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    新世纪成因矿物学研究动向与进展:纪念陈光远先生诞生100周年专辑
    特约主编致读者
    李胜荣,鲁安怀,申俊峰,张华锋
    2020, 27(5): 0-0. 
    摘要 ( 40 )   PDF(13536KB) ( 42 )  
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    成因矿物学研究基础:矿物识别及定量化表征
    新矿物与新矿物研究创新探索
    李国武
    2020, 27(5): 1-9. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.41

    摘要 ( 50 )   PDF(1606KB) ( 85 )  

    作为矿物学的重要基础研究方向之一,新矿物的发现及其晶体结构、晶体化学的研究始终备受各发达国家的一贯重视。新矿物的研究和发现及其成果具有国际性,在一定程度上反映了国家在该领域以及整体科技水平和对科学发现的贡献。笔者近年来参与了对若干存疑矿物进行的精细晶体结构与晶体化学研究和矿物学研究,从2005年至今参与发现的23种新矿物均获得国际矿物学协会新矿物及分类命名委员会(IMA-CNMNC)所批准。这些新矿物的获批得益于成功地获取了成分数据、衍射数据和晶体结构的阐明。本文就新矿物的认定规则、申报内容和数据、分类命名、研究内容及工作方法等进行综述,在此抛砖引玉,希望通过交流促进我国新矿物研究领域的发展。

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    富氯造岩矿物中溴的分子结构
    Yuanming PAN, Ning CHEN, Jianfeng ZHU, Neelege HOPPS, Eli WIENS, Jinru LIN
    2020, 27(5): 10-22. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.54

    摘要 ( 49 )   PDF(1676KB) ( 32 )  

    卤族元素诸如氯和溴作为地球化学示踪剂,常用于指示岩浆、变质岩和热液的来源和演化过程。而认清溴在造岩矿物中的形态和结构有助于丰富和完善其在地质环境演变中的示踪作用。但是,溴在造岩矿物中的含量极低导致大多数结构分析方法都无法使用,因此造岩矿物中微量溴的结构研究极具挑战性。本文采用81Br魔角旋转核磁共振(MAS NMR)光谱和同步辐射吸收光谱(XAS)技术,首次对富氯造岩矿物中的微量溴进行了结构分析。结果表明溴离子在方硼石中的微区结构不同于该矿物中三配位Cl原子的结构环境,而与Mg3B7O13Br中八面体配位的溴离子相似,表明即使在微量条件下也存在域偏析。而对其他富氯造岩矿物的Br K边X光吸收近边结构(XANES)光谱白线峰的位置和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)分析表明微量溴离子替代了这些矿物中氯的位置,导致局部结构扭曲膨胀。溴离子在造岩矿物中的这一微观结构研究结果可为探索氯和溴在地质演变过程的指示作用提供新的科学依据。

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    火成岩结构的二维定量化分析方法
    杨宗锋,李解,姜晓杰,曲林雨,袁野,李英英,彭慧中,饶彤, 马犇,徐志豪
    2020, 27(5): 23-38. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.34

    摘要 ( 39 )   PDF(6961KB) ( 59 )  

    近些年,定量化火成岩结构研究表明,利用常规的岩矿鉴定设备,获取不同尺度的火成岩二维岩相学照片,通过肉眼识别矿物颗粒,并借助图像处理和结构分析软件,可以准确地量化火成岩的结构特征。本文结合近些年国内外同行的研究成果,对火成岩二维定量化结构分析方法中常用的多种观测方式优缺点进行了总结。粒度在毫米级以下的火成岩的定量化结构参数,可以用偏光显微镜下的透射光、反射光、阴极发光和电子探针背散射成像中的两种或两种以上观测方式进行分析,并具有较高的精度和准确度。粒度小于0.03 mm的各种镁铁质矿物可用反射光和背散射图进行分析,灰度近似的镁铁质矿物可以利用图像处理软件赋予不同的彩色,提高颗粒间的辨识度。常规偏光显微镜下不易区分的长英质矿物和多数副矿物可用偏光显微镜阴极发光进行分析。粒度在毫米级以上的造岩矿物可以用光片或野外测量的方式进行定量分析。为了方便相关领域学者使用火成岩二维定量化结构分析方法,本文详细列出了具体的分析步骤,并结合一个玄武岩样品中的橄榄石斑晶数据结果,重点分析以下4个方面的问题:(1)如何准确识别矿物颗粒边界;(2)矿物含量和形态的确定;(3)分析区域面积和颗粒数的确定;(4)不同晶体群的区分。分析结果表明,颗粒数100~500颗时,晶体粒度分布(CSD)的截距和斜率、矿物含量、定向程度和粒状矿物的三轴比在误差范围内没有显著区别,但颗粒最大长度和聚集程度会被低估。当颗粒数小于300颗时,晶体空间聚集程度的R值会被高估0.05~0.2,这一点在以往的研究中没有得到充分重视。当颗粒数大于500颗时,所有结构参数都趋于稳定,且精度和准确度都会显著提高。目前多数研究者提供的结构参数往往与观测和统计方式有关,缺乏对应的原始数据,不方便同行间的对比研究,建议学者今后发表相关成果时,提供详细的分析步骤和最原始的数据。分析步骤重点说明包括:(1)聚集矿物边界的识别和处理方式;(2)晶体三维形态的确定方法,样品间CSD参数的变化是否是由形态参数变化引起;(3)能够准确识别的矿物颗粒最小粒度;(4)利用颗粒数较多的样品选取较小的不同区域重复分析3到5个不同区域,评估样品的均一性,并据此估计样品的分析精度。原始数据方面包括:(1)提供同一个样品至少一个不同区域的分析结果,如果是多个作者的研究成果,建议提供至少两人独立分析的结果用来评估数据的精度和准确度;(2)文章正文或附件中应该提供每个样品不同粒度间隔的颗粒数,样品原始的高分辨率矿物轮廓描绘图或图片分析的相关原始参数。火成岩出现复杂晶体群时,定量化的结构参数往往体现的是多种晶体群的混合特征,并且与不同晶体群的比例有关。未来的研究需要结合多种观测方式和微区成分分析重点识别不同晶体群的结构参数,对粒度和成分近似的多种晶体群的识别,还需要开发更多有效的方法,这对准确认识火成岩结构多样性的成因和岩浆作用过程都有重要意义。

