粉末压片-X射线荧光光谱法分析富硒土壤样品中的硒及主次量元素

目前土壤中Se主要采用原子荧光光谱法测定,存在用酸量大、前处理相对复杂等缺点,对于高含量Se的测定则需要高倍稀释,无疑会扩大分析误差。本文采用粉末压片波谱-能谱复合X射线荧光光谱法测定湖北富硒土壤样品中的Se等17个主次量元素,波谱分析10个元素的同时,能谱分析As、Cu、Rb、Sr、Zr、Ba、Ni等7个元素,大幅节省了测定时间。通过将不同国家标准物质按比例混合的方式配置混合标准样品,解决了现有Se标准物质在5~72μg/g含量范围不足的问题。对于高含量Se的测定,通过谱图分析,波谱数据优于能谱数据,对其精密度、准确度考核,相对标准偏差（RSD）小于10%,高含量Se样品的RSD小于0.70%,能够满足Se含量大于3.00μg/g土壤样品的定量分析要求,同时可提供16个主次量元素的定量或近似定量分析结果。     

流体在岩浆型铬铁矿和铂族元素成矿过程中的作用及意义

镁铁- 超镁铁岩是揭示地幔物质组成和壳幔相互作用的重要窗口,也是Ni- Cu- PGE- Cr等金属矿产资源的重要载体。不同的镁铁- 超镁铁岩体赋矿特征明显不同：蛇绿岩以产出铬铁矿床为特征,阿拉斯加型岩体主要赋含铂族元素(PGE)矿床,大型层状岩体则可同时产出铬铁矿床、PGE矿床和Cu- Ni硫化物矿床。这种成矿差异显然与赋矿岩体形成的构造背景、母岩浆经历的岩浆演化过程有关,但缺少关键控制因素的研究。前人对上述不同种类矿床的研究工作主要集中于地幔源区的部分熔融、上升过程中或岩浆房内的围岩混染和结晶分异等岩浆过程,而极少关注流体作用。近年来,实验岩石学和岩石地球化学的研究均表明幔源岩浆演化过程中的流体活动可能对成矿元素的富集迁移起到至关重要的作用,同时这些成矿元素的赋存状态和分配系数也在不断更新。厘清Cr和PGE在熔体演化——尤其是流体出溶过程中的地球化学行为,刻画并揭示其迁移富集、分离和再富集的成矿过程及控制因素,已成为当前岩浆矿床研究的热点。本文围绕富水流体与铬铁矿和PGE成矿关系的科学问题,总结了不同镁铁- 超镁铁岩体的成矿差异以及铬铁矿和PGE矿床成矿过程中的流体活动记录,提出流体性质和组分对铬铁矿和PGE迁移富集的控制作用,强调有必要开展蛇绿岩、大型层状镁铁- 超镁铁岩体和阿拉斯加型岩体的对比研究。     

全球不同构造环境蛇纹岩全岩和矿物微量元素组成及非传统稳定同位素(Fe-Zn-Cu同位素)特征

蛇纹岩对地球深部和浅部的元素循环以及氧化还原状态调节具有非常重要的作用。蛇纹岩中的流体活动性元素(fluid-mobile element, FME)是揭示地幔岩石水化、脱水以及元素循环的关键。本文系统收集和分析了前人报道的不同构造环境的蛇纹岩矿物化学、全岩微量元素和非传统稳定同位素(Fe、Zn、Cu)的组成特征,试图从多个角度总结蛇纹岩脱水过程的元素迁移规律及流体性质。蛇纹岩主要矿物蛇纹石微量元素含量具有以下主要特征：(1)不同变质程度的蛇纹岩中的蛇纹石既包含轻稀土元素(light rare earth element, LREE)富集,又包含LREE亏损的特征;(2)纤蛇纹石的REE和微量元素分布在利蛇纹石和叶蛇纹石的范围内,利蛇纹石重稀土元素(heavy rare earth element, HREE)整体上略高于叶蛇纹石且更加富集FME;(3)通过中度不相容元素与REE含量相结合,能够较好地区分橄榄石和辉石蛇纹石化所形成的蛇纹石,即辉石形成的蛇纹石富集相容元素(如Sc、Zn、Cr、Y和Ti等)并具有较高的HREE,而橄榄石形成的蛇纹石则表现为平坦且整体较低的REE分布型式。在...     

难熔元素和代表性放射性同位素体系分析技术的进展、问题和应用展望

Pt-Os、Re-Os和Hf-W同位素体系的母体和子体Pt、Os、Re、Hf和W以及其它铂族元素（PGE）化学性质上都是难熔的,我们将这些元素和相关同位素称为难熔元素和难熔元素放射性同位素体系。难熔元素及其放射性同位素体系不仅可以直接测定金属矿床、油气藏和沉积岩系的年龄,而且还可以有效示踪地球深部的核幔反应等过程,这是其它地球化学工具不可替代的。本文评述了当前Pt-Os、Re-Os和Hf-W同位素体系和PGE元素分析技术的研究进展,指出：（1）目前Re-Os同位素定年误差仍较大,迫切需要优化改进分析技术,大幅提高Re-Os同位素定年的准确度和成功率;（2）Pt-Re-Os和W同位素的分析技术需要简化繁琐的化学分离流程和提高仪器分析的效率,同时探索建立新的化学分离和仪器分析方法,进一步提高分析精度,实现对更低Pt、Re、Os和W含量样品的准确分析,才能更有效地示踪地球深部物质循环过程;（3）PGE的元素分析技术尚需改进,分析精度仍需要进一步提升。我们预期随着进一步提升难熔元素和代表性放射性同位素的分析精度,显著降低同位素定年误差,其将在核-幔、幔-幔和壳-幔物质循环过程示踪、金属矿床精细定年和成因机制、复杂含油气系统的定年和示踪以及中元古代环境变化等研究中得到更广泛的应用。

