矿物学研究从资源属性到环境属性的发展

资源与环境是地球科学的两大主题,在回顾矿物资源属性的基础上,提出了矿物学环境属性的研究。在矿物形成和变化的过程中,不同时间和空间的环境变化都会在矿物中留下烙印,使得矿物成为记录 环境演变信息的载体。利用矿物能被防止分解的一面,采取相应的措施防止矿物的破坏与分解,就有可能减少甚至避免由于矿物的破坏与分解所造成的对人体健康的影响和生态环境的破坏。类似于有机生物处理方法,利用无机矿物处理污染物的方法,体现了天然自净化作用的特色。天然矿物对污染物的净化功能主要体现在环境矿物材料基本性能方面。 矿物与生物的交互作用研究,是无机界与有机界交叉渗透性研究课题。纳米矿物所表现出的超乎寻常的化学性质是其有效参与纳米生物作用的关键。     

矿物环境属性与无机界天然自净化功能

本将矿物学研究从岩石圈拓展到水圈、大气圈、生物圈与土壤圈之间交互作用的矿物环境属性范畴，研究表明，矿物可成为记录环境演变信息的载体；防止矿物的破坏与分解有可能减少甚至避免由此所造成的对人体健康的影响与生态环境的破坏；矿物与生物交互作用的研究与天然矿物治理污染物的是建立在充分利用自然规律的基础之上，体现了天然自净化作用的特色。天然矿物对污染物的净化功能主要体现在环境矿物材料基本性能方面。天然铁的硫化物，铁的氧化物，锰的氧化物、钛的氧化物。蛭石，有机蒙脱石和含高价阳离子蒙脱石，以及黄钾铁矾等均在处理无机与有机污染物方面展现出良好效果，矿物与其环境界面原子尺度相互作用过程研究，矿物内部结构缺陷影响矿物表面活性规律研究，矿物晶体结构中不同维次连通性孔道效应研究,矿物化学活性作发化污染物方法研究，以及矿物晶芽与生物细胞层次上交互作用净化污染物机理研究等，将是近期着力开发无机界矿物天然自净化功能的重点研究内容。     

环境磁学在古气候环境研究中的回顾与展望

基于磁性矿物的性质变化能敏感记录现在和地质历史时期的气候环境变化信息,环境磁学方法能鉴别环境演化过程中磁性物质在大气圈、水圈和岩石圈中运移、沉积和转化的过程,系统介绍了沉积物中磁性矿物的特征和鉴别方法以及主要的环境磁学参数和意义,着重回顾了环境磁学在以黄土、湖泊和海洋沉积物为载体的古气候环境研究中的应用及其取得的重要进展,指出了环境磁学在古气候环境研究过程中要加强多磁学参数综合应用,促进地质记录和磁学指标之间的定量研究,有利于理解不同沉积物的磁性矿物特征和环境变化过程的相关关系。同时强调沉积物还原成岩作用过程的环境磁学研究是目前以至今后发展的一个重要方向。     

地球深部碱性元素地球化学行为:来自陨石高压矿物的证据

近年来在球粒陨石冲击脉体中陆续发现了一些天然高压新矿物和矿物组合，这些发现为地球深部碱性元素的地球化学行为的研究提供了重要依据。在地幔过渡带温度和压力条件下，钠和钙离子优先结合到镁铁－镁铝榴石固溶体和长石高压多形之中，钾离子则选择性地进入到长石高压多形中，副矿物涂氏磷钙石是Na、Ba、Sr和轻稀土等元素的潜在载体相。天然冲击变质球粒陨石为我们提供了探索过渡带和下地幔温度、压力条件下碱性元素载体相特征的重要自然界样品。     

富铯矿物及其在核废物地质处置上的意义

自然界中最常见的铯矿物主要有铯沸石、富铯的云母类矿物和富铯的绿柱石类矿物,它们产于稀有金属花岗岩和LCT(Lithium-Cesium-Tantalum)型稀有金属伟晶岩脉体的中心部位或围岩接触带附近,形成于初始富含铯和挥发组份、处于稳定构造环境且经过高度演化分异的原始花岗质岩浆.由于天然富铯矿物中铯含量一般可达15%,它们的合成相可作为核废料中放射性元素137Cs的前景载体相,而且富铯矿物各自的化学成分和结构等矿物学特征,对137Cs核废物载体相及相应的深埋藏地质环境的选择和载体相在不同地质环境下的行为预测都有较好的指导意义.     

