天然高压矿物研究的新进展及其在地幔矿物学中的意义

对地表陨石坑岩石和陨石的冲击变质效应的研究, 是以往发现天然高压矿物的主要途径。α-PbO2 超斯石英、(Na,K,Ca)AlSi3O8-锰钡矿以及磷灰石高压同质多像变体等是几个近期在陨石中发现的天然高压相,这些高压相很可能存在于地幔之中。天然高压矿物的发现对地幔矿物学研究和发展起了推动作用。     

矿物在静、动态高压下相变P-T历史的比较研究

通过对球粒陨石的静态高压淬火实验和人工动态高压实验的研究和综合分析，以及对在太空中经受过撞击的随州陨石中矿物发生高压相变的研究，查明了自然界的冲击事件，如星体的相互碰撞和陨石对地球表面的撞击中，矿物发生相变的P-T务件与人工冲击波实验的结果并不一致，而与静态高压淬火实验的结果相似，即前者类似静态高压淬火实验，保压时间较长。能产生高压矿物，后者保压时间极短，无高压矿物形成。因此，能够用静态高压淬火实验的结果来推定天然冲击事件中矿物的P-T历史。     

天然矿物Wadsleyite在我国首次发现

对于在毫县陨石中发现的Ｘ矿物，本文用电子探针获得了其化学成分：ＳｉＯ４，用Ｘ射线微区衍射得到了其结构参数。该矿物属斜方晶系，晶胞参数ａ＝０．８２６４，ｂ＝１．１４４８，ｃ＝０．５７０４ｎｍ。这些结果证明了它是Ｗａｄｓｌｅｙｉｔｅ，是橄榄石的高压相－β－（Ｍｇ，Ｆｅ）２ＳｉＯ４由冲击变质作用形成的。该矿物呈包裹体产出，在我国属首次发现。     

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。     

高压相的流变行为

在过去十五年里,最初在日本,为了合成高压相矿物使压力达到25GPa,已研制许多大体积新类型复式压砧的高压设备。然而在同一段时期,为了变形实验没有研制出任何设备在压力上超过3Gpa。因此,我们几乎没有或根本没有关于高压相流变行为任何一点信息,如具有β或尖晶石结构的Mg_2SiO_4和具有石榴石、钛铁矿或钙钛型结构的MgSiO_3,这些结构直接涉及到地球深部内的流动。我们根本不了解在地幔内所出现     

无机界矿物天然自净化功能之矿物光催化作用

在简述半导体光催化理论及TiO2多相光催化作用近30年研究现状的基础上，重点对国内外一直处于空白状态的天然含钒金红石光催化性能进行研究。天然含钒金红石中部分Ti^4 被V^5 包括Fe^3 、Cu^2 和Zn^2 等杂质离子替代可引起其晶格畸变与缺陷。机械粉碎到70～80μm后可使其晶胞膨胀0.33％，原位加热700～1100℃其晶胞可膨胀0．93％～2．13％，淬火改性其晶胞收缩0．01％～0．07％。受热改性其体相中V^5 向表面偏析。对晶格畸变的修复可表现为晶面重构和再结晶作用及微应力释放作用。粉碎的金红石对卤代烃三氯乙烯和四氯乙烯具有一定的降解效果而表现出良好的光催化活性。加热1000℃，金红石对卤代烃的降解率明显提高。淬火1000℃和1100℃，金红石对卤代烃的降解速度大大加快。而电子辐射金红石对三氯乙烯的降解率则明显降低。通过52种金属氧化物和金属硫化物半导体矿物的初步研究，发现大多数金属氧化物矿物产生光电子的波长范围是249～777nm，吸收光主要是可见光。而大多数金属硫化物矿物产生光电子的最大波长大于921nm，吸收光主要是红外光，充分表明无机界具有光催化功能的半导体在可见光条件下就可以产生光电子与空穴。系统开展无机界矿物光催化作用研究，对揭示地球生命过程和环境演化有着不可替代的作用，对氧化降解地球表层系统中有机污染物尤其是不能自行降解的持久性有机污染物有着至关重要的作用。     