     

稀有金属锂铍矿床研究中的几个关键科学问题——代序

20世纪30年代以来,国内外稀有金属矿床成因研究一直存在着争论,尤其在相关岩石的岩浆源区、岩浆的分异程度、岩浆-热液转换过程、流体作用及其对稀有金属富集成矿的贡献等方面的科学问题还存在不同认识;对于锂铍等超轻元素来说,测试技术的难点也制约了稀有金属锂铍矿床成因机制方面的研究。近年来,战略性新兴产业的蓬勃发展促进了新一轮稀有金属矿床找矿勘查和成因研究的高潮。在中国科学院地质与地球物理研究所吴福元院士的部署和组织下,经过两年多的努力,第二次青藏高原科学考察综合研究专题"稀有金属资源现状与远景评估"（2019QQKZ0802）和中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目"关键矿产资源锂铍的成矿理论创新与实践探索"（IGGCAS-20 1902）的课题组成员围绕锂铍的富集成矿机理开展了工作,在（1）青藏高原及其邻区稀有金属富集机理和成矿潜力、（2）中国东部火山岩型铍矿成矿潜力和找矿远景、（3）中国西部风化壳型元素Li-REE的富集机制、（4）元素铍的原位分析技术、（5）高分异花岗岩富集成矿判别标识的实践探索等5个方面取得了重要的进展。     

东天山阿奇山-雅满苏构造带小东山火山岩的成因和意义:年代学、主微量元素及Sr-Nd-Hf同位素地球化学约束

阿奇山-雅满苏构造带是东天山造山带的重要组成部分,其大地构造属性至今仍存在争议.小东山火山岩出露于阿奇山-雅满苏构造带的西段,包括基性到酸性系列火山岩,是认识阿奇山-雅满苏构造带属性和演化的有效“岩石探针”.本次工作对其开展了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、元素和同位素地球化学研究.研究结果表明,小东山火山岩主要由花岗斑岩、英安斑岩、安山岩、玄武岩以及橄榄玄武岩组成,元素协变关系指示该套火山岩系列属于同源岩浆的演化产物.锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果显示,小东山火山岩年龄为318~308 Ma,形成于晚石炭世.该套火山岩SiO₂含量变化范围较大（48.10%~76.82%）,Al₂O₃含量整体较低且变化范围较小.从基性岩到酸性岩,稀土总量逐渐增加,Eu/Eu*值逐渐降低.中酸性火山岩大离子亲石元素Rb、K、Pb、Sr等相对富集,高场强元素Nb、Ta、Ti、P、Th等强烈亏损.而基性火山岩主要表现为Nb、Ta、Zr、Hf、Ti负异常,K、Pb、P正异常.所有火山岩均以低（87Sr/86Sr）_i（0.704 50~0.707 14）、高ε_Nd（t）（+3.16~+5.71）以及高ε_Hf值（+5.45~+12.18）为特征.上述元素和同位素地球化学特征指示了小东山火山岩形成于岛弧构造环境,起源于交代地幔楔的部分熔融并经过了结晶分异作用.结合前人对区域构造-岩浆活动的认识,本文认为小东山火山岩所在的阿奇山-雅满苏岛弧带是在石炭纪古天山洋向南俯冲过程中形成.      

基于主成分聚类法的典型黑土区土壤地球化学分类

土壤地球化学分类对农业区划和生态区划具有指导意义。本文基于多目标区域地球化学调查获取的土壤常量元素数据,利用主成分分析和K均值聚类组合方法——主成分聚类法,对东北典型黑土区进行地球化学分类研究。结果显示:成土母质是土壤常量元素特征的主要控制因素,利用主成分聚类法将典型黑土区土壤样品划分为5类最为合理,各类样品的常量元素含量具有显著性差异(P<0.05)。土壤地球化学分类结果与第四纪地质单元有一定的对应关系,而分类结果更能反映成土母质的真实分布情况。同时,松花江南部黑土区较高的SiO2含量指示了黑土的沙化生态问题,在黑土地保护中应给予重视。     

原子探针层析技术及其在矿床研究中的应用

原子探针层析技术（APT）是一种能够以亚纳米分辨率提供定量的三维元素和同位素分析的测试分析技术,具有极高的空间分辨率和低的检出限。虽然原子探针主要用于材料科学和半导体领域,但随着近年来在矿床研究中应用的不断增加,正逐渐成为矿床研究的有用手段。与传统的地质分析技术相比,原子探针具有独特的技术优势,可以测量体积＜0.0007μm3的矿物的元素组成,能够在纳米尺度上揭示矿物成分的复杂性,为理解地质演化过程提供全新的认识。本文在简述原子探针层析技术的基本原理、样品的选择和处理以及针尖样品制备的基础上,重点从成矿元素赋存状态、纳米尺度包裹体和稳定同位素组成三个方面阐述了原子探针在矿床研究中的代表性应用成果。迄今为止,原子探针在矿床学中的应用主要集中在成矿元素赋存状态的分析上,尤其是与金矿相关的黄铁矿或其他化学组成相对简单的矿物。而在纳米尺度包裹体和稳定同位素组成方面,原子探针应用成果虽不如前者丰富,但也取得了一些重要的全新认识,表现出良好的应用前景。原子探针在矿床学领域迅速发展的同时,也存在一些亟需解决的问题,如复杂质谱峰的标定、三维重建失真等。尽管如此,相信随着技术的不断进步,原子探针将逐渐成为矿床研究的重要工具。