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大横路钴铜矿电气石及方解石稀土元素、同位素组成及其对成矿过程的指示

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岩石学报 2024年第10期40卷 3010-3027页

作者：朱志勇佘宇伟马健雄潘辰旭姜杭云冀磊自然资源部同位素地质重点实验室中国地质科学院地质研究所北京100037 自然资源部深地科学与探测技术实验室中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院北京100037

大横路钴铜矿钴的储量为2.7万t,它是我国大型的钴矿床,其经历了复杂的沉积-变质作用,长期以来被认为是典型的沉积-变质型矿床。其热液期成矿作用可能被低估,本研究通过详细的岩相-矿相学观察,证实了除变质流体外,确实有岩浆热液作用参... 详细信息

大横路钴铜矿钴的储量为2.7万t,它是我国大型的钴矿床,其经历了复杂的沉积-变质作用,长期以来被认为是典型的沉积-变质型矿床。其热液期成矿作用可能被低估,本研究通过详细的岩相-矿相学观察,证实了除变质流体外,确实有岩浆热液作用参与了成矿过程。本研究对方解石锶同位素,电气石硼同位素进行了激光微区分析。电气石硼同位素在空间上有显著变化,自热液脉至基质由-4‰降低至-14‰左右;电气石与方解石锶同位素(^(87)Sr/^(86)Sr)并无显著差异,其平均值分别为1.0896和1.0948,略低于全岩的平均值1.1063。尽管目前还无法定量估算岩浆热液对成矿物质的贡献,但是本研究表明岩浆热源所驱动的热液促进了成矿元素的氧化、活化和迁移;然后热液在赋矿层位的碳质千枚岩中还原沉淀,这是岩浆热液期最主要的成矿方式。但是岩浆热液在成矿物质上并无显著贡献,且本次研究暂未发现海相蒸发岩参与成矿的证据。因而,方解石与电气石单矿物微量元素和同位素组成是重建热液成矿作用过程的重要指示矿物。

关键词：成矿过程硼同位素锶同位素电气石方解石稀土元素

扬子地块埃迪卡拉纪浅层海洋氧化还原环境变化及其对生物演化的影响

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岩石矿物学杂志 2024年第4期43卷 871-888页

作者：闫斌朱祥坤李津马健雄中国地质科学院地质研究所自然资源部同位素重点实验室北京100037

埃迪卡拉纪地球表生系统环境变化与生物演化历程息息相关,但是对两者之间相互作用关系的认识还存在争议。本文以华南三峡地区九龙湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组沉积序列的碳酸盐岩为研究对象,利用稀醋酸分步淋洗提取碳酸盐相稀土元素信息,... 详细信息

埃迪卡拉纪地球表生系统环境变化与生物演化历程息息相关,但是对两者之间相互作用关系的认识还存在争议。本文以华南三峡地区九龙湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组沉积序列的碳酸盐岩为研究对象,利用稀醋酸分步淋洗提取碳酸盐相稀土元素信息,建立了埃迪卡拉纪陡山沱期Ce/Ce^(*)值演化曲线。九龙湾剖面Ce异常曲线记录了还原/锰化-强氧化-次氧化-强氧化-弱氧化/还原的演化过程,呈现两次完整的Ce负异常事件,说明埃迪卡拉纪陡山沱期浅层水体在长期氧化的历程中出现了两次显著的氧化事件。这两次氧化事件分别与发生在632 Ma和580 Ma的深部水体阶段性氧化相契合,而且同时期澳大利亚埃迪卡拉纪沉积序列也记录了Ce负异常,暗示埃迪卡拉纪陡山沱期海洋可能发生了两次全球性的广泛增氧事件。基于扬子地块陡山沱组生物化石群记录的主要化石群产出层位与陡山沱期海洋氧化的沉积序列呈现清晰的耦合关系,为海洋氧化促进埃迪卡拉纪陡山沱期多细胞后生动物的起源与演化提供了证据。