从随州陨石研究探讨地幔的高压矿物组成

随州陨石母体在30 Ma前遭遇一次其他星体的撞击后,矿物发生了冲击变质作用,产生了几条宽度仅为0.02～0.09 mm的冲击熔脉.我们在随州陨石熔脉内和熔脉边部先后发现了多种冲击成因的高压相矿物,如粗粒的、由固态相变形成的林伍德石、低钙辉石的镁铁榴石相、钛铁矿相和钙钛矿玻璃相、NaAlSi3O8-锰钡矿相、涂氏磷钙石和铬铁矿的两种后尖晶石高压多形—CaFe2O4结构相和CaTi2O4结构相（其中后三种为首次发现的高压相新矿物）,以及细粒的、在高压下从硅酸盐熔体结晶的镁铁榴石-镁铝榴石固溶体、镁方铁矿和林伍德石微晶集合体.此外,在陨石主体中还见有斜长石的高压熔体相—熔长石.熔长石和多种高压相矿物的存在,限定了随州陨石主体所受压力、温度分别为20 GPa和1100℃,熔脉内则高达23～25 GPa和2000～2300℃.上述撞击产生的压力与地球内部地幔转换带下部到下地幔顶部的压力相当.大量天然产出的高压相矿物在随州陨石中的发现,对了解深部地幔的矿物组成和元素地球化学行为具有重要理论意义.     

库车盆地天然氯化锶矿物的发现

通过扫描电镜分析,在新疆库车盆地首次发现天然氯化锶矿物。该矿物大小为几微米至几十微米,具有形态不规则、在空气中易潮解等特征。由于颗粒太小,暂时无法测定其晶体结构参数。初步认为极度干旱气候条件下,如有锶的来源,在蒸发盐壳中可形成天然氯化锶矿物。其晶体结构参数、确切成因等还有待于进一步深入研究。     

西藏蛇绿岩中不寻常的地幔矿物群

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩的铬铁矿中，首次发现由100余种（亚种）矿物组成的地幔矿物群，其中包括：自然元素，合金，氧化物，硫（砷）化物和硅酸盐。根据实验资料，其中一部分是超高压成因矿物。可能来自地球核-幔边界，是地球外核与下地幔底部硅酸盐之间化学反应的产物，另一部分矿物可能来自下地幔，过渡带和上地幔。西藏地幔矿物群，无论在矿物学和地球动力学上均有重要意义。     

陶瓷釉的矿物学特征研究

应用原子吸收光谱（AAS）,X射线衍射（XRD）和 电子自旋共振（ESR）方法对工业及民用陶瓷釉进行了研究。实验表明：陶瓷釉的主要化学 成分为Al2O3、SiO2,少量为K2O、Na2O、MgO、CaO和微量的TiO2、Fe2O3 、S等;矿物相有石英、伊利石、方解石、长石、高岭石和滑石等。生釉经不同温度焙烧后 ,无论是化学成分、矿物相、微量杂质元素的价态及含量均发生了变化。讨论了在不同温度下的化学组分、含量、生成矿物相的种类以及杂质离子在矿物内部的电荷转移状态。这些结果对改进陶瓷釉的配方,探索最佳焙烧温度,生产高质量的陶瓷产品,有着实际的指导意义 。     

白钨矿的原位高压X射线衍射研究

使用金刚石对顶砧高压装置(DAC)和同步辐射光源,对天然白钨矿进行了原位高压能量色散X射线衍射(EDXD)研究,实验最高压力为16.0 GPa.在实验压力范围内观察到了一次白钨矿结构→钨锰铁矿结构的可逆相变:压力小于5.3 GPa时为白钨矿结构(I4_1/a),在5.3～12.3 GPa压力区间内为白钨矿结构与钨锰铁矿结构(P2/c)并存,大于12.3 GPa时完全相变为钨锰铁矿结构.从键长、配位数和配位多面体角度对白钨矿→钨锰铁矿结构的相变机制进行了解释.     