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    基于深度学习的智能矿物识别方法研究
    郭艳军,周哲,林贺洵,刘小辉,陈丹丘,祝佳琪,伍峻琦
    2020, 27(5): 39-47. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.45

    摘要 ( 64 )   PDF(2272KB) ( 73 )  

    矿物识别在许多研究领域都有着重要作用,基于深度学习技术的智能矿物识别为这些领域带来了新的发展方向,不仅能有效节省人工成本,还能减小识别错误。针对石英、角闪石、黑云母、石榴石和橄榄石共5种矿物进行实验,提出了一种准确高效的智能矿物识别方法。实验采用图像分析常用的卷积神经网络建立模型,设计出一套基于残差神经网络的矿物识别方法。本实验独立采集了5种矿物的偏光显微图像数据集,用于模型的训练、验证和测试,并通过合理的数据增强策略来扩充训练数据集。在卷积神经网络的结构设计上,选取了ResNet-18作为框架,最终于模型测试中取得89%的准确率,成功训练出一个较为精准的矿物识别模型,实现了基于深度学习的智能矿物识别方法。

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    地质过程与成矿作用示踪的成因矿物学
    吉林蛟河上地幔岩碎块内熔融微区矿物学及其地质意义
    刘劲鸿
    2020, 27(5): 48-60. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.50

    摘要 ( 26 )   PDF(3071KB) ( 35 )  

    吉林蛟河地幔岩碎块是被碱性橄榄玄武岩岩浆喷发携带至地壳浅部或地表的。碱性橄榄玄武岩中地幔岩碎块含量40%~55%,局部达60%以上;碎块大小不等,一般直径以5~10 cm居多,大者达20~35 cm,故定名为地幔岩集块熔岩(岩流)。地幔岩碎块以尖晶石二辉橄榄岩和尖晶石斜辉橄榄岩碎块为主,纯橄榄岩次之,未发现石榴石橄榄岩;胶结物为碱性橄榄玄武岩岩浆。本次研究发现地幔岩内存在丰富的、不同成分和形态的熔融微区。熔融微区类型以其形状可分为滴状、扇状、球状、不规则状、短脉状和环边状,以其特征新生矿物分为OL型、K型、Na+Chl型、PL型、OL+SP型、C+SP型和SP+Chl+Ser型。熔融微区结构为玻基间隐结构或放射状结构;矿物呈骸晶状、中空为玻璃质;残余玻璃脱玻化,产生少量针状和不透明黑色雏晶。熔融微区的形状、结构、物质组成及矿物结晶等特征具有标型性,表征这些熔融体是在上地幔深度保存的幔源岩熔融交代的产物,幔源结晶岩是固相残留。该幔源岩经历强火山喷发使其发生爆炸的地质事件,导致K、Na、Al、Ca易熔组分和H2O、CO2等挥发分开始熔融和气体释放,营造快速固化结晶和淬火的环境。这些少量的熔融物择优占据矿物间隙、裂隙、位错或晶体缺陷处汇聚并熔融交代相邻矿物,不断扩展空间,遂形成滴状等特征形状的“微区”。由于熔融程度不同,产生的熔融物的化学成分和结晶程度也有差异,所代表的初始岩浆性质也不一样,可以是超基性或碱性橄榄玄武质,抑或碧玄岩质岩浆。从检测出的这些信息证实,蛟河地幔岩是被不一致熔融抽取后的地幔残留,即岩石圈地幔。

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    四川攀西地区层状侵入体中堆晶岩成因的矿物学约束
    罗照华
    2020, 27(5): 61-69. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.33

    摘要 ( 38 )   PDF(3147KB) ( 52 )  

    火成岩中可以包含多种晶体群这一发现具有重要意义,使得成因矿物学重新成为揭示岩浆系统演化的基本指导思想。但是,这种重要性在许多文献中都没有得到反映,其典型实例就是镁铁质层状侵入体中堆晶岩的成因。争论在于堆晶矿物是循环晶还是母岩浆的液相线相。因此,本文致力于探讨四川攀西地区镁铁质层状侵入体中堆晶岩的形成过程,重申成因矿物学的重要意义。显微镜观察表明,堆晶单斜辉石富含Fe-Ti氧化物出溶叶片(含叶片辉石),表明其形成环境明显不同于与斜长石呈共结关系的单斜辉石(无叶片辉石);无叶片辉石和斜长石中的橄榄石包裹体呈浑圆状,表明了橄榄石与结晶环境间的热力学不平衡。橄榄石与熔体间Fe-Mg分配关系分析表明,根据母岩浆成分推测的橄榄石Fo值远低于岩体中观测橄榄石化学成分变化范围(Fo61-Fo81)的高限,表明至少部分橄榄石不是寄主侵入体的液相线相。橄榄石的Mg#值(100×Mg/(Mg+Fe))与微量元素(特别是Ni)的相关关系表明存在多种橄榄石晶体群,它们形成于不同的热力学环境中。晶体沉降过程分析表明,寄主岩浆析出的晶体几乎不可能发生快速重力沉降来形成堆晶岩。所有这些证据都表明,形成堆晶岩的矿物主要来自岩浆系统深部不同的岩浆房中,是被岩浆携带输运到终端岩浆房的循环晶。

