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大陆岩石圈地幔卤素的组成和分异

中国科学:地球科学 2025年第1期 314-318页

作者：陈春飞中国地质大学(武汉)地球科学学院地质过程与矿产资源国家重点实验室

1引言卤素包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I),是高度活泼且强水溶性的元素,能够在熔流体中高度富集.在熔流体中,卤素几乎与所有金属高度反应,容易与金属阳离子形成络合物,显著影响不同相间金属元素的分配,因此卤素在岩石圈中关键金属元...

1引言卤素包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I),是高度活泼且强水溶性的元素,能够在熔流体中高度富集.在熔流体中,卤素几乎与所有金属高度反应,容易与金属阳离子形成络合物,显著影响不同相间金属元素的分配,因此卤素在岩石圈中关键金属元素的迁移、富集和成矿中扮演着关键角色(Weis等, 2012;刘金宇等, 2024).此外,富含氯和碳酸盐的熔流体可以增加克拉通岩石圈金刚石的生长速率,是形成金刚石矿床的催化剂(Palyanov等, 2007).高温高压实验研究表明,卤素可以降低橄榄岩的熔点,并影响熔体的组成,在大陆岩石圈地幔的形成与演化中发挥重要作用(Brey等, 2009).

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岩浆热液流体组成与金属成矿

中国科学:地球科学 2025年第1期 207-226页

作者：舒启海邓军中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学深时数字地球前沿科学中心

岩浆热液矿床是众多大宗金属、贵金属和稀有金属的重要来源,是国际学术界和工业界关注的焦点.然而,这类矿床成矿金属的富集作用主要发生在母岩浆源区、岩浆演化阶段还是出溶后的流体过程仍存在争议.流体从岩浆中出溶后、矿化发生前的早... 详细信息

岩浆热液矿床是众多大宗金属、贵金属和稀有金属的重要来源,是国际学术界和工业界关注的焦点.然而,这类矿床成矿金属的富集作用主要发生在母岩浆源区、岩浆演化阶段还是出溶后的流体过程仍存在争议.流体从岩浆中出溶后、矿化发生前的早期高温阶段热液矿物所捕获的流体包裹体记录了接近初始流体组成的信息,可用以探讨流体从岩浆中出溶前是否已经发生显著富集作用这一关键科学问题.对文献中已报道的全球岩浆热液流体成分综合分析表明:金属Cu、Sn和W在其对应的成矿流体中含量显著偏高,反映了流体出溶前的岩浆中已经发生了金属富集,而该富集过程可能是岩浆源区预富集和岩浆演化再富集共同作用的结果;金属Mo在其成矿流体和不成Mo矿流体中含量无显著差异,表明其在流体出溶前的岩浆源区和岩浆演化阶段均未发生显著富集,而控制Mo成矿的关键在于母岩浆的体量及流体阶段的矿质汇聚和沉淀效率;金属Zn-Pb和Fe在大多岩浆热液中均具有较高含量,但仅部分发生了有效矿化,体现了热液演化过程对金属选择性成矿的控制作用.不同金属在岩浆热液系统中具有不同的富集-矿化过程和机理,反映了成矿规律的多样性.除岩浆和热液本身的成矿物质组成外,其他因素(包括但不限于岩体形貌、侵位深度、构造通道、围岩属性等)对岩浆热液矿床的形成和规模也起到了重要的控制作用.

关键词：岩浆热液矿床流体包裹体 LA-ICP-MS 金属预富集成矿机理

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湘南黄沙坪多金属矿床石榴子石地球化学特征及其对Cu与W-Sn复合成矿机理的指示

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岩石学报 2018年第9期34卷 2581-2597页

作者：赵盼捞袁顺达原垭斌中国地质科学院矿产资源研究所、国土资源部成矿作用与矿产资源评价重点实验室北京100037

黄沙坪矿床位于钦杭成矿带与南岭成矿带的交汇部位,是湘南地区矽卡岩-热液脉型Cu多金属与矽卡岩型W-Sn多金属复合成矿作用的典型代表。为厘清区内Cu与W-Sn成矿物理化学条件以及成矿流体的性质,本文对黄沙坪矿床两类矽卡岩中的石榴子石... 详细信息

