“关键金属成矿作用” 主题专辑目次

关键金属或关键矿产资源是国际上最近提出的概念,指当前和未来相当长时间内现代社会可持续发展所必需但在稳定供应方面存在较高风险的金属矿产资源,主要包括稀有金属(如铌、钽、锂、铍、铷、钨等)、稀土金属(如钆、镝、镱、钇和钪等)和稀散金属(如碲、镉、镓、锗等)。关键金属由于具有极度耐高温、耐腐蚀、光学和电磁性质优良等物理化学特性,是支撑航空航天、电子信息、高端制造、新能源、新材料等重点领域发展的重要基础原材料,不仅对我国国家经济社会发展和国防安全十分关键,而且成为工业4.0时代全球经济发展和先进制造业的重要战略资源。在此背景下,美国、欧盟、日本、澳大利亚等相继提出本国的关键矿产目录和清单,明确其供应安全为国家战略,并指出与中国的竞争关系。显然,对关键金属矿产资源的控制和勘探开发利用已不可避免地成为大国资源博弈的焦点。如2011年以来,美国能源部、地调局、内政部和商务部相继发布关键矿产战略、关键矿产评估、关键矿产资源及关键矿产清单、确保关键矿产安全可靠供应的联邦战略等一系列重要报告,欧盟也陆续制定自己的关键金属矿产资源战略、关键原材料清单、欧盟关键矿产、欧盟关键原材料2050愿景与科技创新路线图等。 键金属在地质上有4个显著特点:一是在岩石圈中的丰度很低,通常需要特殊的地质过程和元素的超常富集才能形成具有工业意义的矿产;二是探明资源储量程度较低,难以满足世界各国日益增长的需要;三是部分稀有分散元素难以形成独立矿床,通常以伴生元素的形式赋存在各类矿床中,对这类元素的有效分离和高效利用仍是一个难题;四是关键金属矿产在全球范围内分布极度不均,没有任何一个大国的关键金属能实现自给自足。上述地质属性为关键金属元素来源的示踪、关键金属矿产的勘查评价和元素的提取分离等带来了困难和挑战。正因为如此,关键金属元素的成矿作用机制和资源分布规律研究已成为国际地球科学的热点问题和前沿领域。近年来中国科学技术部和国家自然科学基金委员会等部门相继启动多个专项研究计划,力图推动我国关键金属成矿作用理论创新及勘查评价和资源利用的关键技术突破,如科学技术部启动了“战略性矿产勘探开发利用”重点专项,国家自然科学基金委员会启动了“战略性关键金属超常富集成矿动力学”重大研究计划,中国地质调查局启动了“战略性新兴产业矿产调查”工程,等等。这些专项计划的主要目标是通过加强关键金属矿产资源的研究、勘查、评价和开发,为保障我国战略性新兴产业需求和国家安全、提升国际博弈的控制力和话语权提供重要的理论依据、科技支撑和决策咨询。 为了展示近年我国关键金属矿产资源研究和勘探方面的成果,《地学前缘》编辑部委托我们邀请相关专家组织 “关键金属成矿作用”主题专辑,经过特约主编初选和同行专家审稿,最终接收14篇论文在本专辑发表,主要涉及铷、稀土、锗、锂、铍、铌、钽、锡、锑、铂族元素等关键金属的研究成果。根据研究内容,将论文归为5个栏目,分别为主题综述篇、稀土金属矿床成矿机制与成矿模式、稀有金属矿床成矿过程及勘查进展、稀贵稀散金属成矿构造背景及成矿规律、高纯石英的矿物学研究进展及工业应用,考虑到钒、锑为重要的关键金属,论文较少,一并放到稀贵稀散金属栏目中。 稀土金属矿床成矿机制与成矿模式方面有4篇论文。邓淼等总结全球最大的稀土矿床——白云鄂博矿床的成因研究进展,从矿床地质特征、矿物学特征、成矿时代、成矿流体和稀土元素来源等方面介绍了前人对白云鄂博矿床成因研究取得的主要成果和认识,提出了今后值得重点关注和需要进一步研究的问题和方向。梁晓亮等从花岗岩原生稀土矿物或富稀土元素矿物的溶解、原生矿物向次生矿物的转变、离子吸附型稀土矿床中的赋存状态、吸附和分异机制等方面综述了离子吸附型重稀土矿床的矿物表面/界面反应机制及其对表生淋滤过程中稀土元素活化、迁移、分异和富集的重要作用,为全面理解离子吸附型稀土矿床的成因机制提供了新的思路。