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    岩浆作用过程的矿物记录:以邯邢地区中生代侵入岩为例
    张聚全,梁贤,闫丽娜,李胜荣,申俊峰,卢静,吴伟哲,李清
    2020, 27(5): 70-87. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.43

    摘要 ( 35 )   PDF(8057KB) ( 50 )  

    矿物环带结构是岩浆过程的良好记录,而矿物温压计可以定量计算岩浆的物理化学条件。该次研究对邯邢地区中生代侵入岩中两个浅成侵入体中典型的斜长石斑晶进行了电子探针和LA-ICP-MS元素面扫描,同时对其中不同成因的角闪石晶体进行了电子探针分析和物理化学条件计算。通过研究发现这两个样品中的斜长石斑晶属于循环晶。辉石闪长玢岩中的斜长石斑晶主要成分为更长石,而斑状石英二长岩中斜长石斑晶主要成分为中长石和拉长石。两者具有明显不同的环带结构,分别记录了不同的岩浆混合过程:前者记录了基性岩浆多次注入酸性岩浆房,并最终获得体积优势;后者记录了少量基性岩浆注入酸性岩浆房内,两者不断混合,形成均质化岩浆的过程。Fe元素从斜长石中心到边部有富集的趋势,表明岩浆最终向富铁的方向演化。角闪石温压计的计算结果表明,辉石闪长玢岩的岩浆房深度在5.5 km左右,温度大约为850 ℃,氧逸度大约为ΔNNO+1,熔体中的含水量大约为4.0%,其最终侵位于2.1 km的地壳深度。而斑状石英二长岩最终定位于2.0 km的地壳深度,角闪石结晶的平均温度为737 ℃,相对氧逸度为ΔNNO+1.2,熔体含水量为3.9%。

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    俄罗斯极地乌拉尔硬玉岩成因矿物学研究
    孟繁聪,白盛锦,Alexander B. MAKEYEV,Ksenia V. KULIKOVA
    2020, 27(5): 88-98. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.39

    摘要 ( 22 )   PDF(4226KB) ( 38 )  

    俯冲带是壳幔物质循环的重要场所,硬玉岩可以记录这一循环过程。文中总结了俄罗斯极地乌拉尔硬玉岩的研究进展。硬玉岩呈脉状或透镜状产在蛇纹石化的方辉橄榄岩中,主要由硬玉和绿辉石组成。根据结构和颜色,硬玉可识别出两个世代。硬玉韵律环带发育,含有H2O和CH4流体包裹体,显示从流体中结晶的特征。硬玉岩中的锆石为热液锆石,锆石稀土元素中LaN/YbN=0.001~0.01,LuN/GdN=10~83,Ce/Ce*=2.8~72,显示正异常,δEu=0.53~1.02,类似于岩浆锆石。锆石的176Hf/177Hf=0.282 708~0.283 017,εHf(t)=+6~+17,类似于N-MORB的Hf同位素组成,锆石δ18O组成为5.03‰~6.04‰,平均δ18O为(5.45±0.11)‰,类似于岩浆热液和地幔的氧同位素组成。这可能反映了锆石是被俯冲带流体从途经火成岩中捕获的或者形成锆石的流体与寄主岩(方辉橄榄岩)达到了平衡。硬玉岩稀土元素配分模式近平坦或轻稀土元素略显富集,LaN/YbN比值为0.82~2.42,δEu为1.2~1.6,显示正异常,这与寄主岩稀土元素配分模式相似。富集Sr、Ba、Zr、Hf,Nb为负异常,与岛弧岩浆特征类似。(87Sr/86Sr)t为0.703 400~0.703 519(t=368 Ma),变化较小,与古海水差别明显;εNd(t)值为+0.77~+5.61,变化较大,与寄主岩(方辉橄榄岩)的Nd同位素组成类似,但不同于海水及沉积物的Nd同位素组成,表明硬玉岩的物质来源与寄主岩有明显继承关系,海水与沉积物的贡献不是主要的。矿物学和岩石学证据支持极地乌拉尔的硬玉岩主要是俯冲带流体与橄榄岩相互作用后并在其中结晶的产物。

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    黑龙江省嫩江—黑河构造混杂岩带科洛金矿床成因:来自黄铁矿化学成分及He-Ar、S、Pb同位素证据
    李成禄,李胜荣,袁茂文,杜兵盈,李文龙,Masroor ALAM,刘东园,刘浩
    2020, 27(5): 99-115. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.37

    摘要 ( 31 )   PDF(4915KB) ( 33 )  

