●●以下文章网络预出版（在线出版）于2022年12月20日，预计刊于《地质论评》2023年第69卷第1期(2023年1月15日发行纸质版）或2023年第69卷第2期（2023年3月15日发行纸质版）

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：① 高压釜实验;② 热液金刚石压腔—激光拉曼实验;③ 熔融毛细硅管—激光拉曼实验;④ 计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到（半）开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

碳酸盐岩型铅锌矿床成矿流体中铅锌元素运移与沉淀机制研究综述

成矿流体中金属元素的运移、沉淀机制历来是矿床学研究的重要问题之一。本文总结了近半个世纪以来碳酸盐岩型铅锌矿床成矿流体中铅锌运移与沉淀机制的研究成果。概括来说,针对MVT型铅锌矿床前人提出了3种运移沉淀模式和4种流体运移驱动模式,这些模式各有特色,适用于不同的矿床;铅锌溶解度的实验研究为运移沉淀机制研究提供了大量的基础数据,热力学相图和计算机模拟为铅锌迁移、沉淀的物理化学条件提供了半定量数据。对于元素迁移形式,在大型—超大型的碳酸盐岩容矿的铅锌矿床中,铅锌于酸性流体中主要以能携带大量金属的氯络合物形式运移,而其沉淀机制研究,除冷却与温度有关外,稀释、沸腾、水岩反应、氧化还原作用均可产生沉淀,均是因为这些作用能使流体的pH升高,上述机制综合作用的混合是大型—超大型碳酸盐岩容矿的铅锌矿床形成的最有可能机制,其本质是pH升高使H_2S分子更易离解成HS~-使沉淀反应得以进行。     

广东凡口铅锌矿床成矿构造动力研究

凡口铅锌矿床位于粤北曲仁构造盆地的北部活动边缘,区域的旋涡构造与矿区弧形构造为对应的重要成矿构造。矿区辉绿岩属成矿前海西期基性岩墙,是大规模构造岩浆活动和成岩成矿作用的前峰。成矿作用主要发生在印支—燕山期(192—85Ma)。通过构造变形史与成矿期对比分析、构造热变质与退火作用、固态位移及铅锌在构造带中富集规律的研究表明:构造运动是成矿作用的主要动力。作者通过干体系高温高压成矿模拟实验,成功地获得人工糜棱岩和微粒方铅矿,而且铅锌在流变过程中趋于在糜棱岩带中富集,证实构造应力能够驱动成矿元素迁移富集,这对于成矿构造和矿床成因理论研究无疑具有很重要的贡献。     

构造动力成岩成矿模拟实验成果分析及其地质意义

在应力作用下,成矿流体能够携带成矿物质从高应力区向低应力区迁移,已是地质学界所普遍承认的公理。然而,固相岩石在应力作用下其中的物质成分是否能够迁移,这是国内外许多地质学家极为关注的问题。作者采用三轴压力机高温高压实验系统对干体系内无矿化岩石样品进行模拟实验,结果白云岩样品产生剪切流变糜棱岩。探针分析其残斑和流变基质中的元素含量,发现铅锌元素在剪切流变带内明显富集,铅相对集中在中央,锌富集在其边缘,局部还测出新生成的方铅矿微粒。     

构造-流体-成矿耦合机制——以会泽超大型富锗铅锌矿床为例

以会泽超大型富锗铅锌矿床为例,在研究该矿床“三位一体”成矿规律的基础上,从不同尺度精细刻画了会泽铅锌矿床构造-流体-成矿耦合过程,完善了铅锌超常富集机制:(1)酸性成矿流体(pH<3.6)被陆内构造作用圈闭于川滇黔“三角区”内,并大量汇聚,强劲的构造动力驱使其远距离迁移并不断从途经地层中萃取成矿物质;(2)深部成矿流体沿断褶构造带“贯入”,经减压沸腾作用、气-液分离作用,进一步浓缩富集,水-岩相互作用下的铅锌水解和白云石化作用使成矿物质再次富集;(3)当盆地中循环的还原性流体进入容矿断裂时,氧化性成矿流体和还原性流体混合发生矿质沉淀,形成富锗铅锌矿床。从宏观和中观上看,会泽铅锌矿床形成于构造体制转换背景下,并由于构造空间类型、力学性质转变和构造活动的脉动性使成矿过程具有多阶段性;而且流体反过来影响和改变构造。缓冲溶液作用与络合物形成、减压沸腾及重晶石脉形成、多阶段主要成矿作用过程,都是微观层次上流体-岩石化学反应及成矿元素的输运-沉淀-富集等作用的具体表现,均为构造-流体耦合作用的产物。     

