分析测试结果显示,金红石W含量较低,且具有显著高的Nb/Ta、Zr/Hf比值,指示其变质流体成因。其高Nb低Cr、低Mg、Al、Si的特点,表现出壳源长英质(泥质)金红石的特点。金红石Zr温度t=(504.18±79.60)℃,位于角闪岩相变质区间,黑色金红石的形成温度较红褐色金红石更高。(Fe+Cr+V)含量与(Nb+Ta+W)含量的关系说明金红石中的V为V⁴⁺,元素置换方式在黑色金红石中为Fe²⁺+2R⁵⁺→3Ti⁴⁺,而在红褐色金红石中为Fe³⁺+R     

胶东上庄与夏甸金矿床金红石化学成分标型特征研究

对上庄与夏甸金矿的含矿花岗岩、绢英岩以及黄铁绢英岩中的金红石化学成分标型特征进行了详细的研究,探讨了其中Fe、Si、Ti、W元素含量变化的规律。研究表明,上庄金矿与夏甸金矿中的金红石为变质成因,主要通过黑云母蚀变释放Ti而形成金红石,此类金红石主要赋存在黑云母的边缘、解理及裂隙之间。金红石中Ti含量存在由绢英岩向黄铁绢英岩的下降趋势。矿体周围能够形成Ti晕,可作为强烈矿化的标志。另外,金红石中W的含量从花岗岩到绢英岩再到黄铁绢英岩呈现不断富集的趋势,表明金红石中W的含量变化可指示金矿化的强弱,高W金红石的出现指示金矿的形成,这为胶东金矿的找矿研究提供了新的思路。     

钛矿资源及其开发利用

钛金属因其特殊性能和广泛用途被称为“第三金属”，９０％以上的钛矿物被用于ＴｉＯ２颜料的生产，其次为宇航工业等。金红石和钛铁矿是提炼金属钛的主要原料。我国钛铁矿储量居世界之首，其精矿可满足国内钛工业需要，金红石资源较贫乏，原料供不应求。目前世界钛工业总形势是供大于求     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩中金红石微量元素地球化学特征

本文利用电子探针分析了中国大陆科学钻探工程主孔各种类型榴辉岩中金红石的Nb、Cr和Zr含量。Zack等(2002)的金红石Nb-Cr图解表明榴辉岩的原岩均为镁铁质岩,但不同类型榴辉岩具有不同的地球化学特征,即:1金红石榴辉岩、石英榴辉岩、角闪岩和钛铁矿榴辉岩中金红石的Nb和Cr含量大致相同,主孔中上述榴辉岩中金红石的Nb、Cr含量与区域上小焦金红石矿区金红石榴辉岩中金红石的Nb、Cr含量基本相同。总体来讲,区域和主孔榴辉岩中金红石以低Nb为特征,反映它们的原岩为镁铁质岩石。2蓝晶石多硅白云母榴辉岩中金红石具最高的Nb和Cr含量,其Nb和Cr均值分别为720×10-6和712×10-6,多硅白云母榴辉岩中金红石比金红石榴辉岩、石英榴辉岩、角闪岩和钛铁矿榴辉岩中金红石富集Cr。利用Zack等(2004)提出的金红石地质温度计,计算得出金红石榴辉岩的金红石形成温度介于608~746℃,石英榴辉岩的金红石温度介于629~680℃,钛铁矿榴辉岩金红石的形成温度介于629~704℃,蓝晶石多硅白云母榴辉岩的金红石形成温度为600℃,角闪岩的金红石形成温度为629℃。一种可能的解释是,榴辉岩在折返过程中退变质作用明显,流体活动强烈,导致金红石中Zr扩散丢失,金红石中Zr含量不同程度地受到角闪岩相退变质过程中再平衡作用的影响,致使计算的温度偏低。     