    科洛金矿床位于黑龙江省嫩江—黑河构造混杂岩带中,为一正在勘查的中型金矿床。前人研究认为该矿床为一中温、富水、低盐度的韧性剪切带型金矿床。但随着勘查工作的持续开展,新发现了大量含多金属硫化物的石英脉型矿石。为进一步明确该矿床成因,对科洛金矿床内韧性变形和浸染状团块状两种不同产状黄铁矿进行了系统的成分标型及稳定同位素特征研究。结果表明:韧性变形黄铁矿较浸染团块状黄铁矿的S/Fe值低,Au、Ag、Co含量高,As含量低,总体显示韧性变形黄铁矿相对贫硫;黄铁矿微量元素显示两类黄铁矿REE具有相似的地球化学特征,整体呈轻稀土富集、重稀土亏损的“右倾”式稀土配分模式。稀土元素总量为17.00×10-6~66.95×10-6,韧性变形黄铁矿含量明显偏低,LREE/HREE值为5.25~12.50,相对较稳定。Y/Ho值与地幔和地壳重合范围较多,Zr/Hf值、Nb/Ta值变化范围较大,显示成矿环境不稳定;黄铁矿3He含量为2.405×10-13~10.811×10-134He含量为3.35×10-7~4.99×10-73He-4He图和R/Ra-40Ar/36Ar图显示成矿流体有以地幔为主的壳幔混源特征,成矿过程应有大气降水的参与;黄铁矿δ34S变化范围小,集中在+2.3‰~+7.6‰(韧性变形黄铁矿δ34S平均值偏低),稍正向偏离陨石硫特征;黄铁矿的206Pb/204Pb=18.157~18.211;207Pb/204Pb=15.542~15.594;208Pb/204Pb=38.032~38.218(韧性变形黄铁矿的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb平均值偏低),均显示与造山作用关系密切。利用黄铁矿化学成分特征元素Co/Ni值及Co-Ni成因判别图解认为科洛金矿有热液成因矿床特征;利用w(Fe+S)-w(As)图解和Co-Ni-As含量图解显示石英脉型矿石反映浅成低温热液型金矿特征。综合区域变质变形事件、典型矿床特征及矿区内已取得的年龄、流体包裹体等相关数据认为,科洛金矿床应存在两期矿化:三叠纪形成的韧性剪切带型金矿床和白垩纪形成的浅成低温热液型金矿床。建议在今后的矿产勘查中注意寻找真正的韧性剪切带型金矿。

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    云南大丫口祖母绿颜色环带成因对多阶段成矿的指示意义
    余晓艳,郑育宇,张婷雅,郭鸿舒,龙政宇,万佳鑫,张存
    2020, 27(5): 116-125. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.48

    摘要 ( 22 )   PDF(2568KB) ( 25 )  

    云南大丫口祖母绿常出现颜色环带,且伴随明显成分变化,而目前颜色环带的成因仍存争议,相关的多阶段成矿假说尚缺少明确证据。文章通过电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪对大丫口祖母绿的颜色环带及黑色矿物包裹体进行主微量元素成分分析,并对不同类型岩脉祖母绿中流体包裹体进行显微测温分析,进而探讨祖母绿颜色环带成因与多阶段成矿的联系。成分测试结果表明,从浅绿白核部至绿色边部,V(970×10-6→10 077×10-6)、Rb(9.6×10-6→27.4×10-6)、Cs(535×10-6→3 108×10-6)、Fe(1 376×10-6→2 199×10-6)和Ga(4×10-6→14.7×10-6)等微量元素的含量急剧增加。结合绿色晶体边部中同生黑色富钒电气石包裹体的分布,有力证明了大丫口祖母绿颜色分带的形成与晶体的多阶段成矿有关。流体包裹体测试结果表明,含矿长石方解石脉、含矿石英脉和伟晶岩变粒岩接触带中矿物的流体包裹体盐度范围分别为3.39%~10.36%(NaCleq)、5.71%~12.29%(NaCleq)和8%~18.72%(NaCleq),指示了伟晶岩脉中祖母绿的多阶段结晶,且表明随结晶阶段演变,成矿流体的盐度逐渐升高。同时,成矿流体盐度升高也是晚期云英岩化阶段致色元素含量剧增的原因。

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    山西省五台白云叶蜡石矿地质特征及其对深部找矿的启示
    张华锋,张少颖
    2020, 27(5): 126-135. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.47

    摘要 ( 25 )   PDF(3357KB) ( 38 )  

    山西五台县北约15 km的白云村一带出露有叶蜡石矿及金矿化点,其形成特点与关系对区域深部找矿具有重要启示意义。该叶蜡石矿体产于经历古元古代绿片岩相变质的新太古代酸性火山岩之中(绢英片岩),切割区域片理并被晚期的辉绿玢岩截切。矿体总体呈透镜状产出,倾向北西,近东西向延伸大于5 km,最厚处约1 km,未见底。该叶蜡石矿形成于中生代早白垩世。矿石矿物以叶蜡石和石英为主,含少量绢云母、伊利石、硬水铝石和赤铁矿等,反映出蚀变流体酸性及氧化的特征。叶蜡石矿体外围发育黄铁绢英岩化带,强度由近及远逐渐减弱。在靠近叶蜡石矿的黄铁绢英岩中,硫化物颗粒边缘常见赤铁矿化现象,应与叶蜡石化流体叠加有关。以上蚀变特征与叶蜡石化细脉灌入黄铁绢英岩相吻合。叶蜡石矿体上盘的黄铁绢英岩化带宽约0.4 km,其内发育一小型石英脉型金矿(岭底金矿),下盘的黄铁绢英岩化带最宽约1.5 km,局部发育金矿化现象((1~18)×10-6)。黄铁绢英岩中硫化物以黄铁矿为主,可见少量黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿。金矿化黄铁绢英岩以发育大量浸染型黄铁矿为特征,该类黄铁矿无韧性变形,未见其他共生硫化物,SEM-EDS分析结果显示其内发育有明显的不可见金。黄铁绢英岩化可依据矿物变形与否分为两期。早期的蚀变分布局限,见于新太古代糜棱岩化奥长花岗岩与酸性火山岩(绢英片岩)接触带,其中的黄铁矿、绢云母和石英等矿物发育韧性变形特征;晚期的蚀变带内硫化物、绢云母和石英均无韧性变形特征。依据样品的岩相学及全岩Au、As含量特征,可以确认金矿化与晚期黄铁绢英岩化有关,与早期蚀变无关。叶蜡石矿石的H-O同位素组成(δ18OV-SMOW=11.2‰~13.9‰;δDV-SMOW=-34‰~-20‰)显示流体以气相为主,且缺乏大气水的混合。上述特征说明白云叶蜡石矿是深部岩浆侵位固结后出溶的以气相为主的热液与浅部新太古代变质火山岩反应的结果,类似于斑岩成矿系统中普遍发育的高级泥化带(岩帽)的底部蚀变特征。