黔东南锦屏-天柱地区构造控岩控金特征模拟实验及其力学分析

在前人工作基础上,侧重研究石英脉型金矿床成矿的地质背景,建立了该类型金矿的成矿模式。进而开展三轴温压条件下的成岩成矿实验,构造形变特征及其与成矿物质活化、迁移、富集之间的相互关系的模拟实验。实验结果表明:(1)该区岩石、矿石在高温高压条件下,产生塑性变形(褶皱)和脆性变形(破裂);(2)在变形过程中使成矿物质活化、迁移和富集,形成顺层及穿层的含金石英脉,并在多期多次变形过程中使成矿物质叠加富集;(3)在褶皱(背斜)轴部形成富矿体。模拟实验结果与所建立的该类型金矿构造控矿和成矿模式非常相似。实验资料的力学分析表明,由轴压所产生的构造附加压力大大地提高了实际围压,从而促进了岩石流变、变形和物质的迁移,由此促进含矿流体向构造附加压力小的部位定向迁移、充填和成矿。构造附加压力是促进该区金成矿的重要动力条件。     

元素共生分异机制的研究现状和趋势——以黔西南微细浸染型金矿区为例

元素共生分异现象在矿床中是普遍存在的。认识和查明元素的共生分异特征和形成机制 ,对丰富成矿理论和指导找矿勘探均具有重要意义。以黔西南微细浸染型金矿区为例 ,对元素共生分异机制的研究现状和存在问题进行了评述。在此基础上 ,肯定了成矿流体地球化学在元素共生分异机制研究中的地位和作用。从成矿流体地球化学研究入手 ,在查明成矿流体来源及时空演化规律的基础上 ,结合矿床地球化学、成矿实验及成矿过程的计算机模拟研究 ,深入研究成矿流体中成矿元素的来源、活化迁移条件及沉淀富集过程的共性及差异 ,是揭示元素共生分异机制的关键所在     

元素共生分异机制的研究现状和趋势

元素共生分异现象在矿床中是普遍存在的。认识和查明元素的共生分异特征和形成机制，对丰富成矿理论和指导找矿勘探均具有重要意义。以黔西南微细浸染型金矿区为例，对元素共生分异机制的研究现状和存在问题进行了评述。在此基础上，肯定了成矿流体地球化学在元素共生分异机制研究中的地位和作用。从成矿流体地球化学研究入手，在查明成矿流体来源及时空演化规律的基础上，结合矿床地球化学、成矿实验及成矿过程的计算机模拟研究，深入研究成矿流体中成矿元素的来源、活化迁移条件及沉淀富集过程的共性及差异，是揭示元素共生分异机制的关键所在。     

高温高压下成矿元素运移聚集模拟实验

通过不同温度和压力下岩块受力变形的模拟实验,证实了岩块受力变形导致成矿元素的迁移和富集,发现了高温高压下不同元素在同一温压条件下和同一元素在不同温压条件下具有不同的迁移和富集规律。实验表明,构造应力对许多内生金属矿产的形成、矿产中成矿元素的分带现象等都具有十分重要的作用。      

烂泥沟金矿矿化围岩高温高压模拟试验样品的电镜研究

贵州烂泥沟金矿属挤压破碎带型。研究该区围岩在模拟地质条件下,即在高温高压条件下的断裂过程及特征,是探讨该区金的活化、迁移和富集的重要手段,也是解决整个成矿过程的重要环节。本项工作选择了该区的矿化围岩作三轴高温高压试验,并对试验前后样品进行扫描电镜研究,分析对比微观组织,研究主要赋金矿物迁移、富集过程,从而了解和揭示金的迁移和富集机制。研究表明,在该金矿较为复杂的围岩岩相中,三轴高温高压作用可使其中的有机质、硅酸盐和一些含铁、硫、砷等元素的矿物向裂隙处迁移并富集。研究还发现,在本次实验条件下,岩矿裂隙在石英处产生时,是以热疲劳条带形式出现的,即断裂以间歇式张开。     