滇中路南石林地区钙华特征与更新世气候变迁

钙华层是岩溶记录中古气候环境及地下水演变信息的载体,在重建古气候环境和恢复古水文地质条件等方面具有重要意义.通过对滇中路南石林地区的钙华沉积层进行大量地质研究,用ESR法测定其生成年代,结合钙华层的主要矿物(方解石)的生长发育特征,获得了该区距今33×104a～4.4×104a的地质活动、古气候环境的变迁信息.其年龄可与全球深海岩芯同位素记录和西南岩溶洞穴石笋所揭示的古气候记录对比,认为自从中更新世以来,路南石林地区经历了6次较大的气候变化,与全球古气候变化波动基本一致.     

红外光谱-显微共焦激光拉曼光谱研究天然红宝石和蓝宝石中含水矿物包裹体特征

天然红宝石和蓝宝石的包裹体中常见典型的含水矿物包裹体,这些含水矿物包裹体容易受外界环境升温而发生改变。微量含水矿物包裹体变化会对红宝石和蓝宝石的物理和化学性质产生明显影响,该性质为宝石热处理的鉴定提供了检测思路。本文采集了天然红宝石和蓝宝石样品,用显微镜放大观察包裹体特征,结合红外光谱与显微共焦激光拉曼光谱测试研究了含水矿物包裹体的特征。结果表明:天然红宝石和蓝宝石样品中含水矿物包裹体的外观轮廓清晰,晶形完整;红外光谱在2000～3700cm~(-1)附近显示出2105～2110cm~(-1)和1977～1985cm~(-1)硬水铝石和3619cm~(-1)和3696cm~(-1)高岭石等水(H_2O或—OH等)的特征吸收峰;拉曼光谱中可见角闪石、云母、磷灰石和长石等结晶度较好的典型含水矿物包裹体的特征拉曼位移。该系列特征揭示了红宝石和蓝宝石样品中含有水的特征,可作为红宝石和蓝宝石天然成因且未经过热处理的鉴定依据。     

脉石矿物天然热发光在金矿靶区定量预测中的应用：以金厂沟梁金矿为例

根据１５０件工业矿脉和待评价石英脉中石英矿物天然热发光测试结果，查明了金厂沟梁金矿床典型工业矿脉脉石矿物石英天然热发光特征怀石英脉含金性之间的关系。以此为依据，建立了矿田石英矿物天然热发光成矿信息模型及石英脉含金量的定量预测模型，与其它方法相配合，取得了良好的找矿效果。     

环境矿物材料基本性能：无机界矿物天然自净化功能

重点阐述环境矿物材料基本性能，包括矿物表面吸附、孔道过滤、结构调整、离子交换、化学活性、物理效应、纳米效应及与生物交互作用等，旨在发掘、凝炼并新提出物理方法和化学方法之后与有机界生物同效的无机界矿物天然自净化功能的基础理论与应用方法，以发展和完善无机矿物与有机生物所共同构筑的自然界中存在的天然自净化系统，并就目前笔者在黄铁矿、锰钾矿、金红石、蛭石、蒙脱石、苋铁铁钒等天然矿物方面已经完成和正在开展的一系列环境矿物材料研究工作进行了举例说明。     

