我国羟硅铈矿的发现与矿物学特征

本文研究的羟硅铈矿是国内首次发现的该种矿物,产于河南太平镇稀土矿的破碎带蚀变岩中,与铈褐帘石、gatelite-(Ce)、富氟硅铈石、氟碳铈矿、直氟碳钙铈矿、氟铈矿、氟镧矿等稀土矿物紧密共生,多呈铈褐帘石假象细粒状集合体或与gatelite-(Ce)平行交生沿外围交代铈褐帘石产出,粒径一般小于0.1 mm,为自形-半自形,粒状-板状。该矿物呈浅绿色至橄榄绿色,透明,玻璃光泽,不规则断口,摩氏硬度约为4.5,计算密度5.08 g/cm3。光学性质:二轴晶,正光性,多色性明显,单偏光下呈绿色,正交偏光下具有鲜艳的高级干涉色。电子探针分析显示,矿物成分w(Ce_2O_3) 32.05%～34.26%,w(La_2O_3) 13.67%～17.66%,w(Pr_2O_3) 2.92%～3.68%,w(Nd_2O_3) 7.52%～10.34%,w(Al_2O_3) 8.59%～10.93%,w(SiO_2) 21.35%～24.97%,按照Si+P=2(apfu)计算单位分子式中阳离子数,OH+F=1(apfu)计算单位分子式中羟基的离子数,得出该矿物的经验化学式为(Ce1.02La0.49Nd0.27Pr0.10 Sm0.02Gd0.01Th0.01Mg0.06 Ca0.01)Σ2.00 (Al0.99Fe0.03)Σ1.02(SiO4)Σ2.00(OH0.81F0.19)Σ1.00。X射线单晶衍射分析表明,该矿物属于单斜晶系,晶胞参数:a=7.4382(3)?, b=5.6730(2)?, c=16.9819(8)?,β=118.84(0)°, Z=4, V=655.13(5)?3,空间群为P21/c。矿物的激光拉曼光谱特征峰主要为241、362,862、895、954和3722cm-1等,上述特征均与国外已发表的羟硅铈矿数据非常相似,是对羟硅铈矿分子振动光谱特征的首次探索。本文还对羟硅铈矿的矿物族归属以及矿物成因进行了初步的探讨。     

天然硫化物矿物对地球深部热能的热电转化效应研究

金属硫化物半导体矿物在地壳中分布广泛,其中一些禁带宽度较窄的硫化物矿物,如黄铁矿、黄铜矿和斑铜矿等,在地热梯度下产生的天然热电势可将地球内部热能转化为电能。本文选取黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、斑铜矿以及斑铜矿-赤铁矿-辉铜矿集合体等天然硫化物矿物样品,研究了其热电特性。研究结果表明,300～700K下,除磁黄铁矿具有低塞贝克系数和超高电导率而表现出金属导体的电输运行为外,黄铁矿和黄铜矿为n型半导体,斑铜矿和斑铜矿-赤铁矿-辉铜矿集合体为p型半导体,具有150～500μV/K的显著塞贝克系数和5～95 S/cm的电导率,说明样品在地热梯度下具有产生显著热电效应的能力。根据激光闪射法测得的热扩散率以及样品的理论比热、密度计算热导率,斑铜矿及硫化物矿物集合体样品表现出小于1 W/(m·K)的低热导率,说明样品在局部热源影响下可形成较大温差。根据热电基本理论和地热梯度构建天然热电效应模型,对硫化物半导体矿物集合体产生的天然热电势、额外地表电流密度及热电转换效率进行了模拟计算得出经验公式,发现硫化物半导体矿物在300～650 K条件下能产生100 m V左右的天然热电势,产生的最大热电转化率可达4‰,且可以通过偶极电流源模型计算矿物体产生的额外地表电流密度。研究认为硫化物半导体矿物可能作为天然热电转换介质深刻影响地球内部能量的转化与传递过程。     