氢气还原处理对天然金红石可见光吸收的影响机制

天然半导体矿物金红石因结构中含有类质同象替代杂质元素V和Fe,具有一定的可见光吸收和光催化活性。为改善金红石的日光光催化性能,在H2还原气氛下,对天然金红石粉末进行500～900℃不同温度的热处理改性研究。紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-Vis diffuse reflectance absorption spectra）表明H2还原处理显著改善了金红石在可见光区460～750 nm波段的光吸收,其中900℃处理样品的光吸收提升最为明显。电子顺磁共振（EPR）和X射线光电子能谱（XPS）测试表明,随着还原温度升高,杂质元素V和Fe从高价态（V5＋,Fe3＋）向较低的价态（V4＋,V3＋,Fe2＋）转化,同时金红石表面的化学吸附水含量也有所增加。本文认为H2还原热处理引起的过渡金属元素价态的改变,尤其是较低氧化态V离子（V4＋和V3＋）的形成,可能是导致金红石样品可见光吸收显著增加的主要原因。     

碎屑金红石地球化学特征对库车坳陷中生代沉积物源的启示

本文主要对库车坳陷的库车河流域和巴音布鲁克盆地中生代砂岩样品进行了碎屑金红石微量元素电子探针分析。结果显示,巴音布鲁克地区侏罗纪砂岩中的碎屑金红石来自变质泥质岩和来自基性变质岩的比例大致相当,而库车坳陷中生代砂岩中碎屑金红石则主要来自变质泥质岩。两地金红石的变质级别以角闪岩相/榴辉岩相为主,并有一定比例麻粒岩相变质的金红石。库车坳陷中生代砂岩中麻粒岩相金红石的含量,从三叠纪至白垩纪呈现出低-高-低的特点,说明侏罗纪时期物源方向有所变化,可能有东南部物源的参与。白垩纪时期,库车河地区砂岩中麻粒岩相变质金红石含量减少,可能与南天山再度抬升隆起成为优势物源区有关。     

东海地区片麻岩高压—超高压变质作用证据及其退变结构特征——以钻孔ZK2304片麻岩为例

在东海地区浅钻ZK2304的片麻岩中,保存了高压—超高压变质矿物组合和一系列复杂的退变结构及相应的变质反应。除石榴石、硬玉质辉石和金红石外,其它峰期高压—超高压阶段(M_2)变质矿物包括多硅白云母、文石和柯石英(假像),典型的峰期矿物组合为:石榴石(Gt)硬玉质辉石(Jd-Cpx)+金红石(Rt)+柯石英(Coe);石榴石(Gr)+硬玉质辉石(Jd-Cpx)+多硅白云母(Phe)+金红石((Rt)(柯石英(Coe);石榴石(Gt)+硬玉质辉石(Jd-Cpx)+文石(Arg)+金红石(Rt)(柯石英(Coe)。石榴石中的钙铝榴石(Gro)分子含量偏高,最高可达50.1 mol％,多硅白云母SiO_2含量明显偏高,为54.37％～54.84％之间,相应的化学单位(Pfu)硅原子数Si=3.54～3.57之间,柯石英假像主要以包体形式存在于石榴石晶体中。     

重要的地球化学"信息库"

金红石是各种岩石特别是地壳组成岩石中重要的副矿物,它在成岩、风化和各种不同程度的变质过程中均能保持极大的稳定性。同时,除主要成分TiO₂外,金红石还含有为数众多的其它微量元素(例如: Nb, Ta, Zr, Hf, Sn, Mo, Sb, Cr, V, W, U和Pb等),这些微量元素的变化特征,对于包含金红石的主体岩石所经历的地质过程具有非常重要的指示意义。近二十年特别是近十年来,金红石已成为地球化学研究领域的一个热点。对各种元素和同位素在金红石中变化特征的调查,被广泛地应用于对各种地质过程的了解,其研究应用的范围涉及到了整体地球的元素平衡、大陆地壳的形成机制、含金红石岩石的形成源区、变质岩石的温压条件和形成时代的研究等多个方面,同时其所包含的各种同位素体系也被广泛用于各种地质过程的示踪。本文综合近年来金红石研究的最新进展,系统表述了金红石作为一个近年来发展起来的重要地质信息储库,在地球化学研究中各个方面的应用。