花岗岩类岩石成因的磷灰石微区地球化学和同位素示踪

花岗岩类岩石是大陆地壳最重要的组成部分,通常伴生金属矿产,其成因研究可用来探索大陆地壳的形成、演化及动力学机制,并指导矿产资源的勘探。花岗岩类岩石是由岩浆经过结晶分异、地壳混染和岩浆混合等复杂演化过程形成的,且其母岩浆通常来源于不同的岩浆源区。如何准确示踪岩浆源区性质和精细刻画岩浆演化、岩石成岩过程是花岗岩成因研究的关键。磷灰石作为花岗岩类岩石中常见的副矿物,其结晶历史时间长——贯穿整个岩浆演化阶段,且富含F、Cl等挥发分和Sr、REE等微量元素,其化学特征和同位素组成在示踪花岗岩岩浆源区和成岩过程方面有独特的优势。随着微区分析技术的发展,磷灰石的微区地球化学成分记录了寄主岩浆的成分及其变化过程,可从微观角度揭示花岗岩的成因。本文结合前人研究成果及作者近年来的相关工作,系统综述磷灰石微区地球化学研究的进展,探讨如何在岩相学观察的基础上利用磷灰石的结晶过程、微区成分环带和微区同位素组成示踪岩浆源区、岩浆演化和成岩过程,以期为探索花岗岩精细成岩过程提供有效示踪方法。

     

新石器时代晚期凉山地区粟黍农业初探——来自河东田、河头地遗址先民骨骼生物磷灰石的稳定同位素证据

中国西南地区是新石器时代粟黍向外传播、发展的重要交流通道,然而该区域粟黍南传的具体过程和路线尚不明确。鉴于此,本研究对四川凉山地区河东田遗址（26°10'7.78″N,102°6'51.83″E）和河头地遗址（26°10'25.20″N,102°6'54.84″E）先民骨骼生物磷灰石进行了碳、氧稳定同位素分析,以探讨凉山地区先民的生存策略以及粟黍在该地区的传播。河东田遗址和河头地遗址共获取了6例人骨生物磷灰石的有效数据,其δ¹³C均值分别为-5.5‰±1.8‰（n=4）,-5.5‰（n=2,-6.9‰和-4.0‰）,结果显示该区域人群的饮食呈现为兼具C₃和C₄类食物的混合食物结构,且粟黍等C₄类食物在本地区先民的食物结构中具有重要的贡献;河东田遗址和河头地遗址先民的δ¹⁸O均值分别为-12.3‰±0.4‰（n=4）,-12.0‰（n=2,-12.0‰和-11.9‰）,显示两处遗址先民摄入的水分来源相对一致,当时的先民可能是在本地生活,围绕城河定居。在此基础上,结合中国西南地区同时期稳定同位素数据和其他考古研究发现新石器时代晚期凉山地区的粟作农业应当是当地自然环境和考古学文化互动双重影响的结果,粟黍可能传播至凉山地区后继续南传至云南乃至东南亚地区。

     

新疆阿尔泰青河-富蕴地区晚新生代隆升-剥露过程——来自磷灰石裂变径迹的证据

前人已经对阿尔泰造山带中—新生代的陆内造山作用进行了大量的研究工作,但对中国境内阿尔泰山的隆升过程特别是晚新生代以来的隆升研究程度较弱。阿尔泰山现今的构造面貌究竟是何时定格的,目前仍没有确切的认识。对阿尔泰青河—富蕴地区花岗岩与片麻岩5件样品进行了磷灰石裂变径迹研究,获得了该区晚新生代以来的隆升—剥露信息,并探讨了该区的热史演化过程与阿尔泰山现代地貌的形成。样品的磷灰石裂变径迹年龄为18.7±1.6~22.7±2.2Ma,封闭径迹长度分布在11.6±1.2~13.1±1.4μm之间。热史模拟表明,阿尔泰青河—富蕴地区具有四阶段演化模式:28Ma以前的稳定阶段、28~18Ma的快速冷却阶段、18~8Ma的稳定阶段、8~6Ma以来的快速冷却阶段。8~6Ma以来是本区剥露的最快时期,这一阶段的隆升造就了现代阿尔泰山的地貌,而且也存在于中国西部的其他造山带。2期主要的快速隆升—剥露事件均与青藏高原的隆升阶段有很好的对应关系,应该是对印度—欧亚板块碰撞的响应。     

方解石负载羟基磷灰石复合材料去除水中铀离子的PRB活性介质研究

铀污染地下水分布于世界多国,其危害备受关注。本文基于溶胶-凝胶法制备方解石负载羟基磷灰石复合材料(CLHC),通过静态与动态对比试验,探讨了PRB活性介质对水中铀离子的吸附机理和去除效果。试验结果表明,制备的CLHC表面被羟基磷灰石覆盖,对铀离子具有较强的吸附能力。当U的初浓度为5.0 mg/L、试验周期为2 h、溶液pH值为4、CLHC用量为0.5 g/L时,CLHC可以吸附水中所有的铀离子。CLHC对铀离子的吸附过程可以用Langmuir等温吸附模型、粒子内扩散吸附动力学模型和准二级吸附动力学模型较好地进行描述。石英砂负载羟基磷灰石与CLHC相比,后者具有更强的吸附能力,而且具有更长的使用寿命。CLHC在吸附铀的过程中没有价态变化,其对铀离子的吸附主要为离子交换的化学吸附。本研究的成果可为可渗透反应墙被应用于铀污染地下水修复提供试验依据。     

中国北方磷矿矿床类型及成矿规律

通过对中国北方内生磷灰石、变质及沉积型磷矿成矿特征及典型矿床的研究,建立了各种类型磷矿床的成矿模式和找矿模型、确定了各类型矿床的时空分布规律以及矿床的共生规律,为开展磷矿的找矿工作具有重要参考价值。     