上扬子西南缘早三叠世嘉陵江组物源分析和构造环境:沉积学、重矿物电子探针和U- Pb年龄的限定

上扬子西南缘地区广泛分布峨眉山玄武岩,受其影响在中带金阳和外带荥经地区嘉陵江组发育滨岸和潮坪环境沉积物。本文在交错层理恢复的物源方向基础上,根据重矿物组成、重矿物电子探针和碎屑锆石测年结果,综合分析不同区域嘉陵江组物源区,进而探讨嘉陵江组形成的构造环境。嘉陵江组砂岩碎屑重矿物锆石、磷灰石、铬尖晶石等指示物源主要来自于岩浆岩,且自中带至外带基性岩浆岩所占比重逐渐减少。电气石电子探针分析显示,二者物源主要来自于贫锂花岗岩和变质砂岩、板岩。铬尖晶石显示,金阳地区物源来自峨眉山玄武岩和洋岛岩浆岩类岩石,荥经物源主要来自洋岛岩浆岩类岩石,个别为峨眉山玄武岩。碎屑锆石表明,嘉陵江组物源主要来自于新元古代岩浆岩和晚二叠世峨眉山玄武岩,前者经历再搬运。综合物源分析表明,嘉陵江组物源主要来自康滇古陆,岩石类型主要为峨眉山玄武岩和砂岩等。沉积序列和物源分析表明,嘉陵江组反映了沉积物蚀顶过程。结合地震资料、大火成岩省的分析成果表明,嘉陵江组形成于火山型裂谷边缘。     

X射线衍射-扫描电镜等技术研究秘鲁铜硫矿石选矿工艺矿物学特征

秘鲁铜硫矿石的主要回收对象是铜和硫矿物,由于铜矿物嵌布复杂、粒度过细以及与各种脉石矿物或金属矿物交生关系紧密,利用传统工艺矿物学研究方法如化学分析、光学显微镜检测等较难准确定量其工艺矿物学参数。本文采用化学分析、X射线衍射、扫描电镜、偏光显微镜及矿物参数自动分析系统(MLA)等技术手段,研究秘鲁铜硫矿石的化学成分、矿物组成和主要矿物的嵌布特征、粒度分布及单体解离特性等,并对影响选矿指标的主要矿物学因素进行分析。结果表明:矿石中主要元素为Cu(0.65%)和S(9.53%)。矿石中黄铁矿(16.57%)含量较高,形态较为规则,与其他矿物之间的交生关系相对简单,粒度普遍偏粗,其中粒径大于0.30mm的黄铁矿占95.06%。铜矿物主要以不规则粒状、皮壳状、网脉状、纤维状、尘粒状、斑点状分布于脉石中或与黄铁矿、闪锌矿、磁铁矿等金属矿物交生紧密,粒度极不均匀,使得铜矿物解离难度加大,且矿石中云母(12.51%)、绿泥石(3.74%)、滑石(3.34%)、高岭石、蒙脱石(3.59%)等黏土质矿物含量较高,在磨矿过程中易发生泥化从而恶化分选环境。根据该类型矿石的工艺矿物学特性,本文建议采用"粗磨-部分优先浮铜-铜硫混浮-混合精矿再磨再选分离"的工艺流程,可得到质量高的铜、硫精矿。     