关键词：九龙湾剖面 Ce/Ce^(*) 陡山沱组埃迪卡拉纪扬子地块

新疆西准噶尔造山带北部晚石炭世I型花岗岩的岩石地球化学和锆石Hf- O同位素特征:对其岩石成因与构造过程的启示

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地质学报 2024年第4期98卷 1146-1163页

作者：张蕊尹继元邱亮陶再礼杨帆陈文自然资源部深地科学与探测技术实验室自然资源部同位素地质重点实验室中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质大学地球科学与资源学院北京100083

新疆西准噶尔造山带发育大量的晚古生代侵入岩,但它们的岩浆源区和形成的构造背景仍然存在较大争议。本文对西准噶尔造山带北部阿尔加提山石英二长岩进行了详细的岩石学、地球化学、锆石Hf-O同位素研究,旨在揭示其岩石成因和构造背景,... 详细信息

新疆西准噶尔造山带发育大量的晚古生代侵入岩,但它们的岩浆源区和形成的构造背景仍然存在较大争议。本文对西准噶尔造山带北部阿尔加提山石英二长岩进行了详细的岩石学、地球化学、锆石Hf-O同位素研究,旨在揭示其岩石成因和构造背景,探讨其与地壳生长的关系。两件样品的锆石U-Pb定年结果分别为301.8±1.4 Ma和303.7±3.1 Ma,形成于晚石炭世。阿尔加提山石英二长岩样品含有角闪石,高硅(SiO_(2)=67.8%~68.9%)、富碱(K_(2)O+Na_(2)O=9.36%~9.89%)、具有低的铝饱和指数(A/CNK=0.96~1.00),伴有低的Ga/Al值(2.27~2.34),Rb/Sr值(0.35~0.50),显示出I型花岗岩的特征。同时,这些样品均富集大离子亲石元素和轻稀土,亏损高场强元素(如Nb、Ta和Ti等),和负的Eu异常(δEu=0.72~0.85),类似于典型俯冲相关的岛弧岩浆特征。这些I型花岗岩具有高的、正的锆石ε_(Hf)(t)值(+11.2~+14.5)和年轻的二阶段Hf模式年龄(t_(DM2)=604~392 Ma),以及比地幔值略高的锆石δ^(18)O值(5.73‰~6.51‰)和高的锆石饱和封闭温度(T_(zr)=854~895℃),可能是新生下地壳在高温背景下部分熔融的产物。结合前人在西准噶尔造山带北部发现的晚石炭世早二叠世A1和A2型花岗岩和埃达克质岩墙,本文认为这些高温岩石组合的形成可能与晚石炭世的洋中脊俯冲及其相关板片窗作用有关。在洋脊俯冲背景下,软流圈地幔上涌加热新生下地壳,促使其发生部分熔融形成I和A_(1)和A_(2)型花岗岩。西准噶尔造山带大多数下地壳主要形成于早古生代,表明该地区在显生宙发生了显著的地壳增长。

关键词：西准噶尔造山带 I型花岗岩晚石炭世洋脊俯冲 Hf-O同位素

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DDE-岩浆岩数据库初步构建与应用

岩石学报 2024年第3期40卷 873-888页

作者：王涛童英丁毅郭磊黄河范润龙王朝阳张颖慧曹光跃张建军自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100037 北京离子探针中心中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院北京100037

21世纪是大数据的时代,数据、模型驱动下的科学研究新范式与知识发现成为当今科学领域的新态势。本文介绍了在“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,DDE)国际大科学计划框架下构建的DDE-岩浆岩数据库。该数据库以“数据+编图+研究... 详细信息

