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金川岩浆铜镍硫化物矿床中的镍钴分布规律及其控制因素

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岩石学报 2023年第4期39卷 1030-1040页

作者：袁庆晗苏本勋中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

幔源岩浆形成与演化过程中镍(Ni)、钴(Co)具有相似的地球化学行为。金川岩浆铜镍硫化物矿床以Ni、铜(Cu)为主要矿种,Co为伴生,Ni、Co在金川矿床中的空间分布规律同步变化,然而其Ni/Co比值(36.7)远高于地幔值(18.2)。这表明在金川矿床形... 详细信息

幔源岩浆形成与演化过程中镍(Ni)、钴(Co)具有相似的地球化学行为。金川岩浆铜镍硫化物矿床以Ni、铜(Cu)为主要矿种,Co为伴生,Ni、Co在金川矿床中的空间分布规律同步变化,然而其Ni/Co比值(36.7)远高于地幔值(18.2)。这表明在金川矿床形成过程中Ni-Co发生了共生分离,但Ni-Co分布特征尚不清楚、其控制因素尚不明确。本文对该矿床中主要矿石矿物的Ni、Co含量及分布进行了系统总结,并与脉石矿物进行对比。结果表明矿石矿物镍黄铁矿是最重要的含Ni、Co矿物相,其Ni、Co含量均远高于磁黄铁矿、黄铜矿及脉石矿物。对于脉石矿物,Ni在橄榄石、磁铁矿、铬铁矿内的含量依次降低,在斜方辉石与单斜辉石中含量最低。Co则在铬铁矿、橄榄石内含量依次降低,在斜方辉石、单斜辉石、磁铁矿中含量最低。在硫化物熔离过程中,Ni在硫化物熔体内相容性更强,更加倾向于进入硫化物熔体,使Ni显著富集于硫化物熔体内,而Co则相对富集于硅酸盐熔体内,由此导致Ni-Co解耦。硫化物冷却结晶过程中,Ni、Co倾向于进入最早结晶的单硫化物固溶体(MSS),并在随后分解作用中集中进入镍黄铁矿内,使镍黄铁矿成为金川矿床中最重要的含Ni-Co矿物相,并使Ni、Co在金川矿床中具有相似的空间分布规律。在硅酸盐熔体结晶分异过程中,Ni在橄榄石中的相容性最强,Co在铬铁矿中相容性最强,因此Ni倾向于进入橄榄石,而Co倾向于进入铬铁矿,由此导致Ni-Co发生解耦。硫化物熔离、橄榄石堆晶均会造成残余熔体Ni亏损程度高于Co,且Ni在斜方辉石与单斜辉石中相容性高于Co将导致残余熔体随冷却结晶Ni/Co比值逐渐降低,因此在粒间硅酸盐矿物结晶过程中Ni、Co倾向于共生。脉石矿物亚固相下与硫化物熔体反应对于Ni-Co共生分离的影响则与结晶作用完全相反。镍黄铁矿和磁黄铁矿出溶于硫化物矿浆结晶早期形成的MSS,在不同岩/矿石类型内Ni、Co含量同步变化,表明镍黄铁矿和磁黄铁矿成分可以用来指示岩浆铜镍硫化物矿床成矿过程中硫化物熔体成分的演变。

关键词： Ni-Co分布矿石矿物脉石矿物金川铜镍硫化物矿床

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地质样品中钴、镍的分析进展

岩石学报 2023年第4期39卷 1217-1232页

作者：薛丁帅李文君王静贾丽辉毛亚晶苏本勋中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

早在20世纪初期,化学家就开展了比色法分析钴、镍的研究工作。由于比色法灵敏度不高且操作繁琐,人们开始追求更高效的固体样品消解方法、更简便的操作以及更高灵敏度和高精度的分析技术。在样品分解方面,逐渐发展出了酸溶和碱熔两套样... 详细信息

