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地壳岩浆氧化性和斑岩型铜矿床成矿潜力

中国科学:地球科学 2025年第01期 227-238页

作者：艾宇民 Massimo CHIARADIA 吴超陈华勇中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室中国科学院大学 Department of Earth Sciences University of Geneva 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室

斑岩型铜矿床是全球铜(Cu)、钼(Mo)和金(Au)资源的主要供应源,其形成过程受到多种地质因素的控制,尤其是岩浆的氧化性是当前研究的焦点.本文综合分析了全球范围内已发表的弧岩浆中钒(V)和钪(Sc)的比值(V/Sc)数据,并收集了V和Sc在矿物和... 详细信息

斑岩型铜矿床是全球铜(Cu)、钼(Mo)和金(Au)资源的主要供应源,其形成过程受到多种地质因素的控制,尤其是岩浆的氧化性是当前研究的焦点.本文综合分析了全球范围内已发表的弧岩浆中钒(V)和钪(Sc)的比值(V/Sc)数据,并收集了V和Sc在矿物和硅酸盐熔体中的分配系数.通过探讨V/Sc比值与岩浆氧逸度(f O2)之间的相关性,评估了不同厚度弧地壳中岩浆的氧化性特征.研究结果表明,磁铁矿的分离结晶是降低残余岩浆的V/Sc比值的关键因素.此外,磁铁矿结晶开始时的镁值(Mg#)与岩浆氧化性呈现显著的正相关性.利用这一规律,进一步评估第四纪弧岩浆的氧化性,发现在地壳厚度超过20km的成熟岛弧和大陆弧中,岩浆随着地壳厚度的增加趋向于更高的氧逸度.这表明在这些环境中,石榴石和角闪石的地壳内分异作用增强了岩浆的氧化性;相比之下,地壳厚度小于20km的薄弧中的岩浆则可能由于更多的俯冲板片氧化性物质输入,展现出比厚弧岩浆更高的氧化性.这些发现表明,俯冲动力学和地壳厚度在决定弧岩浆氧化性及其形成斑岩型铜矿的能力方面起着至关重要的作用.高度氧化的原始弧岩浆由于在岩浆演化的早期阶段经历磁铁矿结晶,从而导致硫化物饱和,这一过程导致铜的早期亏损,因此不利于斑岩型铜矿的形成.相反,在厚弧中磁铁矿结晶被广泛抑制,使硫化物大量饱和出现在岩浆晚期阶段,因此更有利于保留演化岩浆中铜的成矿潜力.本研究深入探讨了地壳内分异作用和俯冲带物质输入对弧岩浆氧化性的双重影响,并基于V/Sc比值变化规律的系统研究,为斑岩型铜矿床的成矿潜力提供了新的地球化学指示.

关键词：岩浆演化 V/Sc变化规律磁铁矿氧逸度斑岩铜矿

红尖兵山钨多金属矿床锆石、黑钨矿、日光榴石UPb年代学及地球化学:对北山造山带三叠纪关键金属成矿作用的启示

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岩石学报 2025年第1期41卷 260-288页

作者：白荣龙虎金荣陈雪锋樊立飞郭东宝张跃珂冯飞曹瀚文天水师范学院资源与环境工程学院天水741001 自然资源部黄河上游战略性矿产资源重点实验室兰州730046 三和数码测绘地理信息技术有限公司天水741000 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 甘肃省有色金属地质勘查局陇南矿产勘查院陇南746000 甘肃省有色地质调查院兰州730000

北山成矿带是我国西北地区重要的战略性金属矿产资源地之一,区内的岩浆岩年代学工作已得到广泛开展,但对成矿带内成岩与成矿关系等缺乏系统研究。红尖兵山作为北山成矿带最具代表性的钨多金属矿床受到了较多关注,但其成矿时代、矿床成... 详细信息