(U-Th)/He年龄在沉积盆地构造-热演化研究中的应用——以塔里木盆地KQ1井为例

(U-Th)/He热定年技术是近年来用于沉积盆地热史研究的新技术,目前主要是利用磷灰石和锆石的He年龄来揭示地层的构造抬升和热历史.本文依据塔里木盆地钻井样品的实测磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄数据,初步得出了该地区磷灰石(U-Th)/He年龄的封闭温度为85℃,并建立了深度/温度－年龄演化模式;锆石则未达到其较高的封闭温度.综合利用本次实测的He年龄数据结合磷灰石裂变径迹和等效镜质组反射率等古温标,模拟计算了塔里木盆地孔雀1井（KQ1）自奥陶纪末期以来的热历史.模拟结果表明,孔雀1井区奥陶纪末期的地温梯度可达35.5℃/km,志留纪—泥盆纪时期的地温梯度为33.3～34.5℃/km,白垩纪末期地温梯度27.6℃/km左右.因此,(U-Th)/He年龄结合其他古温标综合模拟的方法可以很好地揭示沉积盆地的热历史.特别是该技术为缺乏常规古温标的塔里木盆地下古生界碳酸盐岩层系所经受热史的恢复提供了新的方法.     

喀喇沁玻基橄辉岩中的磷酸盐质熔体及磷灰石

磷酸盐在本文讨论的坡基橄辉岩中以多种形式产生,有早期结晶的磷灰石斑晶;有熔离的磷酸盐质熔浆液滴;也有晚期穿入橄榄石斑晶的磷酸盐质细脉,表明元素磷活跃在岩浆演化的每一个阶段。磷酸盐质熔浆液滴的存在,说明磷酸盐质熔体可能是由于岩浆的熔离作用而形成的。沿着橄榄石晶格生长石出现的磷酸盐质玻璃细脉则进一步证实地幔中含磷流体不但存在,而且具有很强的活动性。     

含铬方解石向磷灰石转化过程中铬的迁移和固定

为了研究含重金属方解石向磷灰石转化过程中重金属的迁移转化规律,通过共沉淀法制备了分别含Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的方解石,在水热条件下研究其向磷灰石的转化过程,并用XRD、FT-IR、SEM、ICP-OES等手段对产物进行测试和表征。结果表明,含Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的方解石均可在水热条件下转化为碳羟磷灰石,超过97%的铬被固定到磷灰石结构中,仅约0.18%～2.06%的Cr(Ⅲ)、0.10%～0.62%的Cr(Ⅵ)被释放到溶液中。反应温度介于120～200℃范围内,温度越高,释放到溶液中的铬越少。研究结果表明,通过方解石-磷灰石的转化可以将铬固定到磷灰石中,从而降低土壤中铬的生物可利用性。     

胶东夏甸金矿床构造-热历史: 成岩-成矿年代学与磷灰石裂变径迹热年代学综合约束

胶东是全球唯一已知前寒武纪变质地体内的晚中生代巨型金成矿系统, 其成矿机制独具特色, 属胶东型金矿床成因新类型; 深入剖析该成矿系统的形成、变化与保存过程对丰富和完善金成矿理论具有重要意义。夏甸超大型金矿床位于胶东招平金矿带中南段, 赋存于晚侏罗世玲珑花岗岩和早白垩世郭家岭花岗岩中, 是一典型的胶东型金矿床; 该矿床成岩-成矿时代已有精确限定, 但其精细演化过程与成矿后变化-保存尚缺乏有效约束, 是开展矿床形成与隆升剥蚀研究的理想选择。因此, 本文通过成岩-成矿年代学与磷灰石裂变径迹热年代学综合约束该矿床的构造-热历史, 揭示其主控因素, 提高对该成矿系统的认识, 为深部找矿潜力评价提供支撑。本次获取的锆石U-Pb定年结果显示玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩分别于151.7±2.1Ma(2σ)和125.8±1.6Ma(2σ)侵位。区域已有黑云母和白云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄表明玲珑岩体侵位后缓慢冷却, 并发生韧性变形; 郭家岭花岗岩则经历了同岩浆韧性变形和快速冷却; 约于124Ma两者均冷却至350±50℃, 区域发生韧脆性变形转换。夏甸金矿床与载金矿物共生的热液绢云母⁴⁰Ar/³⁹Ar和热液独居石U-Pb年龄表明, 该区于约120Ma发生大规模脆性构造活动和金成矿作用。本文利用采自夏甸金矿床-652m中段532巷道中包括主控矿断层上、下盘经历不同变形程度的7件岩/矿石样品进行磷灰石裂变径迹(AFT)分析。除遭受异常热事件影响的主断裂上盘次级断层断层泥样品外, 其余6件样品AFT中值年龄在32.5±1.7Ma(1σ)至23.6±2.9Ma(1σ)之间, 其径迹长度平均值低于14μm(范围为12.0±0.3μm~13.8±0.3μm)、为单峰分布、并略具负偏斜特征, 表明该矿床大致在32~23Ma单调缓慢通过磷灰石裂变径迹部分退火带(125~60℃)。综合区域已有热年代学资料与上述锆石U-Pb、AFT数据, 重建了夏甸金矿床自赋矿玲珑和郭家岭花岗岩侵位以来的构造-热演化历史, 计算出自120Ma金成矿至今该矿床平均冷却和剥蚀速率分别为1.8℃/Myr和0.059km/Myr, 总剥蚀量约为7km, 对比前人对胶西北地区整体剥蚀程度与深部成矿潜力的定量评估以及目前~1.5km的钻孔最大见矿深度, 推断其深部找矿潜力良好。