早在20世纪初期,化学家就开展了比色法分析钴、镍的研究工作。由于比色法灵敏度不高且操作繁琐,人们开始追求更高效的固体样品消解方法、更简便的操作以及更高灵敏度和高精度的分析技术。在样品分解方面,逐渐发展出了酸溶和碱熔两套样品分解体系;在仪器分析方面,则发展出了原子吸收光谱法、等离子体光谱法、X射线荧光光谱法、等离子体质谱法等更加高效简洁的仪器分析技术。随着地质科学的发展,电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱微区原位分析技术,以及多接收等离子体质谱镍同位素分析技术也逐渐发展起来。在元素分析方面,原子吸收光谱法、等离子体光/质谱法一般需要经过酸或者碱将样品分解为溶液状态,前处理流程较为繁琐;而X射线荧光光谱法采用熔片或者压片进行样品制备,前处理方法简单高效,更加受到青睐。在同位素分析方面,镍同位素逐渐应用到钴镍矿床研究中,近年有望通过典型矿床剖析明确多种成矿过程镍同位素的行为与分馏机制,如岩浆演化、热液蚀变、风化等。镍同位素的分离技术难度较高,因此,创新镍同位素的分离过程和测试方法,并建立更加简便的分析流程是未来发展的重点方向。在微区分析方面,激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱比电子探针的样品制备简单、分析速度快、成本低,更有发展潜力。本文总结了近百年来地质样品钴、镍分析方法的演变与突破,对比了各类方法的优缺点,展望了地质样品钴、镍分析方法的发展前景。

关键词：样品前处理比色法原子吸收光谱等离子体光谱 X射线荧光光谱电子探针 (多接收和激光剥蚀)等离子体质谱

岩浆型铜镍硫化物矿床综合地球物理勘查技术:以新疆喀拉通克为例

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岩石学报 2023年第4期39卷 1117-1124页

作者：薛国强周楠楠唐冬梅中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

中亚造山带内发育大量岩浆型铜镍硫化物矿床,但由于岩体规模较小且产状多变,围岩中碳质层普遍发育,深部浸染状矿体难以准确定位。本文以新疆喀拉通克铜镍硫化物矿床为例,建立了适用于该类型矿床的综合地球物理勘查技术。首先根据岩体与... 详细信息

中亚造山带内发育大量岩浆型铜镍硫化物矿床,但由于岩体规模较小且产状多变,围岩中碳质层普遍发育,深部浸染状矿体难以准确定位。本文以新疆喀拉通克铜镍硫化物矿床为例,建立了适用于该类型矿床的综合地球物理勘查技术。首先根据岩体与碳质层的地球物理特性,建立了“重力磁法-金属矿地震法-电性源短偏移距瞬变电磁法”技术组合,具体包括:(1)重磁扫面圈定隐伏成矿岩体的地表投影位置;(2)地震勘探圈定岩体的顶底界面和赋存空间;(3)电性源短偏移距瞬变电磁法恢复碳质层的电阻率信息和极化率信息。进而提出通过确定成矿岩体和碳质层的空间关系间接推断矿体赋存空间的新思路:(1)当岩体下方赋存碳质层时,推断岩体的底部或者内部赋存浸染状矿体;(2)当岩体下方未赋存碳质层时,推断岩体的底部或者内部不发育矿体。由此,本文建立了喀拉通克岩浆铜镍矿床含碳质层的成矿模型,并为造山带内其他岩浆型铜镍硫化物矿床的勘探提供了技术方案和探测示范。

关键词：岩浆型铜镍矿床地球物理喀拉通克碳质层

板片俯冲过程中Co、Ni的分布及迁移特征——以西南天山为例

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岩石学报 2023年第4期39卷 1203-1216页

作者：闫立志苏本勋王静李文君李继磊中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

在板片俯冲过程中,基性洋壳、下伏蛇纹石化岩石圈地幔和覆盖在俯冲洋壳上的大洋沉积物在不同深度会依次发生板片脱水作用和沉积物熔融,形成的俯冲带熔/流体可携带某些元素交代地幔楔,进而通过弧岩浆作用返回地壳。同时,俯冲板片内不同... 详细信息