高温高压下石英砂岩的电导率实验研究

利用交流阻抗谱实验技术,在0.5~2.0 GPa、573~873 K和10-1~106 Hz条件下,借助YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪测定了石英砂岩的电导率。实验结果表明:在测定的频率范围,样品的复阻抗的实部、虚部、模和相角对频率有很强的依赖性。随着温度升高,电导率增大,lgσT与1/T之间符合Arrhenius线性关系。通过拟合计算,获得了表征样品电学性质的指前因子、活化焓、活化能、活化体积等物性参数。杂质离子导电机制对高温高压下石英砂岩的导电行为提供了合理的解释。     

Deformation Mechanism and Stability of a Rocky Slope

A high slope is located on the side of the spillway at a hydropower station in Southwest China, which has some weak inter-layers inclining outwards. Parts of the slope show heavy weathering and unloading. There appeared deformation and tensile crack either on the surface or on the afteredge of the slope during excavation, and under a platform （elev. 488 m）, two levels of slopes collapsed on the downriver side. Based on the investigation in situ and the analysis of the geological structure, the conceptual model of deformation and failure mechanism was erected for this slope. Furthermore, the deformation characteristics were studied with FLAC^3D numerical simulation. Comprehensive analysis shows that the whole deformation of the slope is unloading rebound in certain depth scope and the whole body does not slide along any weak interlayer. In addition, two parts with prominent local deformation in the shallow layer of the slope show the models of ＂creep sfiding-tensile cracking＂ and ＂slidlng-tensile cracking＂, respectively. Based on the above analysis, the corresponding project of support and reinforcement is proposed to make the slope more stable.     

高温高压条件下实验变形石英闪长岩微观结构与熔体特征研究

本文以高温高压条件下石英闪长岩流变实验样品为研究对象,利用偏光显微镜进行微观结构观察,研究了样品在实验温度压力条件下的变形机制与斜长石结构对流变强度的影响;通过透射电镜能谱与电子探针,分析了熔体分布和成分特征,讨论了角闪石脱水熔融的影响因素与脱水熔融对岩石流变的影响。结果表明,随着温度升高,岩石从脆塑性过渡域逐渐向高温位错攀移和动态重结晶为主的塑性域转化。在高温条件下,角闪石出现了脱水与部分熔融,脱水熔融的熔体分布和成分体现出非均匀与非平衡熔融的特点,空间分布上,熔体主要出现在角闪石和黑云母矿物颗粒的边缘以及角闪石和长石颗粒之间的区域内;成分分布上,熔体的成分与参与熔融的矿物成分密切相关。角闪石边缘的熔体和黑云母边缘的熔体具有低硅铝、高铁镁特征,斜长石边缘的熔体具有高硅铝、低铁镁的特征,处于角闪石和斜长石颗粒中间的熔体,其成分间于斜长石与角闪石成分之间。实验中出现的非平衡非均匀部分熔融可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因,富硅熔体可以形成富硅铝的花岗质岩石,而贫硅富铁镁的熔体可以形成基性岩。角闪石的脱水熔融程度依赖于样品的封闭条件,处于封闭环境的样品,角闪石不易脱水熔融,而处于开放环境时,角闪石脱水熔融显著。拆离断层带及其附近具备这样的开放环境,有利于角闪石发生脱水熔融。实验力学数据和微观结构显示,随机分布的斜长石对岩石强度影响并不明显,但斜长石的长轴方向与最大主应力方向呈大角度相交(近90°)会显著强化岩石的强度,这意味着岩石组构与主应力方向大角度相交或呈垂直方向时,不利于岩石变形和拆离断层的形成,反之,均匀岩石或岩石组构与最大主应力方向小角度相交,有利于岩石的变形,容易发育拆离断层。     