湖泊沉积物的矿物组成、成因、环境指示及研究进展

湖泊沉积物是不同地质、气候、水文条件下各类碎屑、黏土、自生/生物成因矿物以及有机物质等的综合体。沉积矿物蕴含着丰富区域和全球环境演变信息,如湖水的化学组成、流域构造、气候、水文以及人类活动的相互作用等。相关信息可以赋存在矿物外部微形貌、内部微结构、化学组成、物理和化学性质、同位素组成、谱学特征、成因以及共生组合等方面。因此,湖泊科学的许多关键课题都离不开矿物学,特别是在利用湖泊沉积物进行区域及过去全球变化研究中,深入的机理研究归根到底都要涉及矿物学,如流域化学风化作用、粒度组成、生物壳体化学组成、测年材料的选择等。然而,由于湖泊沉积物中矿物的多源性、复杂性,如何有效提取和解译其中的环境信息,是一项长期困扰研究者的课题,湖泊沉积矿物学的研究往往被许多研究者所忽视,中国的相关研究也较为薄弱。笔者综述了湖泊沉积物中碎屑、黏土、自生/生物矿物的矿物组合、特征、成因在（古）环境反演中的作用及最新研究进展,提出除了继续加强对湖泊沉积物中矿物来源、成因和古环境示踪的深入研究以外,矿物相间的转变及其对湖水和孔隙水组成的响应、一些非晶质或隐晶质及低丰度矿物相在湖泊化学和动力学中的作用也是很有潜力的研究领域,最后提出了研究中存在的一些问题、面对的挑战以及对研究前景的展望。     

粘土矿物的环境意义

粘土矿物在沉积和埋藏作用过程中可发生转变。它的形成和转化与其所处的环境有密切关系 ,因此深入研究粘土矿物的组合与含量的变化、结构特点与转化规律以及粒度分布等特征 ,可以推测其形成区和来源区的风化作用类型和气候演变规律 ,有助于揭示全球性的环境演变规律。对粘土矿物的大量研究所揭示的古气候环境演变的信息 ,已被用于重建古气候和恢复大陆古环境。此外 ,由于粘土矿物具有较强的吸附性、离子交换性和膨胀性 ,对水体中各种类型的污染物有良好的吸附性能 ,并使土壤有一定的自净作用 ,所以在环境污染的防治中有广阔的应用前景。     

华南中-晚二叠世之交碳酸盐岩磁学特征及环境意义

磁学参数作为可靠的古气候和古环境指标, 能为全球环境变化、气候过程研究提供有价值的资料.对广西来宾铁桥剖面瓜德鲁普-乐平统界线地层进行详细岩石磁学研究, 结果表明, 铁桥剖面样品中主要磁性矿物是顺磁性矿物以及少量磁铁矿、赤铁矿.在瓜德鲁普-乐平统界线附近, 岩石磁学特征发生显著变化, 磁化率先增大再减小, 携磁矿物成分呈硬磁性矿物(赤铁矿)→软磁性矿物(磁铁矿)→硬磁性矿物(赤铁矿)的变化趋势, 这些转变仅在界线上下大约4m的岩层内完成, 与中二叠世晚期的海平面变化、古海水温度变化同步.中-晚二叠世之交碳酸盐岩磁学参数的变化显著, 反映磁性矿物在各圈层之间的运移和转换发生了转变, 这一转变起因于当时的气候环境变化.瓜德鲁普世晚期和乐平世早期, 海平面较高, 来宾地区物源少, 铁桥剖面的携磁矿物主要来自粉尘赤铁矿; 中-晚二叠世之交短暂的大规模海退作用使华南古陆面积大幅度增加, 同时陆生植物大规模灭绝, 地表侵蚀加剧, 来宾地区物源增多, 此时, 铁桥剖面的携磁矿物主要来源于河流输入的磁铁矿.      