在板片俯冲过程中,基性洋壳、下伏蛇纹石化岩石圈地幔和覆盖在俯冲洋壳上的大洋沉积物在不同深度会依次发生板片脱水作用和沉积物熔融,形成的俯冲带熔/流体可携带某些元素交代地幔楔,进而通过弧岩浆作用返回地壳。同时,俯冲板片内不同组分之间也会发生化学成分的迁移和交换,并最终进入深部地幔,造成地幔不均一性和不同程度壳幔相互作用。本文报道了我国西南天山典型高压-超高压变质带中蛇纹岩、辉石岩、绿片岩、蓝片岩和榴辉岩内各矿物相的主量元素及Cu、Co、Ni含量数据。结果表明,除辉石岩中透辉石的Cu含量较高(1.26×10^(-6)~76.9×10^(-6))外,其它硅酸盐矿物的Cu含量均在1.0×10^(-6)~10.0×10^(-6)左右;而Co和Ni在不同岩性及不同矿物之间显示较大的含量差异:蛇纹岩中蛇纹石的Co和Ni含量分别为22.6×10^(-6)~49.6×10^(-6)和482×10^(-6)~1097×10^(-6),榴辉岩中绿辉石的Co和Ni含量分别为6.0×10^(-6)~66.2×10^(-6)和21.6×10^(-6)~506×10^(-6),辉石岩中透辉石的Co和Ni含量分别为20.8×10^(-6)~289×10^(-6)和69.5×10^(-6)~351×10^(-6),蓝片岩中蓝闪石的Co和Ni含量分别为9.0×10^(-6)~94.3×10^(-6)和75.5×10^(-6)~495×10^(-6)。绿片岩、蓝片岩和榴辉岩中均含石榴子石,Co、Ni含量变化范围分别为1.2×10^(-6)~134×10^(-6)和7.7×10^(-6)~26.9×10^(-6)。相较于绿片岩,蓝片岩和榴辉岩中石榴子石的Co、Ni含量较高。矿物成分剖面分析表明,蓝片岩和榴辉岩的石榴子石中由核至边Co含量明显增加,而Ni含量无太大变化。这些矿物中Cu、Co和Ni的分布特征揭示,随着板片持续俯冲深度的增加,变质作用程度从绿片岩至榴辉岩,硅酸盐矿物中Cu含量几乎不发生变化,而Co和Ni的含量显示升高的趋势,这可能与蛇纹岩和辉石岩的参与程度有关,也显示Co具有较强的熔流体活动性和可迁移性。三种元素的迁移特征和变化规律表明俯冲板片对产于俯冲带的富Cu矿床中金属Cu的贡献可能主要来自于其中的硫化物而非硅酸盐矿物,残余板片中硅酸盐矿物的熔融可能对俯冲结束后形成的岩浆Cu-Ni硫化物矿床提供Ni和Co元素的贡献。结合西南天山高压-超高压变质带所揭示的俯冲熔/流体的还原性特征,上述推论可为解释中亚造山带南缘古生代斑岩铜矿,尤其是还原性斑岩铜矿的发现,并对岩浆铜镍硫化物矿床的时空分布和成矿特征提供重要制约。

关键词：俯冲带西南天山变质基性岩钴镍元素迁移

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钴镍成矿规律与勘查技术研究进展:前言

岩石学报 2023年第4期39卷 963-967页

作者：苏本勋蒋少涌崔梦萌袁庆晗闫立志中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室资源学院紧缺战略矿产资源协同创新中心武汉430074

钴和镍为我国紧缺战略矿产资源,消耗量位居世界第一,对外依存度分别达95%和85%。我国现有钴矿规模小,类型多,赋存状态不清,成矿过程复杂,富集机理不明,针对性勘查技术缺失,亟待开展成矿规律研究,查明有效示矿信息与找矿标志,建立高效勘... 详细信息

钴和镍为我国紧缺战略矿产资源,消耗量位居世界第一,对外依存度分别达95%和85%。我国现有钴矿规模小,类型多,赋存状态不清,成矿过程复杂,富集机理不明,针对性勘查技术缺失,亟待开展成矿规律研究,查明有效示矿信息与找矿标志,建立高效勘查技术体系,提升钴镍资源保障能力。本专辑以国家重点研发计划项目“钴镍成矿规律与高效勘查技术示范研究”为依托,收录的17篇学术论文对我国主要的钴镍矿床类型进行了梳理.

关键词：成矿规律

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壳源碳酸岩特征、成因及意义

岩石学报 2022年第12期38卷 3747-3759页

作者：苏本勋王静李晓春朱明帅中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

自1999年Lentz David R.重新提出碳酸岩壳源成因以来,已有越来越多壳源成因碳酸岩实例的报道。本文对近二十年来发现的壳源成因碳酸岩的时空分布、产出特征、岩石矿物学特点、地球化学特征以及成因机制进行了总结,对该类碳酸岩成因研究... 详细信息