石榴石流变学研究的某些进展

简要概述了近年来石榴石的晶体结构,高温高压实验,显微构造及其变形机制等领域的研究现状和进展;结合大别山榴辉岩的研究成果,着重讨论了石榴石的变形机制及其运动学特征,认为大别山燕窝榴辉岩中的石榴石经受了两期变形作用;早期变形是在榴辉岩相条件下,表现为塑性变形,其变形机制为简单剪切;而晚期变形则发生在角闪岩相条件下,表现为脆性变形的特点。     

超高压榴辉岩流变学研究

大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别。因此,现有板块构造不完全适合于大陆构造。大陆地壳和上地幔流变学的综合研究是认识大陆构造最佳途径之一。流变学研究是大陆造山带几何学、运动学和动力学的桥梁。大陆岩石圈对构造作用、重力不稳定性和热结构的响应在很大程度上取决于岩石流变强度。岩石圈流变性质是岩石圈分层、构造复杂性和塑性流动的主导控制因素。超高压榴辉岩在地幔对流、壳-幔物质循环和俯冲带动力学起着重要作用。榴辉岩的流变性质和变形机制对于阐明大陆造山带和大陆深俯冲的动力学过程具有十分重要的意义。本文主要内容包括以下4个方面：（1）岩石流变学研究在地球动力学中地位和重要性;（2）回顾池际尚先生对岩石流变学实验的贡献;（3）近几年来超高压榴辉岩流变学研究成果;（4）国外岩石流变学实验研究发展态势和启示。     

高温高压下辉长岩的电导率实验研究

在 1 .0～2 .0GPa和 3 2 0～ 70 0℃下 ,1 2～ 1 0 5Hz的频率范围内 ,进行了辉长岩的电导率就位测量 ,并用阻抗谱分析了其微观电传导机制。结果表明 ;电导率对测量频率具有依赖性。复阻抗平面上只出现了反映颗粒内部传导机制的阻抗弧 ,在高压下这种机制起主导作用 ,该阻抗弧出现在 1 0 5～n×1 0 2 Hz(n为 1～9的正整数 )的频率范围内。以本实验所获得的电导率结果和前人的工作为依据得出辉长岩不能在中下地壳形成高导层的结论。     

The Electrical Conductivity of Gabbro at High Temperature and High Pressure

The electric conductivity of gabbro has been measured at 1.0 - 2.0 GPa and 320-700℃, and the conduction mechanism has been analyzed in terms of the impedance spectra.Experimental results indicated that the electric conductivity depends on the frequency of alternative current. Impedance arcs representing the conduction mechanism of grain interiors are displayed in the complex impedance plane, and the mechanism is dominated at high pressure.These arcs occur over the range of 102 - k× 105 Hz (k is the positive integer from 1 to 9). On the basis of our results and previous work, it is concluded that gabbro cannot form any high conductivity layer (HCL) in the middle-lower crust.     

中高煤阶煤层气富集高产区形成模式与地质评价方法

煤层气富集高产区富集机理和地质评价方法对煤层气勘探选区至关重要,以往的研究主要集中在资源富集区形成机理和预测方面,但煤层气勘探开发实践表明资源富集区并不一定是高产区,如何在煤层气资源富集区中寻找高产区即煤层气富集高产区是国内外煤层气勘探面临的难题。通过国内外典型煤层气富集高产区的剖析,结合我国中高煤阶富集区地质特点,以沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘和两淮矿区为研究对象,采用地质统计、实验验证和生产数据分析相结合的研究方法,揭示了基于含气量渗透率耦合控制的煤层气富集高产区形成机理,提出了3种中高煤阶煤层气富集高产区形成模式;围绕煤层含气量和渗透率两个核心要素,利用层次分析法和主成分分析法确定了包含7大地质参数的评价指标体系,建立了基于产能分析的煤层气富集高产区方法体系。这些认识对我国中高煤阶煤层气区带、区块、目标的优选具有重要的指导作用。     

库水位变化下某泄洪洞进口高边坡的稳定性分析

在分析库水位变化与岸坡稳定性的一般规律的基础上,对某水库泄洪洞进口高边坡变形机理进行分析。然后计算分析不同水位升降条件下,蓄水＋暴雨、地震、地震＋地下水作用等三种工况的稳定性系数,确定危险警戒水位,并预测未来蓄水及库水位下降情况下泄洪洞进口边坡稳定性与库水位的关系,为蓄水后的边坡防治提供必要的理论依据。