北山成矿带是我国西北地区重要的战略性金属矿产资源地之一,区内的岩浆岩年代学工作已得到广泛开展,但对成矿带内成岩与成矿关系等缺乏系统研究。红尖兵山作为北山成矿带最具代表性的钨多金属矿床受到了较多关注,但其成矿时代、矿床成因等一直存在较大争议,已成为理解区域成矿构造事件的重要制约因素。本文对红尖兵山矿床详细的野外地质调查工作显示,该矿床成矿岩体为双驼峰式二长花岗岩,矿化类型可以划分为云英岩型矿石和黄玉-石英脉型矿石。对红尖兵山成矿岩体中的锆石、云英岩型矿石中的黑钨矿和黄玉-石英脉型矿石中的日光榴石进行了LA-ICP-MS U-Pb年代学,研究结果显示其形成时代分别为221.7±1.3 Ma、221.6±2.1 Ma、220.5±7.9 Ma,指示红尖兵山的成岩成矿时代在误差范围内一致,是晚三叠世岩浆-热液活动的产物。黑钨矿、日光榴石和白云母的LA-ICP-MS成分分析结果显示,黑钨矿中富集Sc、Mo等元素,而日光榴石和白云母则分别富集Be、Zn、Sc和Li、Sc关键金属等元素。通过主成分分析(PCA)和元素相关性分析,揭示了黑钨矿、日光榴石和白云母中关键金属元素的赋存状态。综合分析显示,红尖兵山矿床形成于陆内造山后伸展构造背景下,在强烈的岩石圈伸展减薄和幔源岩浆底侵诱发下,地壳发生部分熔融产生的酸性岩浆经分异演化形成的岩浆热液与围岩相互作用后形成富含挥发组分、偏还原、低pH和低Eh的成矿流体,它们沿构造薄弱部位充填交代形成石英脉-云英岩型钨多金属矿床。本研究成果对于理解北山造山带三叠纪陆内伸展构造背景下构造-岩浆-成矿事件具有重要意义,并为该区域同类矿床的勘查和关键金属找矿提供了指导。

关键词： U-Pb年代学微量元素地球化学钨多金属矿床红尖兵山北山造山带

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土壤中典型矿物对锑的吸附-沉积行为研究

岩矿测试 2025年第1期44卷 127-139页

作者：郭贵宾袁晓雅黄理金帅琴胡圣虹欧阳磊生物地质与环境地质国家重点实验室中国地质大学(武汉)材料与化学学院湖北武汉430074

矿物开采、煤炭燃烧等人类活动使大量的锑进入土壤,造成严重的锑污染,危害人类健康。厘清环境中锑的吸附-沉积行为对锑的环境归趋预测及污染防治具有重要意义,但土壤中典型矿物对锑的吸附沉积行为缺乏系统比较,界面吸附形态也难以表征... 详细信息

矿物开采、煤炭燃烧等人类活动使大量的锑进入土壤,造成严重的锑污染,危害人类健康。厘清环境中锑的吸附-沉积行为对锑的环境归趋预测及污染防治具有重要意义,但土壤中典型矿物对锑的吸附沉积行为缺乏系统比较,界面吸附形态也难以表征。为了系统地比较土壤中典型矿物对锑的吸附能力差异,本文选用土壤中常见的5种金属氧化物(赤铁矿、针铁矿、水铁矿、氧化铝、斜方锰矿)和1种黏土矿物(高岭石),探究Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在其表面的吸附热、动力学行为,并基于原位拉曼光谱表征分析了锑的吸附形态,推测其吸附机理。结果表明:铁锰氧化物对锑的吸附容量较大,而氧化铝、高岭石对锑吸附容量较小,6种典型矿物对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附容量(mg/g)分别为水铁矿(101.4、55.9)>斜方锰矿(16.52、7.58)>针铁矿(13.30、5.67)>赤铁矿(5.13、3.70)>氧化铝(1.66、1.69)>高岭石(0.27、0.51);受锑存在形态及矿物表面电位的影响,酸性条件下有利于Sb(Ⅴ)的吸附,吸附量较之碱性环境有24%~78%增加,而Sb(Ⅲ)的吸附受pH值影响较小(变化范围0.3%~14%);土壤中典型矿物对不同浓度的Sb(Ⅴ)主要为吸附作用,而Sb(Ⅲ)在较高浓度时,可能在矿物表面发生沉积,形成Sb_(2)O_(3)。本文通过采用拉曼光谱,基于锑的特征谱峰,可方便地对矿物表面吸附态和沉积态的锑进行原位表征。