自1999年Lentz David R.重新提出碳酸岩壳源成因以来,已有越来越多壳源成因碳酸岩实例的报道。本文对近二十年来发现的壳源成因碳酸岩的时空分布、产出特征、岩石矿物学特点、地球化学特征以及成因机制进行了总结,对该类碳酸岩成因研究的意义和研究方向进行了展望。壳源碳酸岩在空间上均分布于造山带内部,并以克拉通边缘的造山带为主,在特提斯造山带和中亚造山带中分布最为集中;时代上从元古代到新生代均有发育,不同时代的岩体在地球化学组成上有所差异;其围岩多为经历过高级变质的花岗片麻岩和大理岩组成的混合岩;成分上多为钙质,微量元素具较弱的轻重稀土分异,显著的Eu、Nb、Ta、Zr和Hf负异常及Pb和Sr正异常,Sr-Nd同位素组成介于球粒陨石和大陆地壳演化线之间,C-O同位素介于原生碳酸岩浆与沉积碳酸盐岩之间。这些特征在一定程度上异于克拉通内的碳酸岩,而多与造山带内的碳酸岩相似。实验岩石学工作揭示方解石和白云石在地壳深度、温度低至650℃以及有足够多水参与的情况下可发生部分熔融而形成碳酸盐岩浆,而高级区域变质作用过程中释放的变质流体或热液卤水有助于碳酸盐矿物的部分熔融。这种方式形成的碳酸岩在矿物组合及某些地球化学特征方面与其母岩大理岩、灰岩或白云岩具有相似性。因此,鉴于壳源碳酸岩规模较小且多与其母岩共存,厘定是否发生过部分熔融尚存在一定难度,其成因机制亦存在较多争议。壳源碳酸岩浆的成因机制包括中酸性侵入体引起碳酸盐岩熔融、基性岩浆高温热流引起碳酸盐岩熔融、强烈区域变质作用造成碳酸盐岩部分熔融和大理岩深熔作用。壳源成因碳酸岩的发现对以往碳酸岩成因上的疑惑给出了合理解释,亦对主流的碳酸岩幔源成因观点提出了挑战;对碳酸岩用于反演地幔演化、深部碳循环乃至板块俯冲提出了质疑,亦为探索造山过程、变质作用、地壳深熔作用及碳酸岩成矿多样性提供了重要的研究窗口。

关键词：碳酸岩壳源造山带大理岩部分熔融地壳混染

喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义

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岩石学报 2024年第2期40卷 433-449页

作者：周起凤秦克章刘宇超何畅通赵俊兴李俊瑜朱丽群赵永能张昕中国冶金地质总局矿产资源研究院北京101300 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩-伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚,亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产... 详细信息

锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩-伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚,亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产出的多条含锂辉石伟晶岩脉,其规模不等,岩相分带简单,主要岩相带为锂辉石-石英-钠长石带或锂辉石-块体长石-石英-(白云母)带,也见钠质细晶岩。选取3处含锂辉石伟晶岩脉中的锡石开展阴极发光(CL)和原位微区分析测试(EPMA和LA-ICP-MS)研究。锡石的元素替代机制以2(Nb,Ta)^(5+)+Fe^(2+)→3Sn^(4+)和同价置换(Ti^(4+),Zr^(4+),Hf^(4+),U^(4+))→Sn^(4+)为主,部分锂辉石伟晶岩中的锡石出现Fe对Sn和Nb的置换。锡石呈现4种阴极发光特征(黑色、灰色、振荡环带以及白色):黑色区域具有明显高的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量,相对高的Hf含量,以及较大的Ti含量变化范围;灰色区域和振荡环带区域的化学组成相近,振荡环带具有略高的Nb、Ta和Fe含量,相对低的U含量;白色区域具有相对低的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量,以及略低的Hf含量。锡石阴极发光特征与化学组成密切相关,Zr、U、Ga、Hf含量与锡石阴极发光特征具有一定联系。锡石的阴极发光结构(CL结构)主要为均一结构和不均一结构(核-边正环带、补丁以及核-边反环带),包括黑色晶体、灰色晶体、振荡环带晶体,黑色核+振荡环带/灰色边及补丁、灰色核+振荡环带/灰色边及补丁、振荡环带/黑色区域+白色丝带状边/棉絮状补丁、以及振荡环带/灰色/黑色核+黑色边。锡石CL结构的演化序列自内向外表现为黑色核部/晶体→灰色或振荡环带区域/晶体→(白色/黑色区域),向亏损Nb、Ta、Fe、U、Ga,弱亏损Zr、Hf、Y、Ti元素,以及高Ta/(Nb+Ta)值和低Zr/Hf值的方向演化,晚期可出现Fe的富集。锡石的CL结构和化学组成对比发现:同一伟晶岩脉中的含锂辉石伟晶岩的分异演化程度低于锂辉石伟晶岩,共存矿物的结晶分异可能产生富Nb和富Ta两组锡石,不同含锂辉石伟晶岩脉在岩浆化学特征和演化过程具有明显差异。锡石CL结构与化学组成能够揭示锂辉石伟晶岩的化学特征与形成过程。