黄沙坪矿床位于钦杭成矿带与南岭成矿带的交汇部位,是湘南地区矽卡岩-热液脉型Cu多金属与矽卡岩型W-Sn多金属复合成矿作用的典型代表。为厘清区内Cu与W-Sn成矿物理化学条件以及成矿流体的性质,本文对黄沙坪矿床两类矽卡岩中的石榴子石开展电子探针和LA-ICP-MS原位微区主微量元素研究。结果表明,成W-Sn矿矽卡岩中石榴子石为钙铝榴石-钙铁榴石(平均And71. 3-Gro23. 8)固溶体系列,具有一致的稀土元素配分模式,轻重稀土分异不明显,负Eu异常显著,明显亏损La,∑REE含量与Fe^(3+)/(Fe^(3+)+Al)具有负相关关系,具有较高的U含量,表明石榴子石可能是在相对还原的环境下缓慢结晶形成的。石榴子石中W和Sn的含量随石榴子石中钙铝榴石的比例增加而减少,有利于W-Sn在晚期热液中富集成矿。与Cu矿有关矽卡岩中的石榴子石几乎为纯的钙铁榴石(平均And90. 1-Gro9. 2),具有低的U、∑REE含量,轻重稀土元素分异明显,相对富集轻稀土,具有明显正Eu异常,表明石榴子石具有较快的生长速度,成矿流体具有相对较高的氧逸度和Cl的含量,这种环境有利于Cu在岩浆热液中迁移和富集成矿。因此,早期成矿流体成分以及氧化还原条件的差异可能是导致黄沙坪矿床W-Sn与Cu成矿差异的重要原因。

关键词：石榴子石成分成矿流体性质 W-Sn和Cu矿化黄沙坪矿床

矿浆型铁矿的氧同位素判别标志:以宁芜玢岩铁矿为例

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岩石学报 2017年第11期33卷 3411-3421页

作者：李延河段超韩丹刘锋万德芳王成玉国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

自然界是否存在矿浆型铁矿以及如何判别矿浆型铁矿是地质学家争论探索了几十年的问题。大量地质现象和实验研究证实,中酸性岩浆在高氧逸度、富磷等挥发分和助熔剂的条件下,硅酸盐熔体与铁氧化物熔体之间可以发生液态不混熔,熔离出富铁... 详细信息

自然界是否存在矿浆型铁矿以及如何判别矿浆型铁矿是地质学家争论探索了几十年的问题。大量地质现象和实验研究证实,中酸性岩浆在高氧逸度、富磷等挥发分和助熔剂的条件下,硅酸盐熔体与铁氧化物熔体之间可以发生液态不混熔,熔离出富铁氧化物熔体或富铁岩浆。但有些学者认为实验无法直接一次性熔离出高品位铁矿浆,因此不存在矿浆型铁矿。实际上,高品位富铁矿浆可能是经过多次熔离富集形成的,而非一次简单熔离完成;磁铁矿中钛含量偏低,可能与矿浆型铁矿遭受后期热液改造、钛大量丢失有关,最典型的例子莫过于智利拉科铁矿。长江中下游玢岩铁矿是我国重要铁矿资源类型,其中是否发育矿浆型铁矿也一直存在激烈争论。为了避免不必要的争议,本文将铁矿浆限定为由岩浆熔离形成的铁氧化物浓度>30%的富铁熔体,由铁矿浆演化形成的铁矿床称为矿浆型铁矿。根据宁芜成矿岩体中锆石的钛温度计确定了岩浆的温度,根据锆石的氧同位素组成及磁铁矿与锆石之间的氧同位素分馏方程,计算出岩浆温度下直接从熔体中熔离出来的磁铁矿的δ^(18)O_(Mt)值为4.2‰。据此建立了宁芜玢岩铁矿中矿浆型铁矿的氧同位素判别标志,如果矿体中磁铁矿的δ^(18)O_(Mt)≥4.0‰,则为矿浆型铁矿,否则为热液型或浆-液过渡型铁矿。判别结果表明,钟姑山矿田矿浆型和热液型矿体同时存在,梅山铁矿介于矿浆型-热液型之间,而凹山矿田铁矿则为热液型,与野外观测及前人研究结果一致。

关键词：玢岩铁矿铁矿浆氧同位素判别标志

常见氯盐溶液水的拉曼包络线高斯-洛仑兹去卷积分峰定量研究

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光谱学与光谱分析 2013年第2期33卷 376-382页

