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。     

榴辉岩型金红石矿床成矿的地球化学制约——以中国大陆科学钻探(CCSD)主孔揭示的榴辉岩及其金红石矿化为例

金红石是TiO2的高温高压相变体,在工业上具广泛用途.我国钛资源丰富,储量居世界首位,但其中98.9%是钛铁矿,金红石仅占1%左右(王立平等,2004),因此,金红石资源在我国十分紧缺.上世纪80年代后期以来,在江苏北部新沂-东海一带的榴辉岩中陆续发现了重要的金红石矿床,资源总量达数千万吨(黄建平等,2003),最近实施的中国大陆科学钻探工程(Chinese Continental Scientific Drilling,简写为CCSD)进一步揭示东海地区金红石矿床具有层位多、厚度大、品位高等特点(徐珏等,2004),因此,苏北新沂-东海一带有望成为我国原生金红石矿床的又一重要产地.本文以CCSD主孔0～2000m岩芯中的榴辉岩为对象,通过对榴辉岩中主要造岩矿物(石榴石和绿辉石)、以及榴辉岩全岩化学组成的全面分析,系统对比了高钛(TiO2>2%)与低钛(TiO2<2%)榴辉岩元素组成特征的差异,并据此探讨了该区榴辉岩型金红石矿床成矿的地球化学制约因素.     

纳米级超高压相金红石——大陆深俯冲深度的示踪

大陆深俯冲深度对于了解大陆碰撞造山带中超高压变质岩的折返动力学具有重要意义。文章重点综述了德国含金刚石片麻岩纳米级超高压相 α PbO2 型、斜锆石 (ZrO2 )型结构TiO2 以及金红石其它多形的超显微构造特征、形成的温度压力条件、相变机理以及动力学意义。中国大别—苏鲁超高压变质地区广泛发育金红石副矿物、金红石包裹体或针状金红石出溶体 ,它们为超高压纳米相α PbO2 型和斜锆石型结构TiO2 的存在提供了必要的物质前提。纳米新技术在地球科学中的应用 ,必将给地球科学的发展带来的契机。     

山西代县碾子沟金红石矿床地质特征及经济意义研究

金红石在国民经济中用途广泛,我国每年需要大量进口.山西碾子沟金红石矿床位于五台西段草垛山分岭背斜南翼,金红石矿体赋存于碾子沟上段地层中,矿体产状与地层产状一致,矿体规模、产状和形态严格受岩体控制,矿化是吕梁期热液活动强烈影响的结果,使得金红石叠加富集.矿床含矿岩石主要为阳起透闪岩、绿泥透闪岩等.金红石呈半自形粒状结构,多分布于透闪石矿物之间.采用金红石(TiO2)边界品位1.0%、工业品位1.6%计算,共求得金红石(TiO2)资源/储量163万t,属于大型矿山.     

稀土掺杂TiO_2光电性能的研究进展

<正>TiO2是既具有优良的光电性能,又具有化学稳定性和无毒等特性的n型半导体(Bergamini等,2009)。常温下,TiO2有板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。其中板钛矿不稳定,因此金红石和锐钛矿应用较为广泛。以金红石相TiO2为例,     

苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用:大陆板块汇聚边界的成矿作用

榴辉岩型钛矿床是重要的钛矿床类型之一。苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用以金红石型钛矿床为主,其中金红石以变质矿物中的包裹体、晶间颗粒或脉状形式出现。富钛石榴子石是金红石包裹体出溶的初始矿物。岩石地球化学研究表明,有利于金红石成矿的榴辉岩为高钛榴辉岩,其源岩为富钛基性岩。利用红外显微镜对金红石进行的流体包裹体研究表明,金红石中主要存在三类流体包裹体,即型H2O溶液包裹体、型CO2-H2O包裹体和型CH4包裹体,其中I型原生和假次生流体包裹体和型流体包裹体反映出的压力范围为0.6~1.3GPa,与榴辉岩角闪岩相退变质作用的压力相当,说明与这类金红石形成有关的变质流体源于榴辉岩退变质作用所释放的水。苏鲁地区超高压榴辉岩是华南—华北板块碰撞的结果,巨量陆壳物质俯冲—折返形成了多样式的高压—超高压岩石,与此同时也发生了以金红石为主要矿石矿物的钛成矿作用。综合矿物学、岩石学、地球化学等研究,我们提出大陆板块汇聚边界的钛成矿作用应该经历了原岩的初始富集、陆壳物质俯冲过程中钛的成矿作用、俯冲板块折返过程中钛的成矿作用和流体阶段的金红石成矿作用四个主要成矿阶段。     