关键词：锡石矿物原位微区分析库曲含锂辉石伟晶岩脉喜马拉雅

贝加尔裂谷和汾渭地堑成因与印度欧亚碰撞的远程效应

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地学前缘 2023年第3期30卷 282-293页

作者：梁光河中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

位于欧亚板块东部的贝加尔裂谷和汾渭地堑是两个著名的裂谷系,它们具有相似的外形和地貌特征,也具有相似的地质构造演化历史。其成因机制长期以来一直存在争议,诸多研究说明它们的形成和印度与欧亚大陆碰撞密切相关,但印度与欧亚碰撞的... 详细信息

位于欧亚板块东部的贝加尔裂谷和汾渭地堑是两个著名的裂谷系,它们具有相似的外形和地貌特征,也具有相似的地质构造演化历史。其成因机制长期以来一直存在争议,诸多研究说明它们的形成和印度与欧亚大陆碰撞密切相关,但印度与欧亚碰撞的远程效应是如何传递到这些区域的?本文通过大陆漂移过程中的陆缘区域的地幔上涌所形成的伸展构造演化和陆缘裂解,结合欧亚大陆新生代构造演化,研究印度欧亚碰撞的远程效应所导致的微陆块裂解漂移及伸展构造发展演化规律。结果说明这两个裂谷的成因与欧亚东缘新生代大规模微陆块裂解漂移密切相关。新生代伴随着青藏高原的隆升,欧亚大陆东缘发生了大规模地幔上涌和陆块裂解,日本、堪察加等陆块发生了裂解漂移,它们的裂解漂移在欧亚东缘形成了差异左旋走滑环境,从而分别在西伯利亚克拉通和鄂尔多斯克拉通东南侧形成了两个裂谷系和地震带,这两个地震带和2023年2月土耳其大地震具有类似的成因机制,它们都是走滑断裂所形成的地震带。用新大陆漂移模型可以合理解释其成因机制。

关键词：贝加尔裂谷汾渭地堑印度欧亚碰撞动力机制远程效应

石榴子石中的“水”揭示喜马拉雅错热锂辉石伟晶岩快速形成

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岩石学报 2024年第2期40卷 465-483页

作者：朱丽群秦克章赵俊兴李俊瑜何畅通赵永能刘宇超中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

东西向延伸近2500km的高喜马拉雅淡色花岗岩带不仅是新生代印度-欧亚板块碰撞的产物,同时也与多种稀有金属矿床密切相关。近期,在高喜马拉雅中部的错热地区发现了多条锂辉石伟晶岩脉,为研究该地区岩浆分异演化过程、探索错热地区锂辉石... 详细信息

东西向延伸近2500km的高喜马拉雅淡色花岗岩带不仅是新生代印度-欧亚板块碰撞的产物,同时也与多种稀有金属矿床密切相关。近期,在高喜马拉雅中部的错热地区发现了多条锂辉石伟晶岩脉,为研究该地区岩浆分异演化过程、探索错热地区锂辉石伟晶岩成岩成矿时限提供了新材料。本文对该地区各类型淡色花岗岩及锂辉石伟晶岩中的石榴子石进行电子探针和傅里叶变换红外光谱分析,研究表明:错热地区花岗岩-伟晶岩体系中石榴子石属于岩浆成因的铁铝榴石-锰铝榴石系列,且可能存在多种OH取代机制;石榴子石主量元素及水含量记录了岩浆演化历程,水含量受Si、Fe、Ca、Mn影响;伴随岩性从石榴子石白云母花岗岩向锂辉石伟晶岩分异演化,石榴子石逐渐富锰、富水;在伟晶岩侵位后,还可能与围岩发生了混染并发生了流体丢失,导致石榴子石边部贫锰、贫水。此外,石榴子石氢扩散模拟可用于限定伟晶岩形成时限,热模拟结果显示2.5m宽的错热锂辉石伟晶岩脉自720℃侵位温度冷却至岩体中心温度低于450℃仅需24天,表明错热锂辉石伟晶岩冷却迅速,具有快速的形成速率。另外,石榴子石水含量与MnO/(MnO+FeO)值呈正相关关系,高水含量(>0.04%)的锰铝榴石可能是喜马拉雅伟晶岩Li-Be矿化的潜在指示标志。

关键词：石榴子石水扩散模型错热锂辉石伟晶岩高喜马拉雅淡色花岗岩