作者：杨丹徐文艺中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

为了探索地质流体中常见阳离子的拉曼光谱定量方法,在室温下对NaCl-H2O,CaCl2-H2O,MgCl2-H2O,CuCl2-H2O,ZnCl2-H2O和FeCl3-H2O体系3 000～3 800cm-1范围水的O—H伸缩振动区域进行了高斯-洛仑兹去卷积分峰,并对所得积分参数进行了分析。... 详细信息

为了探索地质流体中常见阳离子的拉曼光谱定量方法,在室温下对NaCl-H2O,CaCl2-H2O,MgCl2-H2O,CuCl2-H2O,ZnCl2-H2O和FeCl3-H2O体系3 000～3 800cm-1范围水的O—H伸缩振动区域进行了高斯-洛仑兹去卷积分峰,并对所得积分参数进行了分析。结果显示:(1)不同体系拟合后参数比(峰强比、半高宽比和积分面积比)与浓度的线性相关程度不尽相同,但对于所有体系来说拟合峰强度比(低频/高频)与浓度的线性关系均很好,完全符合定量要求,为室温下定量分析这些体系盐溶液,提供了一种便捷、可靠的定量方法。(2)拟合峰的强度比(低频/高频)随浓度的变化,在NaCl-H2O,CaCl2-H2O和MgCl2-H2O体系中,随浓度增加,强度比呈下降趋势,说明分子间氢键逐渐减少;然而在CuCl2-H2O,ZnCl2-H2O和FeCl3-H2O体系却是呈上升趋势,说明分子间氢键逐渐增多,可能与这三个体系均是过渡金属离子氯盐在水中形成络合物作用有关,尚需进一步研究。(3)通过各个体系强度比与浓度关系一次拟合曲线斜率可以看出对水分子氢键的影响能力CaCl2和MgCl2>NaCl;FeCl3>ZnCl2和CuCl2。

关键词：定量方法常见氯盐溶液地质流体拉曼光谱氢键

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激光拉曼光谱测定流体包裹体成分研究进展

光谱学与光谱分析 2014年第4期34卷 874-878页

作者：杨丹徐文艺中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

成矿流体研究是矿床学研究中的前沿地带,单个流体包裹体的成分分析更是其中的热点和难点,本文对现有的各种测试技术的优缺点进行了总结,揭示了各自的局限性。通过对与流体包裹体成分分析相关的激光拉曼分析技术的探索过程进行回顾和总结... 详细信息

成矿流体研究是矿床学研究中的前沿地带,单个流体包裹体的成分分析更是其中的热点和难点,本文对现有的各种测试技术的优缺点进行了总结,揭示了各自的局限性。通过对与流体包裹体成分分析相关的激光拉曼分析技术的探索过程进行回顾和总结,试图对低温和常温下激光拉曼对流体包裹体成分分析的研究工作的方向进行展望:低温:(1)流体包裹体中常见水盐多元复杂体系的研究工作;(2)对天然流体包裹体成分进行定性、定量尝试;(3)目前常用的显微热台测包裹体盐度将第一次熔融温度作为低共熔温度的方法存在误差,应该做进一步研究;(4)低温下氯盐水合物的结构尚无定论。常温:(1)Fe^(3+),Zn^(2+),Cu^(2+)等离子作为主要成矿金属离子在水溶液中与Cl^-和H_2O是如何结合的;(2)NaCl,CaCl_2,MgCl_2,CuCl_2,ZnCl_2,FeCl_3含量高低造成水溶液拉曼光谱O-H伸缩振动区域(2 800~3 800 cm^(-1))的谱峰偏移的原因。

关键词：拉曼光谱流体包裹体成分低温常温

CuCl2-H2O体系和FeCl3-H2O体系络合物拉曼光谱研究与溶液拉曼定量分析探索

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光谱学与光谱分析 2011年第10期31卷 2742-2746页