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    俄罗斯堪察加中部Baranevskoy金银矿床矿物学与流体包裹体研究
    Victor M. OKRUGIN, Elena D. SKILSKAIA
    2020, 27(5): 136-150. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.58

    摘要 ( 34 )   PDF(5120KB) ( 33 )  

    Baranevskoy金银矿床产于巴尔喀什火山的火山口,该火山坐落在堪察加中部矿区东南部。本文基于矿物学原理和流体包裹体数据分析探讨了Baranevskoy金银矿床的成矿环境及其物理化学条件。Baranevskoy金银矿床的围岩为中新世—上新世的安山岩和玄武岩。热液蚀变活动随深度逐渐变化,从而可以进一步划分出最深部的石英带、中部的石英绢云母(明矾石)黄铁矿铁钛氧化物带及其伴生的石英绢云母伊利石黄铁矿矿物组合和浅部的石英冰长石水云母黏土矿物碳酸盐岩带。成矿早期存在密集浸染的铜矿化,主要矿石矿物有黄铜矿、斑铜矿、砷黝铜矿黝铜矿,并在Rhzavaya矿脉中存在少量的自然金。其中砷黝铜矿黝铜矿系列以砷黝铜矿和黝铜矿两个端员作为代表,且以黝铜矿为主。成矿后期产出代表晚期金银矿化的自然金、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、碲化物和硫酸盐等标志性矿物。早期铜矿化(第一期)被认为是中硫阶段,紧随其后的为低硫型金银矿化(第二期和第三期)。金从第一期到第三期都有沉淀。经研究发现,自然金也赋存于变质围岩的岩石裂隙内。早期的自然金相对富银,其中金的摩尔分数为59%~65%,低于后期(第二、第三期)自然金中金的摩尔分数(64%~72%)。流体包裹体显微测温结果显示,位于中部(Central)矿脉的包裹体均一温度为190~280 ℃,Rzhavaya矿脉的包裹体为190~240 ℃,产出自然金的蚀变围岩中石英的包裹体温度为230~310 ℃。包裹体总体表现出低盐度(0.9%~2.4% NaCleq)特征,推测存在大气水的混入。

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    辽西赤峰—朝阳金矿带早白垩世以来的隆升剥蚀及启示意义
    申俊峰,李胜荣,徐渴鑫,王业晗,张士全,许元全,何泽宇,迟雷,吴晋超
    2020, 27(5): 151-170. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.42

    摘要 ( 25 )   PDF(5415KB) ( 48 )  

    华北克拉通于中生代遭受严重破坏的观点已被地学界广泛接受。其北缘的辽西地区赤峰—朝阳金成矿带之岩浆作用和成矿作用被认为是克拉通破坏事件的典型响应。在区域地质和矿床地质调查的基础上,选择该矿带的金厂沟梁金矿区和排山楼金矿区,分别针对与成矿时间一致的西对面沟岩体(成岩时间128 Ma)和大石头沟岩体(成岩时间128~126 Ma)进行了矿物组合、结晶温度、氧逸度和侵位深度研究。采用黑云母全铝压力计获得两个岩体结晶压力平均值分别为97 MPa和145 MPa,按照地壳密度2.7 g/cm3估算了两个岩体的侵位深度分别为3.67 km和5.48 km。根据以上估算结果并结合前人研究成果,认为早白垩世以来赤峰—朝阳金成矿带剥蚀深度应该在3.67~7.70 km范围,平均值5.27 km。此外,在收集和综合对比分析华北地区隆升剥蚀资料的基础上,认为自早白垩世以来华北地区总体剥蚀深度范围为2.0~10.0 km,主要集中在2.0~6.0 km,平均值约5.60 km。这一认识对于华北地区进一步找矿具有重要参考意义。

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    自然重砂成因矿物学特征及找矿指示作用
    董国臣,李胜荣,申俊峰,董朋生,李华伟,殷国栋,汤家辉
    2020, 27(5): 171-178. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.46

    摘要 ( 28 )   PDF(1793KB) ( 44 )  

    自然重砂是地质体经自然风化、剥蚀、搬运、沉积等地质作用而分离出的单矿物(或矿物组合)。自然重砂矿物晶体由于仍然保留有许多矿物成因信息,包括颜色、形态、化学成分、物理性质和矿物组合等特征,因此常用于追溯源区地质体或者找矿勘查。这种方法被认为是一种经济实用的找矿方法——自然重砂测量。本文基于全国自然重砂找矿的数据资料,系统梳理了自然重砂的矿物类型、出现频率及其分布等特点,分析了自然重砂的矿物组合和成因矿物学特征,研究了自然重砂矿物的源区烙印、搬运距离及标型指示矿物组合特征,探讨了自然重砂成因矿物学研究意义及其找矿应用前景。自然重砂矿物的颜色、形态及内部结构依然保留着明确的成因矿物学信息:其颜色和晶体形态具有继承性而与其源区母体联系起来,体现源区母体的特性;其矿物组成可分出残余原生重矿物(包括造岩矿物、副矿物、矿石矿物等)和新生重砂矿物两个部分,如赤铜矿、孔雀石等反映着源区岩性体的成分或者赋存状态特征,其矿物组合也在很大程度上继承原生共生矿物而体现诸如有无矿化等意义;重砂颗粒的磨圆度、边界光滑性等表面特征反映搬运距离,有利于明确响应源区母体或者物源,而具有良好的找矿指示意义。