中国大陆科学钻探主孔高钛与低钛榴辉岩地球化学特征对比及其对金红石成矿的指示意义

榴辉岩型金红石矿床是我国原生金红石矿床的最重要类型。本文以中国大陆科学钻探主孔0～2000m范围内揭露的榴辉岩为对象，通过对榴辉岩中TiO2与其它元素协变关系的全面分析，同时结合我国原生榴辉岩型金红石矿床TiO2的平均品位，将榴辉岩区分为高钛榴辉岩（TiO2〉2％）和低钛榴辉岩（TiO2〈2％），并据此系统对比了二类榴辉岩地球化学组成的差异。研究结果表明，高钛榴辉岩相对贫硅、贫钾、富铁，Al2O3／TiO2比值和全碱（K2O＋Na2O）含量总体偏低，Cs、Rb、Ba等大离子亲石元素和Zr、Hf等高场强元素不同程度亏损，而放射性元素Th、U则相对富集，并总体具有较低的轻重稀土比值。榴辉岩型金红石矿床的形成主要受原岩因素制约，原岩的源区组成、产出环境、起源深度、部分熔融程度和随后的结晶分异过程对Ti的初始富集均具重要影响，富钛基性原岩是榴辉岩型金红石矿床形成的物质基础，高压区域变质作用是这类矿床形成的必要条件。     

钛矿石物相的快速分析

钛矿石的主要矿物有金红石(TiO2),其次钛铁矿(FeO.TiO2)、榍石(CaO.TiO2.SiO2)和钛磁铁矿(FeTiO3.nFe2O3)。样品经碱熔融,过氧化氢比色测定总钛;利用电感耦合等离子体质谱法测定,氟化氢铵和盐酸溶解钛铁矿、钛磁铁矿、榍石和硅酸盐中的钛;湿法磁选、盐酸溶解钛磁铁矿中的钛;磁选后的残渣经800℃灼烧,氟化氢铵和盐酸溶解榍石和硅酸盐中的钛。方法对12个钛矿石样品进行了4种钛矿物物相分析,结果与实际地质成矿组分符合。     

羌塘地区榴辉岩中矿物出溶体及其成因机制探讨

西藏羌塘地区榴辉岩石榴子石和磷灰石中均发育矿物出溶体,结合电子探针和扫描电镜分析及能谱分析,确定了石榴子石中的出溶体有金红石、石英和角闪石,指示其可能经历了高压/超高压变质作用。本研究在磷灰石中发现了金红石出溶,并认为其可能是在高压/超高压条件下元素相互置换的结果,置换方式为Ti~(4+)(Fe~(2+)、Si~(4+))=2Ca~(2+),这些出溶体的形成为榴辉岩曾经历高压/超高压变质作用提供了矿物学证据。     

α-PbO2型TiO2电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,从第一性原理计算的角度,应用GGA对TiO2的高压相α-PbO2型TiO2的晶格参数和电子结构作了比较系统的计算,得到优化后的晶格参数与实验值十分符合.电子结构计算表明α-PbO2型TiO2属于间接带隙半导体,其禁带宽度为2.47 eV,大于锐钛矿型TiO2计算的带隙值Eg=2.12eV,主要原因在于α-PbO2型TiO2结构具有较低的晶体对称性,并且其Ti-O平均键长更长,Ti与O离子的正负电荷数较少,Ti3d轨道与O2p轨道杂化程度较弱.在理论上确认对称性较低的高压矿物-α-PbO2型TiO2高压相的光催化效果不及常态相锐钛矿型TiO2好.     