陆相高分辨率层序界面识别的地球化学方法

粘土矿物、微量元素普遍存在于各种类型的沉积物和沉积岩中,它们对环境的变化敏感,同时它们的沉积分异、组合特征、矿物成分及其含量都从不同的角度记录了形成过程中各种环境因素的变化。这些对恢复古环境,研究陆相湖盆水深变化具有重要的指示意义。通过对东营凹陷胜北断层下降盘沙三段 -沙四上段各层序内部高分辨率层序地层单元中岩石地球化学标型参数的研究发现,在一个高分辨率层序地层单元形成过程中,在古气候驱动下的湖平面变化旋回中,沉积岩中的矿物成分 (主要指粘土矿物和胶结物 )、化学成分 (微量元素 )等皆发生周期性变化。     

Magnetic measurements and pollutants of sediments from Cauvery and Palaru River,India

Rock-magnetic techniques have become a useful tool in environmental issues; in particular, magnetic studies constitute an alternative way to study pollution in different media. The present contribution focuses on magnetic parameters as pollution indicators, especially from their relationship with contents of heavy metals. The work was carried out in two Indian rivers located in Tamil Nadu, southern India. Several sediment samples were collected and studied in the laboratory using magnetic techniques, magnetic susceptibility, anhysteric remanent magnetization, isothermal remanent magnetization, and chemical techniques to determine contents of heavy metals. Magnetic mineralogy indicates the predominance of ferrimagnetic minerals; although magnetite-like minerals are the main magnetic carriers, antiferromagnetic minerals can be present as subordinate carriers. Concentration-dependent magnetic parameters revealed noticeable differences between both rivers, e.g. magnetic susceptibility is four times higher in Cauvery than in Palaru River. Moreover, such increase can be interpreted as “magnetic enhancement” and therefore related to the pollution status. This magnetic enhancement indicated a different pollutant contribution in both rivers, and also, a different spatial distribution along these rivers, where critical (or more polluted) sites were identified. On the other hand, univariate and multivariate statistical analyses—e.g. PCoordA, Multifactorial Analysis of distance, PCA and RDA—were examined, revealing a link between magnetic and chemical variables. Among magnetic parameters, the concentration-dependent magnetic parameters (e.g. magnetic susceptibility) seem to be the most relevant for this study.     

从SX97孔矿物特征看气候环境变化的河流响应

以往对气候环境变化河流响应体系多从河流地貌和河流沉积过程（如侵蚀、加只和稳定）的角度进行研究。笔者通过对朱江口东北岩ＳＸ９７孔的粘土矿物和石英的分析,发现它们的变化与该地区气候环境的演化能很好地对应。这些矿物绝大部分来自于汇流区域东江流域。这表明河口地区沉积物中的某些矿物有时也是气候环境变化河流呼应体系的标志。     

磁化率各向异性与剪切带

岩石组构记录了地壳形成与演化的关键信息,提取这些信息对分析和恢复地球动力学过程具有重要意义.磁化率各向异性(AMS)是一种重要的岩石组构方法,可以有效地揭示岩石的应变特征,分析其地球动力学过程,是研究构造变形性质以及应力作用方式的有效手段.本文在梳理AMS的研究历史、主要成果和最新进展的基础上,系统阐述了AMS的基本原...     

基于近红外光谱技术的烃类与粘土矿物识别及其地质意义

沉积岩中自生粘土矿物受成岩过程中物化条件控制,是成岩系统物化条件的指示。近红外反射光谱技术对粘土矿物反应灵敏,在金属矿产勘探中已经得到了日益广泛的应用。首次对油气勘探地质井的试验工作,验证了近红外光谱数据不仅可以第一时间从岩石样品中直接提取微量烃信息,还能解译详细的粘土矿物组合及其变化,从而获取对油气勘探有价值的成岩温度和热成熟度信息。对鄂尔多斯富县地区试验样品的数据分析表明,生油和储油层中的粘土矿物组合(包括铵伊利石、绿泥石、高岭石)变化直接反映了成岩和构造演化物化条件的变化,对于全面理解盆地的环境条件并且判断油气生成的有利区位具有实际应用意义。