关键词：锑水铁矿斜方锰矿氧化铝吸附沉积拉曼光谱

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表面织构下钛合金不同周次的微动磨损行为

中国表面工程 2022年第3期35卷 73-83页

作者：王剑飞薛伟海高禩洋段德莉李曙中国科学院金属研究所辽宁省航发材料摩擦学重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

在航空发动机中,钛合金零部件的微动磨损不可避免。表面织构能在一定程度上减缓微动磨损,然而目前对表面织构下钛合金不同周次微动磨损行为的认识尚有不足。在TC4钛合金表面通过激光加工制备不同方向的沟槽状表面织构,随后进行不同周次... 详细信息

在航空发动机中,钛合金零部件的微动磨损不可避免。表面织构能在一定程度上减缓微动磨损,然而目前对表面织构下钛合金不同周次微动磨损行为的认识尚有不足。在TC4钛合金表面通过激光加工制备不同方向的沟槽状表面织构,随后进行不同周次的微动磨损试验。试验结果表明,在磨损的初期,有垂直方向表面织构的样品微动循环图更“瘦长”;随着磨损的进行,磨屑的分布状态发生了改变,其微动循环图变的和平行织构的样品以及无织构的样品相同。整个磨损过程随微动周次增加,分为黏着阶段和稳定阶段,垂直织构的样品上,黏着阶段又可被细分为黏着区域分散的阶段和黏着区域成片的阶段。随周次增加,磨屑的演变是由大块的磨屑层经不断被碾碎、氧化,转换成小块的磨屑,并且最终转换成细小的颗粒磨屑,被排出到磨损区域之外。研究结果对认识微动磨损行为中不同周次下表面织构的作用及磨屑的演化具有一定理论意义。

关键词：钛合金微动磨损表面织构磨损过程激光加工磨屑

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磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响

摩擦学学报 2022年第5期42卷 1012-1023页

作者：王剑飞薛伟海高禩洋赵智超段德莉李曙中国科学院金属研究所辽宁省航发材料摩擦学重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响.结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相... 详细信息

通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响.结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相应发生改变.循环一定周次后,磨屑的产生和排出重新达到平衡,摩擦系数与系统形变量又恢复到清除磨屑之前的水平.当在TC4钛合金表面制备垂直于微动方向的沟槽状表面织构后,大量的磨屑被沟槽束缚在接触区域,造成接触面之间磨屑较多,进而导致摩擦系数和系统形变量比无织构时更大,最大增幅分别可达21%和47%.收集磨屑后用扫描电子显微镜观察,发现磨屑呈松散的颗粒状,尺寸集中在0.2~1.5μm,并且多数呈现团聚状.

关键词：钛合金微动磨损磨屑表面织构沟槽状织构系统形变量

稀土改性GCr15钢与保持架材料间的滑动摩擦磨损

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材料研究学报 2023年第6期37卷 408-416页

作者：李林龙杨丽琪薛伟海高禩洋王旭段德莉李曙辽宁石油化工大学机械工程学院抚顺113005 中国科学院金属研究所辽宁省航发材料摩擦学重点实验室沈阳110016

进行环/块实验,研究了在脂润滑条件下稀土改性的GCr15轴承钢与胶木保持架材料间的滑动摩擦学行为,并与普通GCr15轴承钢进行了对比。结果表明:虽然稀土GCr15钢与胶木材料间的摩擦系数较大,但是其磨损体积却比普通GCr15钢的小。两种轴承... 详细信息

进行环/块实验,研究了在脂润滑条件下稀土改性的GCr15轴承钢与胶木保持架材料间的滑动摩擦学行为,并与普通GCr15轴承钢进行了对比。结果表明:虽然稀土GCr15钢与胶木材料间的摩擦系数较大,但是其磨损体积却比普通GCr15钢的小。两种轴承钢材料的去除都以磨粒磨损为主,且随着转速的提高磨损体积减小。稀土GCr15钢的磨痕表面只出现犁沟,而普通GCr15钢除了出现磨粒磨损中塑性去除的犁沟,剥落也比较多。从碳化物、非金属夹杂物和残余奥氏体等方面,研究了GCr15钢经稀土改性后的组织改善对其使役行为的影响。结果表明,虽然稀土改性在一定程度上降低了轴承钢的硬度,但却有效地抑制了GCr15轴承钢在服役中出现的磨粒磨损中的断裂去除机制——材料剥落,从而提高了其在滑动摩擦条件下的耐磨损性能。