作者：杨丹徐文艺中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

详细研究了CuCl2-H2O体系和FeCl3-H2O体系络合物拉曼峰。对于CuCl2-H2O体系,认为286cm-1峰可能是[CuCl4]2-和[CuCl6]4-等Cu2+和Cl-形成的各种形式络合物的特征峰叠加的结果,412 cm-1峰可能是以[Cu(H2O)4]2+和[Cu(H2O)6]2+为主的Cu2+的水合物的特征峰叠加在一起形成的;通过对特征峰参数的分析得到了286和412 cm-1特征峰的强度与3 400 cm-1左右水的O—H伸缩振动最强峰强度之比(I1/I3 400和I2/I3 400)以及这两个特征峰的积分面积(A1和A2)和浓度的定量关系曲线,从络合物角度实现了对CuCl2溶液的定量分析。对于FeCl3-H2O体系认为173和331 cm-1两个特征峰可能都是归属于FeCl3在水溶液中最常见的络合形式—[FeCl4]-,173 cm-1峰形很宽可能是由于Fe3+和Cl-形成的其他各种形式络合物,如[FeCl]2+,[FeCl2]+等的特征峰叠加的结果,331 cm-1之后的弱宽峰可能是以[Fe(H2O)4]3+,[Fe(H2O)6]3+为主的Fe3+的水合物的特征峰叠加在一起而形成的;通过对特征峰参数的分析得到了331 cm-1特征峰的积分面积A2以及173和331 cm-1特征峰的积分面积A1和A2之比与浓度的定量关系曲线,从络合物角度实现了对FeCl3溶液的定量分析。

关键词： CuCl2-H2O体系 FeCl3-H2O体系络合物拉曼光谱定量

基于重磁反演的三维岩性填图试验——以安徽庐枞矿集区为例

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岩石学报 2014年第4期30卷 1041-1053页

作者：严加永吕庆田陈向斌祁光刘彦郭冬陈应军中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

开展大型矿集区深部精细结构探测研究,通过岩性识别与填图实现矿集区5km以内"透明化",发现深部矿产、揭示成矿规律是实现资源可持续发展的主要途径。鉴于重力和磁力数据覆盖面积广、采样密度高,重磁三维反演算法比较成熟,采用重磁反演... 详细信息

开展大型矿集区深部精细结构探测研究,通过岩性识别与填图实现矿集区5km以内"透明化",发现深部矿产、揭示成矿规律是实现资源可持续发展的主要途径。鉴于重力和磁力数据覆盖面积广、采样密度高,重磁三维反演算法比较成熟,采用重磁反演进行岩性填图是现阶段实现三维岩性填图最有可能的途径。本文以安徽庐枞矿集区为例,提出了基于重力、磁力三维反演的岩性填图流程并开展了填图试验。在分析岩性和密度、磁化率关系的基础上,采用高精度的重力和航磁数据,进行先验信息约束的重磁三维反演,对反演所得的密度体和磁化率体进行逻辑拓扑运算,获得了庐枞矿集区地下5km以内五类主要岩性的三维分布。岩性填图结果显示的浅部特征与地表地质填图结果基本吻合,更重要的是反映了深部岩性的变化,弥补了地表地质填图的不足。庐枞矿集区岩性填图试验结果表明,开展基于重磁三维反演的岩性填图,是了解矿集区深部岩性特征,发现深部矿产的有效方法。

关键词：重磁三维反演岩性填图庐枞矿集区

利用热液金刚石压腔开展黑钨矿结晶实验的初步研究

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地学前缘 2017年第5期24卷 159-166页

作者：刘永超李建康赵正中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

钨是一种工业用途广泛的稀有金属,主要产于热液型矿床。确定钨元素迁移和沉淀的物理化学条件对于揭示热液型钨矿床的形成机制具有重要意义。本文应用新型热液金刚石压腔(HDAC-VT)开展了(Fe,Mn)WO_4-Li_2CO_3-H2O体系的原位观测结晶实验,... 详细信息

钨是一种工业用途广泛的稀有金属,主要产于热液型矿床。确定钨元素迁移和沉淀的物理化学条件对于揭示热液型钨矿床的形成机制具有重要意义。本文应用新型热液金刚石压腔(HDAC-VT)开展了(Fe,Mn)WO_4-Li_2CO_3-H2O体系的原位观测结晶实验,9组实验结果表明,黑钨矿晶体的结晶温度集中在560~500℃,结晶压力主要集中在400~200MPa。黑钨矿的溶解度随体系内CO_2组分相对含量的增加而增加;碳酸锂的结晶导致CO_2组分的减少,诱发黑钨矿的快速结晶,这指示出CO_2组分对钨的迁移和沉淀具有重要作用。含矿流体中CO_2组分的散逸可能是黑钨矿沉淀富集成矿的重要因素之一。

关键词：热液金刚石压腔结晶实验黑钨矿 CO2组分