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    表生成因矿物学:地表环境及其修复
    天然矿物光电效应:矿物非经典光合作用
    鲁安怀,李艳,丁竑瑞,王长秋,许晓明,刘菲菲,刘雨薇,朱莹,黎晏彰
    2020, 27(5): 179-194. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.35

    摘要 ( 82 )   PDF(3267KB) ( 79 )  

    地球上生物因受到太阳光辐射作用而进化出结构精致的光合作用系统。太阳光辐射对地球表面广泛分布的无机矿物的影响与响应机制长期未被重视与理解。我们新发现的地表“矿物膜”转化太阳能系统,具有潜在的产氧固碳作用,体现出自然界中固有的矿物光电效应与非经典光合作用。本文在总结自然界中矿物光电子能量特征,特别是地表“矿物膜”特征及其光电效应性能的基础上,重点探讨铁锰氧化物矿物表现出的光电效应、产氧固碳作用与地质记录。提出矿物享有光电效应特性,地表“矿物膜”富含水钠锰矿、针铁矿、赤铁矿等天然半导体矿物,在日光辐射下具有稳定而灵敏的光电转换性能,产生矿物光电子能量;提出矿物拥有非经典光合作用的性能,自然界无机矿物转化太阳能系统类似生物光合作用吸收转化太阳能的产氧固碳系统,地表“矿物膜”光催化裂解水产氧作用及其转化大气和海洋二氧化碳为碳酸盐矿物作用,孕育出“矿物光合作用”;提出矿物具有促进生物光合作用的功能,生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的锰簇化合物结构体,初步认为水钠锰矿可能促使蓝细菌光合作用系统的起源,矿物影响与削弱水分子氢键以改变水的性质,可提高水的分解程度与光合作用效率,为进一步探索矿物促进生物光合作用机理提供科学技术突破的机遇。

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    地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究
    任桂平,鲁安怀,李艳,王长秋,丁竑瑞
    2020, 27(5): 195-206. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.53

    摘要 ( 22 )   PDF(3884KB) ( 21 )  

    矿物微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表“日光半导体矿物微生物”系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境“矿物膜”出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆“矿物膜”在1 000 min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2 μA/cm2,证实“矿物膜”良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的“矿物膜”电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在“矿物膜”中富集。

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    矿物热电效应与火山地震之热电异常
    申俊峰,申旭辉,李胜荣,徐立为,杜柏松,王冬丽,王书豪
    2020, 27(5): 207-217. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.61

    摘要 ( 18 )   PDF(2393KB) ( 24 )  

    地壳物质组成的不均一性及矿物形成物理化学条件的复杂性决定了地壳内广泛存在半导体矿物。半导体矿物的主要特征之一是晶格内存在一定量由成分(本征元素或杂质元素)异化或结构缺陷形成的潜在载流子。当遇有温差热激发条件时,梯度温度场会驱动矿物晶体内的潜在载流子定向移动,进而产生温差热电势,这种现象称作热电效应。一般来说,火山地震孕育和发生过程中其震源处常常存在由扰动热流而产生的不均匀热场,该热场的梯度效应(温差效应)能够触发半导体矿物产生热电效应,并将热能转化成电能。因此推测,作为火山地震的重要前兆之一,地电异常的出现很可能存在热电效应的贡献,即火山地震地电异常存在热电效应机制。这一认识对于深刻理解火山地震孕育过程中的地电异常具有启示意义。

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    磷灰石对湖泊沉积物中水铁矿稳定性的制约
    骆少勇,周跃飞,刘星
    2020, 27(5): 218-226. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.49

    摘要 ( 26 )   PDF(3156KB) ( 26 )  

    通过在滇池开展原位实验,研究探讨了湖泊沉积物中磷灰石制约水铁矿分解和转化的机制,以及二者共存时的环境效应。结果表明:将水铁矿放置到沉积物中1个月,矿物保持稳定;放置时间达到3个月时,添加磷灰石实验中水铁矿发生了显著物相转变。冬天(12—2月)实验中,转化产物随深度的变化趋势为针铁矿+磁(赤)铁矿→针铁矿+纤铁矿→针铁矿;夏天(6—9月)实验中,转化产物随深度的变化趋势为针铁矿+纤铁矿+磁(赤)铁矿→针铁矿+纤铁矿→未转化。透射电镜分析结果显示冬天实验中生成的磁性铁氧化物为纳米磁铁矿和磁赤铁矿,夏天实验中产生的则主要为纳米磁铁矿。X射线光电子能谱分析结果显示冬天表层实验样品具有较高P含量。分析表明的湖泊沉积物中磷灰石促进水铁矿转化的过程为:(1)微生物促进磷灰石溶解;(2)磷灰石溶解释放的P促进铁还原菌生长;(3)铁还原菌促进水铁矿还原;(4)水铁矿还原产生的溶解态Fe2+催化水铁矿向针铁矿、纤铁矿和磁铁矿转化。冬天及沉积氧化还原界面最适宜磷灰石分解菌和铁还原菌生长,水铁矿的转化和P释放能力也更强,相应地内源磷释放的风险也更大。

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    砷在石膏中固定机制:掺杂态和表面吸附沉淀态以及其在砷污染控制中的作用
    Jinru LIN, Ning CHEN, Yuanming PAN
    2020, 27(5): 227-237. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.40

    摘要 ( 33 )   PDF(2014KB) ( 22 )  