21世纪是大数据的时代,数据、模型驱动下的科学研究新范式与知识发现成为当今科学领域的新态势。本文介绍了在“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,DDE)国际大科学计划框架下构建的DDE-岩浆岩数据库。该数据库以“数据+编图+研究”三位一体的建库思路,基于岩浆岩知识体系,构建了岩浆岩数据库,包括后台服务(云端)、网站(Web端)和科研工作平台(桌面端)。数据主要来源于公开发表的文献、研究团队测试、实验室测试数据等,涉及全球重要造山带、克拉通及部分海洋(大洋钻探数据)等。此外,还设立了22个地域性、学科性专题数据库。数据类型为岩浆岩岩石类型、产状、空间位置等基本信息,以及年代学、地球化学、(Sr-Nd-Hf-Pb-O)同位素及非传统(或新兴)同位素数据。与国际最常用的有关数据库相比,本数据库具有以下优势:(1)“数-图-文”三位一体的设计思路,拥有编图和研究平台;(2)以研究为导向,组织构建了22个专题数据库,更多一线专家参与数据库建设,在某些地域和领域(如中亚、非传统同位素等)形成优势;(3)对数据都尽可能挖掘和补充了年龄、经纬度等时空信息;(4)创建了学科专家可以依据新的发展和需求及时调整数据库结构的技术与功能,而不需要重新编程;(5)有强大的DDE平台支持,为与国际有关数据库互联互通提供了有利条件。最后,利用DDE-岩浆岩数据库的核心数据(年代学、同位素等),对复杂大陆拼合过程、地壳生长、地球深部物质组成架构与演化等重大地球科学问题进行了探索并取得了一些进展,说明该数据库将对推动数据驱动的岩浆岩研究具有重要意义。

关键词：岩浆岩数据库研究平台 “数-图-文”三位一体 DDE

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长江中下游及邻区地震各向异性对区域构造演化的启示

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地球物理学报 2024年第3期67卷 900-915页

作者：张永谦吕庆田石玉涛史大年严加永张洪双阮小敏中国地质科学院北京100037 自然资源部深地科学与探测技术实验室中国地质科学院北京100094 中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室北京100036 中国地质科学院地质研究所北京100037

大别山东缘和长江中下游地区是我国东部构造格局最复杂的地区之一.为深入理解和认识该区的构造演化过程和壳幔变形特征,本文利用NW-SE向跨越长江中下游地区的密集宽频带流动地震台站数据,开展了远震接收函数Pms各向异性研究,并结合已有... 详细信息

大别山东缘和长江中下游地区是我国东部构造格局最复杂的地区之一.为深入理解和认识该区的构造演化过程和壳幔变形特征,本文利用NW-SE向跨越长江中下游地区的密集宽频带流动地震台站数据,开展了远震接收函数Pms各向异性研究,并结合已有研究进一步分析了该区地壳与上地幔各向异性特征及其产生机制.结果表明:长江中下游及邻区地壳各向异性呈明显的横向分区性,华北克拉通东南部以近NWW向为主,而长江中下游和华南东北部以NE向为主.在垂向上,该区地壳与上地幔各向异性方向也存在明显差异,Pms各向异性快波方向与XKS(PKS,SKS,SKKS)快波偏振方向整体上存在30°~60°左右差异,形成了该区壳幔各向异性的“立交桥”式分层结构.本研究认为印支期和燕山期的区域构造演化差异以及华北与华南块体的流变学强度不同是造成该区壳幔各向异性“立交桥”式分层结构的重要因素.华北地区Pms各向异性特征反映了华南与华北块体在印支期陆陆碰撞所形成的中下地壳变形痕迹,华南东北部地区的Pms各向异性则主要受控于燕山期古太平洋板块俯冲造成的陆内挤压作用.燕山期古太平洋板块的北西向俯冲作用不仅导致了软流圈物质沿NW或近W向流动和橄榄岩矿物晶体的定向排列,也在地壳和岩石圈尺度产生了陆内挤压作用并最终导致了目前观测到的中下地壳变形和各向异性特征.

关键词：长江中下游地震各向异性接收函数区域构造演化

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华北克拉通古元古代造山带关键金属-非金属成矿规律研究进展

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岩石学报 2024年第10期40卷 2963-2970页

作者：刘福来王舫王慧宁田忠华自然资源部深地动力学重点实验室中国地质科学院地质研究所北京100037

华北克拉通存在三条古元古代造山带,自东向西依次为胶-辽-吉造山带、中部造山带和西部孔兹岩带(Zhao et al.,2012)。这三条古元古代造山带蕴藏着十分丰富的矿产资源,其中关键金属矿产包括钴和镍,关键非金属矿产包括石墨和硼,以及赋存于... 详细信息

