兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

祁连山党河盆地二道泉剖面新近纪沉积物磁性矿物与古水流及其对盆地水系演化的启示

二道泉剖面(39°01′34″N,95°52′49″E)位于党河盆地腹地,呈北南向展布,长790 m,党河盆地位于祁连山腹地,是研究青藏高原北部构造沉积与地貌演变的理想地区。本研究在野外地层观测、古流水重建及砾石组分分析的基础上,对党河盆地中西部二道泉剖面新近系白杨河组顶部-玉门砾岩底部河湖相沉积物进行磁化率测量与等温剩磁实验分析。结果显示,剖面沉积物的磁性矿物主要有磁铁矿和赤铁矿,其中赤铁矿相对含量较高。通过对比发现剖面中黄色调粗粒沉积物中的赤铁矿含量显著高于红色调细粒沉积物。砾石成分和向南的古流向结果显示,白杨河组晚期至玉门砾岩早期地层沉积物主要源自于二道泉剖面北部的野马南山地区。磁化率及沉积相揭示出源区物理风化作用逐渐增强,赤铁矿是从源区直接搬运沉积的,而非自生形成;这一过程未受外界气候环境的影响,赤铁矿多为碎屑,岩石颜色发黄。综合分析认为,二道泉剖面疏勒河组到玉门砾岩组早期沉积时党河盆地发育一条规模逐渐变大、水动力逐渐变强的由北向南流动的河流,现今流向为北西向的党河水系可能最早在新近纪玉门砾岩沉积中期以后才形成。     

稀有金属矿物溶解度对花岗伟晶岩成矿作用的制约

花岗伟晶岩型矿床是稀有金属矿床重要的类型之一。在花岗伟晶岩中,稀有金属元素Li、Be、Nb和Ta主要以独立矿物的形式存在,前人对稀有金属独立矿物在硅酸盐熔体中的溶解度及其影响因素展开了系统研究。本文综合分析了已有的实验数据,其结果表明,影响稀有金属独立矿物溶解度最为重要的2个参数是温度(T)和铝饱和指数(ASI)。因此本文建立了稀有金属独立矿物,尤其是铌锰矿和钽锰矿溶解度,与温度(T)和铝饱和指数(ASI)之间的定量关系: lg [w(Li)/10^-6]=-0.37×[1 000/(T/K)]+4.56,R²=0.44 lg [w(BeO)/10^-6]=-4.21×[1 000/(T/K)]+6.86,R²=0.91 lg [K_sp(Nb)/(mg²·kg^-2)]=-(2.86±0.14)×ASI_(Mn+Li)-(4.95±0.31)×[1 000/(T/K)]+(4.20+0.28),R²=0.86 lg [K_sp(Ta)/(mg²·kg^-2)]=-(2.46±0.11)×ASI_(Mn+Li)-(4.86±0.30)×[1 000/(T/K)]+(4.00+0.30),R²=0.80 式中,温度T为热力学温度,ASI_(Mn+Li)(ASI=Al₂O₃/(CaO+Na₂O+K₂O+Li₂O+MnO),摩尔分数比)和T的适用范围分别为0.6~1.2和1 073~1 373 K的范围内。上述公式为估算硅酸盐熔体中稀有金属含量提供了便利,为量化花岗伟晶岩成矿模型提供了基础。 稀有金属独立矿物溶解度随温度降低和铝饱和指数的增加而急剧降低,因此,在岩浆演化过程中,由岩浆侵位、分离结晶以及流体作用等因素引起的岩浆温度降低和铝饱和指数的增加,是导致稀有金属独立矿物结晶的主要机制。     