    石膏是矿山开采及冶炼等工业过程产生的大宗固体废弃物。工业活动产生的废液普遍有高含量的砷等有毒元素,这导致所产生的石膏也含有较高浓度的砷等有毒元素。研究砷在石膏中地球化学行为和归趋对含砷石膏的砷污染控制具有重要的理论和实际意义。然而目前对含砷石膏中不同形态的砷的定量测定和分析尚存在问题。本文在不同pH值的条件下共沉淀砷和石膏,利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、同步辐射X-射线吸收近边光谱(XANES)和电子顺磁共振(EPR)对石膏中掺杂态和表面吸附沉淀态的砷进行定量分析。ICP-MS的结果表明随着pH从2升高到12 和14,石膏中砷的含量由57×10-6 增加到 67 470×10-6和63 980×10-6。同步辐射X-射线吸收近边光谱和电子顺磁共振光谱分析表明石膏样品中主要含有五价砷。在2≤pH≤7.5时,固体样品中同步辐射吸收边后的峰形状和掺杂态砷的形状类似,而在pH≥8时,其边后峰的形状发生明显的变化;粉末电子顺磁共振(EPR)定量分析表明在2≤pH≤7.5时砷在石膏中的含量和ICP-MS的分析结果一致,而在pH≥8时其含量明显小于ICP-MS的分析结果。这些结果揭示了在2≤pH≤7.5时,砷在石膏中主要以掺杂态的形式存在,而在pH≥8时大部分砷是以吸附态或表面沉淀的形式存在。五价砷在石膏中的含量和固定机制随着pH值的变化而变化,其研究对了解尾矿中石膏对砷污染的控制作用具有重要作用。此外,研究石膏中由辐射导致的g约为2.33的[AsO32-自由基电子顺磁共振特征峰,有助于补充和完善石膏的电子顺磁共振特征谱在地质测年及辐射剂量学中的应用。

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    含钾岩石微生物转化的分子机制及其碳汇效应
    连宾,肖波,肖雷雷,王伟英,孙启彪
    2020, 27(5): 238-246. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.38

    摘要 ( 24 )   PDF(2018KB) ( 15 )  

    岩石矿物的微生物风化是地球表层系统最为活跃和普遍发生的地质营力之一。微生物对含钾岩石(以硅酸盐矿物为主)的风化能够释放其中的钾、硅和钙等元素,并在合适的环境条件下促进矿物元素的碳酸化沉淀,这是地表元素地球化学循环的重要环节之一。微生物对岩石的生物转化作用既涉及微生物的生长繁殖和代谢调控,也与元素的迁移转化和次生矿物的演化序列有关,具有重要研究价值。采用矿物学、微生物学和分子生物学等相结合的研究方法,有助于系统地研究微生物促进含钾硅酸盐矿物的风化并耦联碳酸化过程及其分子调控机制。研究证实,在纯培养条件下,微生物风化含钾矿物主要采用酸解、螯合、氧化还原等多种方式的协同作用,并可通过调控相关功能基因的表达来响应缺钾的环境以实现其对含钾矿物的有效风化,显然这有赖于微生物通过长期进化而形成的精细的分子调控机制。在土壤生态环境中,微生物对矿物风化的显著特征是该生态环境中微生物群落协同互作的群体作用效应。微生物碳酸酐酶参与的硅酸盐矿物风化伴随碳酸盐矿物的形成过程可能是个长期被忽视的地表碳增汇过程,对该问题的深入探索有助于进一步理解地质演化历史中微生物对碳素迁移转化的驱动机制。加入含钾硅酸盐矿粉的有机肥已经显示出其在土壤改良、作物生长和增加土壤碳汇等方面的正面应用效果,这为利用硅酸盐矿物的生物风化作用来延缓大气CO2浓度的持续升高提供了新的思路。介绍了有关微生物对含钾岩石生物转化释放钾素的分子机理及其碳汇效应方面的研究进展,以期抛砖引玉,推动该领域研究的快速发展。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    宝玉石、矿产综合利用、工艺及生命矿物研究中的成因矿物学
    基于气体吸附法和X射线Micro-CT三维成像技术定量解析天然和电化学处理绿松石孔隙特征
    陆太进,戴慧,田庚凡,李克,张健,陈华,柯捷
    2020, 27(5): 247-253. 
    DOI: 10.13745/j.esf.yx.2020.5.51

    摘要 ( 24 )   PDF(1932KB) ( 16 )  

    绿松石是一种多孔材料,其孔隙特征直接影响其颜色、光泽、硬度、耐久性等性质,进而影响其市场价值,电化学处理的主要目的是降低绿松石孔隙度从而使其耐久、保色。采用全自动比表面仪、X射线显微CT(Micro-CT)等测试分析手段,对电化学处理前后绿松石的孔隙特征进行了对比研究。比表面仪研究发现,电化学处理后的绿松石总孔隙度、总孔体积、平均孔径及比表面积均有一定程度的变化;吸附脱附曲线高压区域天然绿松石吸附曲线斜率变大,而电化学处理绿松石吸附曲线斜率变小;天然绿松石孔径分布曲线为类抛物线,而电化学处理绿松石孔径分布曲线呈内凹曲线状。Micro-CT研究结果表明:天然绿松石中出现的由表面贯穿至内部的大孔洞,经电化学处理后孔洞被不完全充填;天然绿松石存在“流纹状”结构,孔隙沿“流纹”分布,而电化学处理绿松石的“流纹状”结构消失,孔隙分布杂乱无章。本研究首次从孔隙特征角度入手,发现天然绿松石与电化学处理绿松石在高压区域吸附曲线特征、50 nm孔径以上孔隙分布曲线、孔隙充填情况和内部结构等方面存在明显差异。通过检测绿松石的钾(K)含量,并结合孔隙特征差异,可以有效地对绿松石是否经过电化学处理进行检验判定。