关键词：金属材料稀土改性 GCr15钢滑动摩擦磨损机制

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电镀纳米镍缺陷的正电子研究

核技术 1998年第4期21卷 213-216页

作者：吴秋允初业隆熊良铖孙秀魁胡壮麒中国科学院金属研究所辽宁省材料与氢重点实验室

用正电子寿命谱研究了电镀纳米镍（～２０ｍｍ）中的微观缺陷，分析了缺陷中的氢对正电子寿命的影响。实验结果表明：界面存在单空位大小的自由体积、６－１０个空位大小的自由体积和微孔洞三类缺陷；纳米镍在５００℃真空退火２ｈ后，... 详细信息

用正电子寿命谱研究了电镀纳米镍（～２０ｍｍ）中的微观缺陷，分析了缺陷中的氢对正电子寿命的影响。实验结果表明：界面存在单空位大小的自由体积、６－１０个空位大小的自由体积和微孔洞三类缺陷；纳米镍在５００℃真空退火２ｈ后，中间寿命和最长寿命的强度不受影响，表明中间寿命和最长寿命所对应的缺陷具有很好的热稳定性。

关键词：正电子湮没电镀纳米镍微观缺陷纳米材料

核级低合金钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型

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金属学报 2015年第3期51卷 298-306页

作者：吴欣强谭季波徐松韩恩厚柯伟中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学院金属研究所辽宁省核电材料安全与评价技术重点实验室沈阳110819

通过模拟核电高温高压循环水腐蚀疲劳实验,研究了核级低合金钢环境疲劳损伤规律与控制机理,构建了一个植入环境效应的疲劳设计模型,给出了便于工程应用的环境疲劳设计曲线,并建立了核电站实际构件的环境疲劳安全评估流程,给出了尝试实施例.

关键词：核级低合金钢高温高压水腐蚀疲劳设计模型环境疲劳安全评估

电解抛光态690TT合金在顺序溶氢/溶氧的高温高压水中表面氧化膜结构分析

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金属学报 2015年第1期51卷 85-92页

作者：张志明王俭秋韩恩厚柯伟中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学院金属研究所辽宁省核电材料安全与评价技术重点实验室沈阳110016

将电解抛光态690TT合金样品在325℃,15.6 MPa,含1500 mg/L B,2.3 mg/L Li,2.5 mg/L H2的高温高压水中连续浸泡720 h后,取出一半样品用于腐蚀产物的分析,其余样品继续在含2.0 mg/L O2的该高温高压水中连续浸泡720 h.采用SEM,GIXRD和TEM... 详细信息

将电解抛光态690TT合金样品在325℃,15.6 MPa,含1500 mg/L B,2.3 mg/L Li,2.5 mg/L H2的高温高压水中连续浸泡720 h后,取出一半样品用于腐蚀产物的分析,其余样品继续在含2.0 mg/L O2的该高温高压水中连续浸泡720 h.采用SEM,GIXRD和TEM分析了在上述2种条件下样品表面生长的氧化膜的微观结构.结果表明,电解抛光态690TT合金在单一溶氢的高温高压水中表面生长的氧化膜具有双层结构:外层是分散的富含Ni和Fe大颗粒氧化物和富含Ni的疏松的针状氧化物;内层是近连续的富含Cr的氧化物;内外层氧化物均具有尖晶石结构.在溶氢/溶氧的溶液中连续浸泡后,样品表面生长的氧化膜也具有双层结构:外层的形貌、化学组成和物相结构与在单一溶氢条件下生长的氧化膜相似,仅针状氧化物的长度明显增加;而氧化膜内层变成了纳米尺寸的Ni O.后期溶解氧扩大了电位-p H图中含Ni的氧化物稳定存在的相区,促进了外层富含Ni的针状氧化物的快速生长;更加重要的是,溶解氧提高了含Fe和Cr氧化物的腐蚀电位,促进了在溶氢条件下生长的内层富Cr氧化物的溶解,破坏了氧化膜的保护性结构,提高了电解抛光态690TT合金的腐蚀速度.在一回路溶氢/溶氧连续浸泡过程中,电解抛光处理并不能降低690TT合金的腐蚀速度.

关键词： 690TT合金氧化膜氢水化学氧水化学保护性微观结构