旧石器遗址强烈化学风化沉积物细粒混合矿物的光释光信号特征及其测年应用

从湖南省北部赤山岛枫树嘴旧石器遗址剖面第2、第3和第4考古层位采集的3个沉积物样品中提取的细粒混合矿物,尝试对其红外释光(IRSL)信号进行研究。实验表明,虽然长石IRSL信号很弱,但仍可以测得信噪比足够高的红外激发后高温红外激发释光(post-IR IRSL)信号。与此同时,样品存在明显的红外激发后蓝光释光(post-IR OSL)信号,并且样品的IRSL与post-IR OSL信号均以快组分为主,这为该地区沉积物利用长石光释光信号定年提供了新的可能。鉴于长石IRSL信号较弱,根据剂量恢复实验结果,本研究采用post-IR IRSL SAR法(50℃红外激发后270℃高温红外激发,pIRIR270℃)进行等效剂量测量,同时也应用post-IR OSL SAR法定年进行比较。实验结果表明,细粒混合矿物的pIRIR270℃等效剂量分别为418.8±13.2 Gy、562.3±18.2 Gy和694.8±17.9 Gy,相对应的post-IR OSL SAR等效剂量结果为345.0±29.4 Gy、409.6±33.7 Gy和424.7±32.2 Gy。假设强烈化学风化未对沉积物的剂量率造成很大影响,基于长石pIRIR270℃信号的释光年龄为89±6 ka、118±8 ka和152±9 ka,比前人所得的石英OSL SAR法年龄老30%~55%(约20~55 ka)。通过对比不同测量条件下获得的等效剂量值来评估长石IRSL信号是否存在晒退问题,没有发现长石post-IR IRSL信号存在晒退不完全的证据。根据本研究post-IR IRSL SAR法测年结果,赤山岛枫树嘴旧石器遗址似阿舍利技术类型的石器出现在倒数第二次冰期(MIS 6)后期至末次间冰期(MIS 5)前期,比湖南道县福岩洞现代人类牙齿化石年龄(80~120 ka)稍老。作为似阿舍利技术石器制造者的赤山岛古人与福岩洞现代人的关系将是我国旧石器时代考古学和古人类学研究的一个重要课题。     

小冰期结束以来贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤化学风化与发育过程

选择海螺沟冰川退缩区,对冰川退缩年龄分别为0年、30年、40年、52年、80年、120年的样点按土壤发生层分层采集样品,通过分析样品的化学风化速率及理化性质变化,探讨小冰期结束以来土壤发育过程及影响因素,并评估不同阶段土壤质量。结果表明,退缩区前40年样点中主要以碳酸盐风化为主,80年后硅酸盐风化作用增强。土壤长期风化速率随土壤年龄呈现升高-降低-升高的趋势,52年样点长期风化速率最低,为48.06cmol/(m^2·a),矿物组成和气候是影响土壤风化速率的重要原因。土壤的粒度组成以砂粒为主,多数样点占比约为80%~90%。随着土壤年龄增加,容重值和pH减小,pH从8.54减小到5左右;土层厚度、土壤有机质(SOC)及总氮(TN)含量增加,这些土壤理化指标的快速变化表明冰川退缩区土壤发育迅速。适宜的温度、充足的降水以及快速的植被演替可能是退缩区土壤快速发育的原因。模糊数学法计算土壤质量的结果显示,除了0年样点,其余样点土壤质量指数(SQI)均大于0.4,说明退缩区土壤质量状况整体属于中等水平,土壤肥力状况较好。研究结果有助于揭示土壤矿物风化过程和土壤发育的影响因素,理解土壤发育机制。     

河北武安坦岭多斑斜长斑岩中基质矿物特征及其研究意义

河北武安坦岭斜长斑岩具有多斑斑状结构,基质为显微晶质结构。岩相学观察表明,斜长石斑晶有一个宽广的核部和一个宽度可变的条纹长石反应边,个别核部包含有角闪石、黑云母等矿物。基质矿物主要由蓝透闪石、条纹长石(An0Ab8.4Or91.5～An0.1Ab57.3Or42.6)、石英、钾长石(An0.3Ab5.9Or93.7～An0.3Ab4.7Or95.2)、钠长石(An0.2Ab98.3Or1.5～An0.1Ab99.2Or0.7)、磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、磷灰石、榍石和锆石等11种矿物组成。角闪石温压计计算结果得出,基质角闪石核部的结晶压力高于边部,核部为34.05 MPa,对应的结晶温度为660.35℃,结晶深度为1.29km;边部的结晶压力为24.32MPa,结晶温度为598.32℃,结晶深度为0.92km;而斜长石斑晶中的角闪石形成时压力为159.51～178.19MPa,温度为817.68～819.79℃,对应的形成深度为6.03～6.73km。基质角闪石在Al2O3-TiO2图上落在壳源区,而斑晶中的角闪石和黑云母都落在壳幔混合区。斜长石、条纹长石、磁铁矿和磷灰石的微量和稀土元素测试数据显示,其都具有相对富集LILE、亏损HFSE的特点,暗示了基质矿物的形成有流体参与。ICT三维扫描结果显示,斜长斑岩基质中的孔隙体积含量约为3.428%,铁质体积含量为4.371%,且铁氧化物和孔隙具弱连通性。通过讨论分析,笔者得出:(1)坦岭斜长斑岩中斜长石斑晶具有明显的交代结构,且晶体本身没有明显熔蚀现象,这些特征表明大量的斜长石斑晶快速上升,即"冻结岩浆房"的活化机制与流体密切相关;(2)斜长斑岩中基质矿物有十一种,且矿物类型复杂,不符合平衡系统矿物相律,应属于流体晶矿物组合;(3)坦岭斜长斑岩的基质"岩浆"可能是一种富Fe、K、P、Si、Na等元素的熔体-流体流;(4)多斑斜长斑岩的形成经历了(1)深度6～7km的深部岩浆房形成斜长石堆晶→(2)富Fe、K、P、Si、Na等元素的熔体-流体流加入深部岩浆房,冻结岩浆房活化→(3)由于流体超压,含大量斜长石斑晶的熔体-流体在地壳浅部(0.9～1.2km)呈小岩株状或岩脉状就位。多斑斜长斑岩为深部找矿提供了有力的线索。     