华北克拉通存在三条古元古代造山带,自东向西依次为胶-辽-吉造山带、中部造山带和西部孔兹岩带(Zhao et al.,2012)。这三条古元古代造山带蕴藏着十分丰富的矿产资源,其中关键金属矿产包括钴和镍,关键非金属矿产包括石墨和硼,以及赋存于古元古代地层中的金矿等。钴、镍、石墨和硼是我国当前急需和紧缺的战略性矿产资源,对外依存度高达80%以上,消耗量居世界前列。因此,加强我国华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨和硼的成矿规律研究和找矿勘查,已成为满足国家需求、解决我国关键金属和非金属供给问题的当务之急。本专辑在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”、国家自然科学基金委员会重大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”下设重点支持项目“复合造山带多期重大变质-构造变形事件的性质对关键金属钴迁移-超常富集成矿过程的制约”和中国地质调查局项目“辽吉构造带及北部邻区钴-镍富集成矿规律、找矿标志及靶区优选”的资助下组织的,论文主要针对华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨、硼以及金矿的成矿规律进行系统总结,重点解剖了典型矿床成因并与国外同类矿床进行了对比。

关键词：华北克拉通中国地质调查局成矿规律研究古元古代勘查技术金属矿产重大研究计划国家重点研发计划

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Cr-Ca化学分离方法研究

岩石矿物学杂志 2024年第4期43卷 1066-1072页

作者：汪子辰孙剑李世珍马健雄李小伟中国地质科学院地质研究所自然资源部同位素地质重点实验室自然资源部深地动力学重点实验室北京100037 中国地质大学(北京) 北京100083

多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)测定Ca同位素比值时,Cr元素产生的基质效应会使Ca同位素测试值偏离真实值。利用稀HCl介质和强酸性阳离子交换树脂的传统方法可实现绝大多数元素和Ca的高效分离,但Cr分离率约为90%,分离效果不理... 详细信息

多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)测定Ca同位素比值时,Cr元素产生的基质效应会使Ca同位素测试值偏离真实值。利用稀HCl介质和强酸性阳离子交换树脂的传统方法可实现绝大多数元素和Ca的高效分离,但Cr分离率约为90%,分离效果不理想。对于超基性岩等高Cr地质样品,Cr/Ca值可高达10。针对这类特殊地质样品的Ca同位素测试,我们研究了Cr-Ca在浓HCl介质中基于AG50W-X12(200-400 mesh)强酸性阳离子交换树脂的淋洗行为。研究结果表明,利用10 mol/L HCl可实现Cr-Ca的高效快速分离,Cr的分离率>99.9%,Ca元素回收率接近100%,同时该方法也可实现K、Mg、Al等元素与Ca的高效快速分离。应用该方法对过柱后Ca单元素溶液和高Cr橄榄岩标样进行Ca同位素测试,其Ca同位素组成(δ^(44/42)Ca)在测试误差范围内与参考值一致,表明该方法适用于高Cr样品的Ca元素分离提纯及同位素测试。

关键词： Ca同位素 Cr 化学分离 MC-ICPMS

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黑果枸杞中矿物元素溶出特性研究

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1307-1311页

作者：张辰凌韩梅刘佳贾娜刘冰冰张永涛中国地质科学院水文地质环境地质研究所自然资源部地下水科学与工程重点实验室河北石家庄050061

黑果枸杞,茄科枸杞属,富含多种矿物质元素,这对人体生长发育有重要的生物学作用。黑果枸杞作为一种药食同源的物质,为了解其营养价值、指导健康食用及进一步功能开发,有必要分析矿物质溶出特性,并进行相关性分析。黑果枸杞样品制备以硝... 详细信息