中阿尔金南缘志留纪高压泥质片麻岩的发现及其构造地质意义

在中阿尔金南缘西段尤努斯萨依北部原划长城系巴什库尔干岩群中首次发现一套高压泥质片麻岩。根据岩相学观察和矿物化学成分可识别出其四期矿物共生组合:早期为石榴子石+多硅白云母+单斜辉石(?)+斜长石+黑云母+石英+金红石+钛铁矿;第二期为石榴子石+蓝晶石+钾长石+斜长石+黑云母+石英+金红石+钛铁矿;第三期为石榴子石+夕线石+钾长石+斜长石+黑云母+石英+金红石+钛铁矿;晚期为石榴子石+夕线石+斜长石+黑云母+石英+钛铁矿。依据矿物内部一致性热力学数据,基于THERMOCALC 3. 40程序平台,计算出P-T视剖面图,并结合矿物等值线、矿物对温压计等计算,依次确定四期变质温压条件为15. 8～18. 3kbar/646～729℃、10. 30～12. 30kbar/781～821℃、8. 50～9. 60kbar/812～838℃和4. 65～5. 70kbar/698～725℃。上述四期变质阶段共同构成一个早期降压升温后降压降温的顺时针型演化的P-T轨迹,指示出与陆壳俯冲-折返相关的变质地质事件。利用LA-ICP-MS进行的锆石原位微区U-Pb定年和微量元素分析结果表明,该岩石记录了432. 0±2. 7Ma、401. 4±2. 5Ma和381. 1±2. 4Ma三期变质年龄,可能分别代表了该岩石早期高压、中期高压麻粒岩相-麻粒岩相和后期角闪岩相变质阶段的时代。该高压岩石出露于中阿尔金地块西段南缘长城系巴什库尔干岩群之中,与南侧以断裂带分隔的赋存于阿尔金岩群之中的南阿尔金高压-超高压岩石出露的构造位置明显不同,其峰期变质时代(～432Ma)亦明显不同于南阿尔金高压-超高压岩石的峰期变质时代(～500Ma)。因此,该高压岩石与南阿尔金高压-超高压岩石显然不能构成同一条变质岩带。结合区域地质背景和前人关于柴北缘陆壳属性高压-超高压岩石峰期变质时代(～430Ma)的研究成果综合分析,本文初步认为该高压岩石可能是柴北缘高压-超高压变质岩带的西延或是被中新生代以来阿尔金复杂多期次走滑断裂系迁移而就位于中阿尔金南缘的部分柴北缘高压-超高压变质岩片/岩块。     

苏鲁榴辉岩型金红石矿床研究进展

文章对苏鲁榴辉岩型金红石矿床的研究进展进行了简单综述。苏鲁超高压变质带金红石矿床的勘探可追溯到20世纪50年代末，近年来找矿工作取得重要进展，已查明金红石矿床总储量达数千万吨。矿床属典型的榴辉岩型金红石矿床，与超高压变质作用关系密切。金红石在榴辉岩中最主要也最具工业价值的赋存方式是呈粒间颗粒充填于主矿物绿辉石和石榴石之间，金红石中的微量元素与其寄主榴辉岩的类型和产状有明显的相关性，并且可反映其形成温度，因此在苏鲁超高压变质榴辉岩和金红石矿床的研究中具有重要价值。富钛基性原岩是榴辉岩型金红石矿床形成的物质基础，高压区域变质作用是这类矿床形成的必要条件。     

湖北广济金红石矿产出特征及钛的赋存状态

金红石矿赋存于中元古界红安群黄麦岭组下台磷岩段第二亚段。矿体由黄铁矿金红石石英岩、金红石石英片岩等组成。概述了含矿层位和矿石特征，通过研究矿物成分和化学成分，查明钛以金红石和微量钛铁矿、桐石等存在。TiO2含量较高，S、P含量虽较高，但选矿后可达到的工业允许要求。     

热处理天然金红石的微结构研究

利用粉晶X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等分析手段对在氩气气氛中加热、退火的天然金红石样品的微结构进行了研究.研究表明样品在热处理后,晶格发生膨胀,并且在900 ℃和1000 ℃的样品中出现了钛铁矿物相.钛铁矿也是一种天然半导体矿物,沿与金红石(010)面网成大约31°夹角的方向生长,与金红石形成了二元复合半导体.紫外漫反射实验结果表明热处理后,金红石中出现的钛铁矿相有效地促进了光催化效果.     