大兴安岭南段北大山含锡石与不含锡石花岗岩特征对比

近年来,人们在大兴安岭南部发现了多处与白垩纪花岗岩相关的锡多金属矿床,但并非所有该时期的花岗岩都与锡矿伴生.为了解花岗岩伴生锡矿的形成条件,本文对内蒙古北大山岩体中的含锡石（磨盘山）与不含锡石（窟窿山）花岗岩开展了锡石U-Pb年龄、锆石U-Pb年龄、全岩地球化学及矿物地球化学分析测试,并进行岩石学、年代学和岩浆演化物理化学条件的对比.结果表明,窟窿山石英正长斑岩和磨盘山黑云母花岗岩的锆石U-Pb加权平均年龄分别为140.2±0.7 Ma和139.9±0.7 Ma,磨盘山黑云母花岗岩锡石U-Pb加权平均年龄为134.9±1.4 Ma,时代均属于早白垩世.全岩地球化学分析结果表明,这些岩石具有高硅（SiO₂=64.96%~76.71%）,富碱（Na₂O+K₂O=8.28%~9.03%）,过铝质（Al₂O₃=12.42%~15.88%）的特点.相对富集Th、Pb、Hf等元素,亏损Nb、Ta、Ti、Sr、P等元素.轻稀土相对重稀土明显富集,Eu异常明显.窟窿山石英正长斑岩与磨盘山黑云母花岗岩在哈克图解上,随着SiO₂含量增加,TiO₂、FeOT、Al₂O₃、CaO、Na₂O、P₂O₅含量逐渐降低,呈现较好的负相关关系,暗示二者具有同源性.但窟窿山样品的DI值为89,Sn含量为2×10?6;磨盘山样品具有较高的DI值（96~98）,Sn含量高（15×10?6~36×10?6）.从矿物学特征反演的物理化学条件推测,窟窿山岩体经历了温度降低、氧逸度升高的过程,而磨盘山岩体在降温过程中氧逸度进一步降低.另外,在流体卤素含量上,黑云母的Ⅳ（F）、Ⅳ（Cl）指示磨盘山花岗岩（Ⅳ（F）=0.95~1.15,Ⅳ（Cl）=-3.66~-3.54）相较于窟窿山石英正长斑岩（Ⅳ（F）=1.24~1.28,Ⅳ（Cl）=-2.96~-2.52）具有更高富集程度的Cl和F含量.综上,低氧逸度、高演化程度和高的F、Cl丰度是影响北大山地区花岗岩是否含锡的重要原因.      

广西大厂黑水沟矽卡岩型锌铜矿床符山石的地质意义

广西大厂黑水沟锌铜矿床的发现是深部找矿工作取得的重大成果,该矿床的围岩蚀变以矽卡岩化为主,研究工作中发现了围岩中典型的矽卡岩矿物符山石,这对该矿床的形成及下一步的找矿工作具有重要的指示意义。符山石主要分布在退化蚀变阶段,属于含水矽卡岩产物,并与矿床的Zn-Cu矿化密切相关,可作为矿床矿化的找矿标志,利用原位LA-ICP-MS技术对符山石的主微量和稀土元素组成进行了分析。结果表明,区内符山石均富铝,并与区内矽卡岩及深部花岗岩富铝的特征一致;微量元素结果显示符山石中富集大量成矿元素,如Zn、Sn、Bi、W、Ga、Sr等,它们以类质同象的方式置换了晶格中的Mg²⁺、Fe²⁺,推测在退化蚀变时期的成矿流体已富集大量的成矿元素,从而为后期的成矿作用提供了有利的环境。稀土元素研究发现,所有符山石均具有与深部隐伏花岗岩近似平行的稀土配分模式,暗示该矿床的形成与深处隐伏岩体具有紧密的联系。     

生物氧化锰矿物的研究进展

生物氧化锰矿物具有很强的氧化、催化及吸附能力,对表生元素地球化学循环有重要驱动作用,在环境科学领域具有重要应用价值。本文通过应用文献计量学方法对2001—2010年、2011—2020年生物氧化锰矿物国内外研究状况进行归纳分析,发现对生物氧化锰矿物的研究具有如下较为突出的特点:1)未命名的锰矿物较多;2)诱导矿化微生物物种范围扩大;3)微生物驱动锰氧化机制增多。作者提出需要在以下几方面开展进一步的研究:1)微生物驱动机制仍需更深层次完善;2)较为单一的室内实验与自然环境微生物诱导锰矿化存在较大差异;3)自然界微生物诱导形成的锰矿物与室内单一条件试验诱导合成的锰矿物在结构类型的不同。     