黑果枸杞,茄科枸杞属,富含多种矿物质元素,这对人体生长发育有重要的生物学作用。黑果枸杞作为一种药食同源的物质,为了解其营养价值、指导健康食用及进一步功能开发,有必要分析矿物质溶出特性,并进行相关性分析。黑果枸杞样品制备以硝酸和过氧化氢为消解酸,微波消解仪制备消解液,以不同温度纯水浸提制备浸泡液,试验建立了电感耦合等离子体光谱法测定消解液和浸泡液中K、Na、Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu、Li、Sr十种矿物元素含量的实验方法,并进行了矿物元素溶出特性研究及相关性分析。在优化的光谱分析条件下,十种元素线性关系好(r>0.9995)、检出限低(实验发现,黑果枸杞中矿物元素含量丰富,含量最高的是K,其次是Na、Ca、Mg,然后是Fe、Li和Sr,含量较低的是Mn、Zn、Cu。黑果枸杞中K/Na值大于8,属于典型的高钾低钠食品。Ca、Mg、Fe、Zn、Li、Sr、Mn、Cu也是人体中多种酶、激素和维生素中不可缺少的活性因子,是一种理想的食品。黑果枸杞浸泡液中,除Li与Ca、Zn、Fe之间,Mg与Zn之间关系不明显外,其余元素间呈显著正相关或极显著正相关。表明,各矿物质元素中不存在明显的拮抗作用。矿物质元素的溶出率与浸泡时间及提取温度有关。实验采用沸水和40℃纯水浸泡黑果枸杞样品,选取浸提时间5、10和20 min三个时间点研究提取温度及时间对溶出率的影响。十种元素中K、Na、Zn溶出率最高,可能是因为三种元素多以离子形式存在,容易提取。Ca、Mg、Sr、Mn、Cu含量差异大,溶出率相近,可能是价态相近,提取效率相近。Li溶出率受提取温度影响很大,沸水浸泡溶出率是40℃温水的的1.5~2倍,Fe在微量元素中含量最高,溶出率却最低,主要是由于Fe与蛋白质结合,不易萃取。试验数据可为健康食用黑果枸杞及进一步开发利用提供理论参考。

关键词：矿物元素溶出性黑果枸杞等离子体发射光谱法微波消解

花岗质岩石中黑云母成分区域性变化对深部物质示踪及成矿的约束:以秦岭地区为例

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岩石学报 2024年第3期40卷 811-826页

作者：王晓霞王涛陈小丹柯昌辉杨阳中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 北京离子探针中心中国地质科学院地质研究所北京100037 长安大学地球科学与资源学院西安710054

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸... 详细信息

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育,是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一,学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究,但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸性岩中常见的暗色矿物,也是指示成矿可能性的重要矿物之一。因此,本文对秦岭该期花岗质岩石中黑云母成分开展研究,为解决该问题探索新途径。对秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母成分的研究结果显示,北秦岭和南秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成物理条件存在系统差异,揭示其岩浆物源有别,进而制约了其成矿种类特征。北秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母的成分和形成条件变化范围小,以MgO(8%~13%)、TiO_(2)(3%~5%)和Cl(0.02%~0.6%)含量较高,F(0.2%~0.4%)含量较低,以及较高的氧逸度(log f O_(2)值为-16.96~-14.62)和温度(682~771℃)为特征;而南秦岭的成分和形成条件总体变化范围较大,具有MgO(3%~15%)、TiO_(2)(2%~4.5%)、Cl(0.01%~0.18%)含量较低,F(0.1%~1.6%)含量较高,以及较低的氧逸度(log f O_(2)值为-20.88~-15.08)和温度(536~754℃)。此外,研究还显示,黑云母的形成压力与岩浆演化程度和矿物组合相关,当岩石中出现黑云母+白云母±石榴子石组合时,压力较高。秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成条件的差异,特别是氧逸度和Cl含量的明显不同,揭示各自的成矿种类和成矿潜力不同,如北秦岭较高的氧逸度和Cl含量,形成铜矿的潜力比南秦岭大。同时,两个构造单元中黑云母的成分差异,还揭示了岩浆物源及深部物质组成的不同,即北秦岭比南秦岭具有更为年轻的地壳,这与区域同位素填图示踪的深部物质组成差异基本一致。由此可见,对区域上同时代花岗质岩石中黑云母成分的研究,不仅可以揭示岩浆演化、岩浆结晶过程物理化学条件等,还可示踪深部物质组成的空间变化与差异及成矿种类和潜力,有望成为探测深部物质组成的新方法和了解区域成矿背景和潜力的新途径。

关键词：黑云母成分物理化学条件花岗质岩石成矿作用地壳深部物质