苏北超高压变质带榴辉岩的对比性研究及成矿作用

苏北超高压变质带是秦岭—大别造山带的东延部分,所产出的榴辉岩有三种类型,分别为产于片麻岩中的G类榴辉岩、产于大理岩中的M类榴辉岩和产于蛇纹岩中P类榴辉岩。地球化学研究表明,三类榴辉岩的原岩复杂多样,源岩为下地壳或上地幔的基性-超基性岩,兼具大陆和大洋玄武岩的特征,富含TiO2等有用组分,是金红石矿床的成矿母岩。金红石矿床的形成是华北、扬子两大板块俯冲碰撞的结果,金红石成矿作用的强弱与岩性、构造、变质变形作用等密切相关。榴辉岩中含有金红石、钛铁矿、磷灰石、石榴子石、绿辉石等多种有用矿物,具有较高的综合利用价值。     

南阿尔金巴什瓦克高压/超高温麻粒岩中金红石Zr温度计及其地质意义

文中对南阿尔金高压-超高压变质带巴什瓦克地区的高压麻粒岩中的金红石进行了电子探针和薄片原位LA ICP MS微量元素分析。数据结果显示,运用电子探针和薄片原位LA ICP MS两种实验方法测得巴什瓦克高压麻粒岩中的金红石Zr含量在误差范围内基本一致。对比研究表明,经过压力校正的Thomkins等(2007)的金红石Zr含量温度计算公式更适合本区高压麻粒岩温度的计算,而采用Zack等(2004)和Watson等(2006)的公式计算的温度分别比前人通过传统温度计获得的温度结果偏高和偏低。按照Thomkins等(2007)的金红石Zr含量温度计算公式,以压力为2 GPa计算获得,巴什瓦克地区新鲜高压麻粒岩样品中金红石Zr含量温度为890~962 ℃,被解释为代表了高压麻粒岩峰期的变质温度;而以压力为1 GPa计算得出,退变高压麻粒岩样品中金红石Zr含量温度为764~822 ℃,代表了晚期中温麻粒岩相退变质阶段的变质温度。以上结果进一步证实南阿尔金高压-超高压变质带巴什瓦克地区的高压麻粒岩经历了峰期超高温/高压麻粒岩相变质作用和晚期中温麻粒岩相退变质作用的叠加。     

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。     

俯冲-碰撞和高压、超高压变质带中的金红石研究进展

金红石是高级变质岩和热液矿床中广为展布的一种矿物。目前,金红石在俯冲—碰撞和高压—超高压变质带中研究包括以下4个方面：①金红石在俯冲—碰撞带中的作用;②金红石同质多象变体;③金红石的U Pb定年;④金红石对源区的示踪。第一方面的研究一直是最近10余年来研究的主题之一,而后3个方面的研究尚处于起步阶段,上述研究对认识俯冲—碰撞过程中埃达克岩的成因和特征,对超高压大陆深俯冲深度及形成岩石温压条件的限定,对重塑超高压或高级变质地体峰期变质事例年龄,对赋存金红石岩石的源区示踪具有重要的意义。     

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。     

锡石的原位高压X射线衍射研究

利用同步辐射能量色散X射线衍射(EDXD)方法和金刚石对顶砧(DAC)高压技术对采于四川平武的锡石进行原位高压(达24.0 GPa)结构研究发现:压力加载过程中,锡石在13.8 GPa时发生了从金红石型结构(P 42/m nm)到C aC l2型结构(P nnm)的位移式相变;在19.9 GPa时又由C aC l2型结构相变为黄铁矿型结构(P a3),此相变为重构式相变。对于第Ⅳ主族元素氧化物(S iO2,G eO2,SnO2和PbO2)及过渡金属氧化物(M nO2和R uO2)的高压行为进行了讨论,它们具有相似的高压相变序列,这些成果对与斯石英同构氧化物的高压行为研究提供了有价值的参考。