易泽邦等通过利用新的物理和化学技术方法提取了广西平南地区花岗岩风化产物中的纳米微粒并准确获得其中的稀土元素含量,阐明了富稀土风化壳中纳米微粒的稀土元素组成和分布特征,为揭示花岗岩风化过程中稀土元素分异富集过程、阐明我国华南离子吸附型稀土矿床的成因机理提供了新的途径和思路。杨道明等基于现有实验岩石学的研究,总结分析和探讨了控制火成碳酸岩中稀土元素和稀有金属元素铌成矿的关键因素,为深入理解火成碳酸岩有关稀土和稀有金属元素成矿、评价火成碳酸岩成矿潜力提供了新视角。 稀有金属矿床成矿过程及勘查进展方面有5篇论文。陈雪锋等对近年来在江南隆起带新发现的西坞口花岗岩型大型铷矿床铷的赋存状态和富集成矿机制进行研究,揭示铷主要以类质同象的方式赋存在多硅白云母中,提出岩浆 热液过渡阶段由于氟含量的升高使岩浆体系中的硅氧四面体、铝氧四面体及其聚合体发生解聚作用,从而使架状硅酸盐向层状硅酸盐矿物转变,促使大量富铷多硅白云母的结晶形成工业铷矿床。唐勇等综合分析了前人对稀有金属矿物在硅酸盐熔体中的溶解度及其影响因素研究,初步建立了二者的定量关系,认为温度和铝饱和指数是影响熔体中稀有金属矿物溶解度和是否形成稀有金属独立矿物的主要因素,提出由岩浆侵位、分离结晶以及流体作用等引起的降温和铝饱和指数增加是稀有金属矿物富集成矿的主要机制。夏祥标等报道了在北喜马拉雅成矿带首次发现、具有超大型资源前景的错祥林铍锡多金属矿床地质矿化特征,划分出4种矿化类型,即夕卡岩型、锡石 石英脉型、锡石 硫化物型和花岗伟晶岩型,识别出两期成矿作用,在此基础上总结了找矿标志,提出了找矿方向。余小灿等对华南江汉盆地近年来新发现的低镁/锂比值深层卤水锂资源的成矿地质背景、富锂卤水水化学特征、富锂卤水赋存的地层与岩性特征进行了详细描述,综述了富锂卤水矿床的成因和勘查进展,对富锂卤水的开采技术和资源利用进行了分析展望,提出深层富锂卤水绿色高效开采与提取技术攻关和相关勘查开发规范的制定是未来研究的重点。周振华等对大兴安岭南段锡多金属矿床的矿化类型、成矿系统、时空分布、成矿模式和成矿规律进行了系统总结,探讨了锡多金属成矿作用机制和成矿动力学背景,丰富了区域锡多金属矿床成矿理论,对区域找矿勘查具有重要指示意义。 稀贵稀散金属成矿构造背景及成矿规律方面有4篇论文。张铭杰等研究了我国西部新元古代和古生代典型岩浆型铂族元素矿床的成矿条件,讨论了铂族元素的源区特征、岩浆过程、迁移形式和多阶段富集过程,总结了岩浆演化过程中铂族元素发生超常富集和成矿的主要机理和地球动力学背景。孔志岗等研究了川滇黔铅锌矿集区大梁子大型富锗铅锌矿床控矿构造的成生序列、构造演化、构造样式及其控矿机制,在此基础上提出矿区南部和西部类似构造分布区为找矿有利部位。郑有业等分析了北喜马拉雅成矿带典型锑矿床的地质特征、矿化特征、矿床地球化学组成和矿床时空分布规律,基于多元素化探异常分析提出了找矿远景地段,划分了最具找矿远景的区域,提出北喜马拉雅成矿带有望成为我国最重要的锑资源勘查开发后备基地。徐林刚等对南秦岭早寒武世千家坪钒矿床的成矿物质来源和古海洋环境进行了研究,认为钒主要来自海水沉积,早寒武世早期南秦岭古海洋表层为氧化性水体,深层为缺氧水体,钒矿床形成于缺氧环境。 高纯石英虽然一般不被列入关键矿产,但在高新技术产业(如半导体、高温灯管、通讯、精密光学、微电子和太阳能等)中应用广泛,发挥了关键作用。因此,本专辑特邀中国科学技术大学杨晓勇等团队对高纯石英的矿物学特征、石英晶体中的主要杂质元素及其赋存状态、石英的阴极发光特性、高纯石英的质量分类及工业标准等进行了详细介绍,总结了高纯石英的矿物学研究进展,并对未来高纯石英的基础研究和工业应用发展趋势进行了展望。 我们希望该专辑的出版在推动中国关键金属矿产成矿理论研究、矿产勘查评价和资源开发利用等方面发挥积极的作用,并期待更多的学者和找矿勘探一线地质工作者更加关注关键金属矿产资源的研究,为提升我国关键矿产资源的国内保障程度、服务国家矿产资源重大战略做出更大的贡献。 本专辑的出版凝聚了14篇论文作者和评审专家的辛勤劳动以及《地学前缘》编辑部各位同志的辛苦付出,值此专辑付梓之际,向他们表示衷心的感谢!