滇西放羊山Cu-Zn-Pb矿床成矿流体来源和成因

放羊山Cu-Zn-Pb矿床位于我国滇西保山地块镇康芦子园矿集区内,是区内近期发现的首个富铜的铅锌矿床。据野外地质调查和镜下鉴定,认为该矿床至少存在2期热液（热液期、叠加期）成矿。C、H、O稳定同位素组成特征研究表明,2期成矿流体均以岩浆热液来源为主,伴有大气降水的混入和水-岩反应等地质作用的参与。热液期、叠加期硫化物微量元素特征均反映矿床成因为岩浆热液型。其中,闪锌矿的w（Cd）为555.66×10^-6～900.04×10^-6,w（Ga）为0.81×10^-6～1.88×10^-6,反映高温闪锌矿的特征;黄铁矿Co/Ni值介于1.18～13.90之间,显示中温岩浆热液型黄铁矿的特征。叠加期方铅矿的ln[w（Bi）/10^-6]和黄铜矿的Zn/Cu值均分别高于热液期方铅矿和黄铜矿,暗示叠加期热液温度略高于热液期。对比研究区域内矿床认为,放羊山矿床为与隐伏中酸性岩体相关的、受2期同源岩浆热液流体叠加富集成矿的产物。     

沉积特征对低品位钾矿水溶开采的影响——以柴达木盆地马海盐湖北部矿段全新统为例

马海盐湖是柴达木盆地全新世形成的富低品位固体钾盐矿干盐湖,钾盐水溶开采潜力巨大。本文采用岩矿鉴定方法,对含盐系地层的沉积韵律岩性、钾盐矿物与矿层分布特征进行了研究,并分析了地层岩性的分布规律。结果表明,在马海盐湖北部矿区的主要沉积中心,沉积了一套以粘土-粉砂-石盐-粉砂石盐为主的沉积地层,同时在东南部形成了一个次级沉积中心;研究区钾盐矿物主要为杂卤石、光卤石、钾石盐等;沉积韵律分析结果显示,钾盐矿层多分布在Ⅳ₂韵律层顶部和Ⅳ₃-Ⅳ₄韵律层,产出形态在垂向上为层状、透镜状,平面上呈NE-SW向展布且连续性减弱;钾盐矿物和矿层分布与沉积演化关系密切,表明沉积特征对研究区钾盐矿水溶开采具有重要影响,为同类型低品位钾盐矿开采提供了一些参考。     

大倾角煤层分层综采再生顶板破断规律研究

针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212（3）大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值模拟试验相结合的研究手段,开展了下分层开采再生顶板破断倾向分区演化、再生岩体变形声发射能量与光纤应变响应规律及应力分布特征研究。结果表明：再生顶板破断由其破断岩块滑移、低中位悬臂梁和高位铰接岩梁断裂组成,双梁破断是引起下分层支架失稳的关键所在。下分层中上部双梁破断声发射能量呈高度聚集且持续时间短,光纤感知低位悬臂梁破断且中上部光纤应变峰值高,下分层中上部是支架与再生顶板稳定性控制的重点区域。下分层下部再生顶板破断岩块充填密实且粒径小,是架间与架前岩块漏冒多发区域。下分层再生顶板中形成高应力组成的应力拱,距采空区高度约30 m,双梁破断主要发生在拱内,拱中岩体破断对支架具有一定的冲垮作用。     

基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究

针对煤矿深井软岩巷道大变形灾害频发难题,以淮南矿区潘三矿软岩大变形巷道为工程背景,在系统分析围岩失稳破坏大变形原因的基础上,提出了深部软弱破碎巷道基于格栅拱架的分步联合支护技术,包括：格栅支架+一次锚杆锚索、初喷、浅孔注浆、预应力锚杆、复喷150 mm厚混凝土、深孔注浆和帮顶预应力锚索。进一步,分析了格栅拱架支护控制原理,并采用FLAC^3D确定了基于格栅拱架的分步联合技术的最优支护参数。现场对比分析表明,格栅拱架支护围岩初期变形速率及最终收敛变形量均大于型钢支护,但加设二次支护之后格栅拱架位移能较快收敛,此外,格栅支护在经济和效率方面优于钢拱架支护。最后,通过现场监测,格栅拱架分步联合技术各工序的最优施工周期为：预应力锚杆、锚索合理的支护时间是注浆后10 d内,而深孔注浆之后预应力锚杆2周内较优。实践表明,基于格栅拱架的分步联合控制技术深井是软岩巷道围岩控制的一条有效途径。