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    产于东西伯利亚的玉是发展当地独特石雕艺技的基石
    Raisa M. LOBATSKAYA
    2020, 27(5): 254-261. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.8.1

    摘要 ( 28 )   PDF(1546KB) ( 31 )  

    本文研究了东西伯利亚玉矿的开发史。从新石器时代起,东西伯利亚的玉就已成为需求量很大的一种矿物资源。赋存于贝加尔湖区丰富的玉石促进了当地石雕艺技的蓬勃发展。西伯利亚的玉因形成机理迥异而绚丽多彩,该区玉石成因原则上可分为“去超基性岩化型”和“去碳酸岩化型”两种不同类型。东西伯利亚的玉成为重塑当地数千年来文明发展史的标志。文章概述了东西伯利亚的玉在亚洲北部古代社会中和当代科学研究中的重要价值和意义,讨论了该种玉的天然属性对艺术品和工业品制备过程中可能出现的各种问题,展示了东西伯利亚的玉的独特魅力及其与系列化设计工艺品间的差异。

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    俄罗斯贝加尔湖北部 Yoko-Dovyren 层状纯橄岩橄长岩辉长岩地块: 结构、成分以及作为矿物原材料的用途
    Svetlana S. TIMOFEEVA, Evgeniy V. KISLOV, Lyudmila I. KHUDYAKOVA
    2020, 27(5): 262-279. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.8.2

    摘要 ( 19 )   PDF(2727KB) ( 27 )  

    Yoko-Dovyren层状纯橄岩橄长岩辉长岩地块位于西伯利亚克拉通南部的一处褶皱构造框架中(俄罗斯贝加尔湖地区北部)。该地块的结构在其厚度最大的中部得到了着重研究。剖面底部主体成分为斜长橄榄岩,并依据内部的堆晶成分变化从下往上可分为五个主要的地层序列:纯橄岩→橄长岩→橄榄辉长岩→橄榄辉长苏长岩→石英辉长苏长岩以及含易变辉石的辉长岩。该地块的矿化包括铜镍矿化、低硫型富铂族元素(PGE)矿化以及铬铁矿化等。另外,该地块也含多种非金属矿物原材料,如硼矿化、透辉石、各种镁质硅酸盐岩等。它们也包括纯橄岩、异剥橄榄岩和橄长岩,并以较高的品质产出,有望采掘加工成为建筑材料(水泥、混凝土、沥青混凝土和建筑陶瓷)。综合利用矿物原材料可增加矿床价值,并有助于建设环保型采矿工作体系。

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    镁铝对烧结矿中铁酸钙的矿物学特性影响
    韩秀丽,司天航,李鸣铎,周祥,刘磊,赵凯
    2020, 27(5): 280-290. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.44

    摘要 ( 21 )   PDF(5601KB) ( 18 )  

    铁酸钙是高碱度烧结矿中的主要黏结相矿物,它的含量、结晶形态、化学成分及晶体结构等矿物学特性对烧结矿质量起着关键性作用,而烧结原料中各组分的含量直接影响着铁酸钙的生成。以Fe3O4、SiO2、CaO、MgO、Al2O3的化学纯试剂为原料,在实验室进行微型烧结实验,运用XRD、偏光显微镜、电子探针等手段,定量分析研究了原料组分中MgO、Al2O3对烧结矿中铁酸钙的生成及其矿物学特性的影响。原料中MgO含量的增加对铁酸钙的生成有一定抑制作用,尤其在MgO含量为2.0%~3.0%时,烧结矿中铁酸钙含量明显减少,其晶体形态也从以板柱状和针状为主逐渐过渡为它形不规则状;原料中Al2O3的增加,对烧结矿中铁酸钙的形成具有促进作用,即随着Al2O3的增加铁酸钙含量呈明显增加趋势,且铁酸钙的形态也由以柱状和针状为主向板柱状变化。电子探针成分分析及矿物化学式计算结果表明,铁酸钙是由Fe2O3、CaO、SiO2、Al2O3及MgO组成的复杂结晶体,其化学通式为Ca2.60Mg0.44Si1.07Al0.96Fe8.92O20。原料中MgO、Al2O3含量的变化,对铁酸钙的化学成分中Fe2O3/CaO摩尔分数比影响不大,均接近3∶2。上述研究结果对于深刻理解烧结工艺条件下铁酸钙晶相的晶体化学特征及其对烧结矿质量的影响具有重要指导意义。

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    脑动脉粥样硬化斑块中不同类型钙化集合体的矿物学特征及分布规律
    李源,王长秋,鲁安怀,李艳,杨重庆,李康
    2020, 27(5): 291-299. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.52

    摘要 ( 37 )   PDF(2968KB) ( 26 )  

    钙化是脑动脉粥样硬化的重要指示,并与粥样硬化的发展密切相关。脑动脉粥样硬化斑块钙化灶中存在球状与块状两类不同形貌的矿物集合体,但是关于两类钙化矿物学特征的区别以及其在病灶中空间分布规律的研究仍不充分。选取具有不同程度钙化的脑动脉粥样硬化样品,利用扫描电子显微镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)及其附带的选区电子衍射(SAED)以及拉曼光谱(Raman),对钙化物的形貌、构造以及基于空间分布的物相组成及化学成分的变化进行了研究。研究表明,钙化灶中心由块状钙化构成,周围分布着球状钙化。块状钙化中物相分布不均匀,其中心由碳羟磷灰石(CHA)构成,边缘除CHA外还含有部分无定型磷酸钙(ACP)。球状钙化由白磷钙石(WH)与CHA构成。

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