内蒙古巴彦敖包地区安格尔音乌拉组地层锂土壤地球化学异常成因研究

内蒙古巴彦敖包地区广泛出露上泥盆统安格尔音乌拉组地层,1∶5万土壤地球化学测量工作圈定的31处锂单元素异常与安格尔音乌拉组地层分布范围吻合良好。安格尔音乌拉组地层锂元素的富集与该套地层的原生沉积作用密切相关,未发生次生富集。通过对安格尔音乌拉组地层碎屑物源区及沉积作用的研究,认为其锂元素物质来源与镁铁质火山岩中锂元素的侵蚀溶出有关。溶出的锂元素被碎屑物中的粘土矿物吸附随后沉积成岩造成区内广泛分布的锂土壤地球化学异常。进而做出推断,研究区内晚泥盆世甚至更早存在大规模中基性火山活动,应该存在大规模古火山机构。提出一种新的沉积型锂矿成矿模式,即古火山机构周边的粘土矿物含量较高的碎屑岩层位在一定构造背景及沉积环境下可以具备锂元素富集成矿的条件。     

扬子地块北缘新元古代望江山层状岩体矿物成分和铂族元素特征:对岩浆演化过程和构造环境的制约

望江山层状岩体位于扬子地块北缘新元古代汉南杂岩带中,岩体从底部到顶部由超镁铁质岩过渡为中性岩:底部主要由辉石岩和橄长岩组成;中部为辉长苏长岩和辉长岩;上部为辉长岩和闪长岩。研究以中部岩相带橄榄辉长苏长岩、辉长苏长岩和辉长岩为对象,通过主要矿物的主微量元素和全岩主微量元素的分析,查明望江山岩体来源于尖晶石二辉橄榄岩组成的大陆下岩石圈地幔,并且地幔源区受到了来自俯冲板片流体的交代,岩体中部带的母岩浆为拉斑玄武质岩浆。钛铁矿—磁铁矿矿物对成分计算表明,母岩浆在形成时具有较高氧逸度。通过单斜辉石压力计得到岩体的侵位深度约为12.9~18 km。对岩体母岩浆橄榄石分离结晶过程的模拟计算表明,中部带橄榄石为母岩浆经过~28%分离结晶的产物。此外,铂族元素（PGE）组成暗示岩体并未经历过大规模的硫化物熔离,可能与缺乏地壳物质混染有关。岩体中单斜辉石与岛弧环境堆晶岩中单斜辉石成分相似,不同于裂谷环境中堆晶单斜辉石的成分;同时,全岩Th/Yb和Nb/Yb比值也与岛弧玄武岩比值相似,因此矿物和全岩成分均说明望江山层状岩体应形成于岛弧环境。研究认为扬子北缘在新元古代长期的俯冲过程中,大洋板片断离导致软流圈上涌,提供热源使交代大陆下岩石圈地幔部分熔融形成具有岛弧特征的镁铁质岩浆,在局部伸展环境中上升侵位形成汉南杂岩带中镁铁—超镁铁质层状岩体。