高压—超高压变质流体的一种重要载体：名义上的无水矿物

本文运用显微傅立叶变换红外光谱技术对３个大别山榴辉岩中的石榴子石和绿辉石进行了观察,发现它们都含有结构水,以ＯＨ＾－的形式赋存。结果表明,这些名义上的无水矿物可能是陆壳俯冲过程中将水携带进地球深部的重要载体;这些矿物中的结构水是孪质流体的组成部分之一;即使在超高压阶段,变质系统也并不是“干”的。     

试论天然半导体矿物的热电特性及其在地震预测中应用的可能性

本文基于半导体矿物热电特性的基本理论,通过大量科学研究成果之间客观联系的分析,论证了天然半导体矿物热电特性与地震预测的关系.结果表明,地壳内广泛存在天然半导体矿物,且绝大多数天然半导体矿物具有热电特性.孕震过程产生梯度热场时,会激发周围热电介质产生热电势,热电势的积累对孕震区电场具有一定的干扰效应,这种干扰效应可作为地震预测的信息源之一.另外,从成矿带和地震带之间的空间关系分析,可以认为天然半导体矿物的集中分布与地震活动带相一致.上述结论对深刻理解地震地电异常机理有重要的意义.     

自然伽马能谱测井资料在确定粘土矿物含量中的应用

由于自然伽马能谱测井(NGS)的放射性元素U、Th、K的含量与粘土矿物有着密切的关系,所以可利用NGS定性或定量确定油气储层粘土矿物含量。阐述了自然伽马能谱测井资料在确定粘土矿物含量中的地质依据,建立了研究地层粘土矿物含量的计算模型。由研究油田的NGS测井资料计算并对比了粘土矿物的含量,最终得到很好的效果。     

黑龙江省砂宝斯金矿床矿石矿物与金矿物特征研究

为给砂宝斯金矿床的勘探和利用提供依据,本文总结了多年的野外观察资料,并通过镜下鉴定、人工重砂、电子探针等方法对该矿床的矿石矿物、金矿物特征进行了系统研究。结果表明,该矿床的矿石类型为贫硫化物微细粒浸染型金矿石,矿石矿物主要为黄铁矿,次为毒砂,含有较多的微量元素;脉石矿物主要为石英。矿石结构主要为半自形-自形、他形、交代、固溶体分离结构,浸染状或细脉浸染状构造。金矿物主要为自然金,其赋存状态以硫化物中包裹金和脉石粒间金为主,主要为微粒金及次显微金,呈微细分散状态。除Au元素外,矿床中其他元素均不具有综合利用价值,有害元素含量低。     

硒矿物综述

本文对分散元素硒的矿物种类进行了初步总结,列出了自然界发现的已被ＩＭＡＣＮＭＭＮ承认的９０种硒矿物,并对硒矿物的元素组成、产出条件以及中国的硒矿物学研究进行了综述,指出了硒矿物学研究中存在的问题。     

矿物晶体的缺陷

晶体具有极其规则的原子结构.然而,大多数晶体物质不是完整的,原子排列的规则图像被晶体缺陷所破坏.本文列举不同类型的缺陷:点缺陷(空位、间隙离子、置换离子、反位缺陷、拓扑缺陷、Schottky缺陷和Frenkel缺陷)、线缺陷(位错)、面缺陷(颗粒边界、小角晶界、反相畴和堆垛层错)和体缺陷(空洞和析出物).     

西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿中的超高压矿物和新矿物(综述)

近十余年来的研究,在西藏雅鲁藏布江缝合带中的罗布莎蛇绿岩型铬铁矿中,发现可能来自深部(>300km深度)异常地幔矿物群.该矿物群中具有深部成因指示意义的矿物有:①呈斯石英假象的柯石英;②微粒金刚石和产在锇铱矿中的原位金刚石;③铬铁矿和饿铱矿巾发现硅尖晶石;④铬铁矿中发现硅金红石;⑤呈八面体假象的蛇纹石和绿泥石,并具有清晰的爆炸结构;⑥方铁矿和自然铁矿物组合.此外,罗布莎铬铁矿中有4个新矿物获批准,并在极地乌拉尔蛇绿岩铬铁矿中也发现了大最微粒金刚石和碳硅石等地幔超高压矿物.蛇绿岩铬铁矿中发现来自地幔深部的超高压矿物,提供了铬铁矿可能深部成因的重要信息,该发现有可能改变传统的蛇绿岩铬铁矿的形成于俯冲带上的浅部环境(<50 km深度)的认识以及蛇绿岩成因的概念.