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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

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

东昆仑大格勒泥盆纪正长岩岩石成因和地质意义

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大地构造与成矿学 2024年第1期48卷 61-81,I0003-I0007页

作者：王秉璋王强王春涛李五福李玉龙金婷婷刘建栋青海省地质调查院青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室青海西宁810012 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640

东昆仑大格勒地区发现了与铌、稀土共生的碱性岩-碳酸岩杂岩体,表明东昆仑造山带具有碱性岩-碳酸岩型稀有金属矿床的找矿前景。团队对大格勒杂岩体的岩石组合、岩石地球化特征、岩浆演化及构造背景等问题开展了一系列研究。最近新发现... 详细信息

东昆仑大格勒地区发现了与铌、稀土共生的碱性岩-碳酸岩杂岩体,表明东昆仑造山带具有碱性岩-碳酸岩型稀有金属矿床的找矿前景。团队对大格勒杂岩体的岩石组合、岩石地球化特征、岩浆演化及构造背景等问题开展了一系列研究。最近新发现了与碱性镁铁-超镁铁质岩、碳酸岩杂岩形成时代相近、空间上相伴共生的正长岩体,为深入了解大格勒杂岩体提供了新视角。大格勒岩体主体为角闪正长岩,少量为石英正长岩,主要矿物为正长石,次为更长石和铁浅闪石,少量为钠长石、石英、钙铁辉石、铁橄榄石和铁叶云母。锆石U-Pb定年结果表明角闪正长岩形成于407~402 Ma。主量元素组成显示,角闪正长岩的SiO_(2)(59.08%~63.14%)含量中等,Al_(2)O_(3)(16.16%~17.23%)、K_(2)O+Na_(2)O(9.54%~11.06%)含量高,富钾(K_(2)O/Na_(2)O=1.45~2.02),极富铁(Fe O^(T)/(MgO+Fe O^(T))=0.93~0.94),为准铝质、钾玄岩系列;微量元素富集Hf(18.6×10^(-6)~30.6×10^(-6))、Ba(937×10^(-6)~1386×10^(-6)),极富Zr(1017×10^(-6)~1842×10^(-6)),但亏损Nb、Ta等,Eu异常不明显-弱Eu正异常(δEu=0.94~1.35,平均值为1.14)。大格勒正长岩具富集的Nd同位素(ε_(Nd)(t)为-3.9~-3.4)和高放射性Pb同位素组成(^(208)Pb/^(204)Pb(t)=38.164~38.232,^(207)Pb/^(204)Pb(t)=15.636~15.640,^(206)Pb/204Pb(t)=18.321~18.400),其锆石Hf同位素组成较均一(εHf(t)=-1.57~1.18)。结合区域构造背景,认为大格勒正长岩形成于碰撞后岩石圈伸展环境,角闪正长岩可能由富集地幔熔融产生的岩浆经过分离结晶而成。

关键词：岩石成因正长岩泥盆纪大格勒东昆仑

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加强地球系统内外联动的研究

科学通报 2024年第2期69卷 146-148页

作者：徐义刚谢树成中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室地球科学学院武汉430074

地球科学在经历了19世纪的神创论到进化论、20世纪的固定论到活动论两次转型发展之后,到21世纪迎来了地球系统科学的大发展时代[1],地球科学的研究前沿和发展方向正发生重要变革.地球系统科学的一个关键主题是地球系统的内外联动,它不... 详细信息

地球科学在经历了19世纪的神创论到进化论、20世纪的固定论到活动论两次转型发展之后,到21世纪迎来了地球系统科学的大发展时代[1],地球科学的研究前沿和发展方向正发生重要变革.地球系统科学的一个关键主题是地球系统的内外联动,它不仅涉及地球的物理过程、化学过程和生命过程交织在一起的动力学过程,还直接关系到宜居地球的形成及其发展演化.“十四五”期间科技部启动的“地球系统与全球变化”专项正是这一发展主题的体现.

关键词：地球科学地球系统科学物理过程转型发展固定论神创论内外联动发展演化

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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

东昆仑大格勒稀有金属矿床类型的厘定:碳酸岩型铌矿床

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大地构造与成矿学 2024年第1期48卷 163-171页

作者：周金胜王强王秉璋王涛马林李五福李玉龙袁博武翟国良王春涛刘建栋郑英金婷婷史兆凯马玲刘懋锐李成余志伟杨其济中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 青海省地质调查院青海西宁810012

铌是十分重要的关键金属,目前的主要用途是提高合金材料的抗腐蚀和耐高温性,同时其具有卓越的超导性能,因而随着超导技术革命的推进,未来对铌的需求可能会出现爆发式增长。尽管我国有各种类型的铌矿床,但可供开采利用的铌资源十分匮乏,... 详细信息

铌是十分重要的关键金属,目前的主要用途是提高合金材料的抗腐蚀和耐高温性,同时其具有卓越的超导性能,因而随着超导技术革命的推进,未来对铌的需求可能会出现爆发式增长。尽管我国有各种类型的铌矿床,但可供开采利用的铌资源十分匮乏,使得我国目前铌资源的对外依存度高达99.5%。本文对新发现的东昆仑大格勒稀有金属矿床中典型的矿石样品进行了综合矿物分析系统(TIMA)和电子探针成分分析,该矿床中主要的含矿(Nb)岩性为金云母岩和碳酸岩以及少量辉石岩、角闪石岩,矿石矿物主要为铌钙矿(粒径最高可达1.2 mm)、铌铁矿(粒径最高可达1.0 mm)、钛锆钍矿(粒径最高可达1.5 mm)、铌钛铀矿(粒径最高可达0.4 mm)、含铌钛铁矿(粒径最高可达0.3 mm)等,粒径和赋存形式明显优于白云鄂博矿床(粒径<0.04mm)。初步识别出两期铌矿化,即岩浆期和热液期,岩浆期结晶的铌矿物有铌钙矿、铌铁矿、钛锆钍矿、铌钛铀矿、含铌钛铁矿等;热液期形成的铌矿物也有铌钙矿、钛锆钍矿等。基于本次分析,并对比若干个与大格勒矿床极其类似的世界级铌矿床(例如Araxá、Catalao I和***é),我们将大格勒矿床厘定为碳酸岩型铌矿床。

关键词：铌矿床碳酸岩金云母岩稀有金属大格勒

东昆仑大格勒地区碱性杂岩体中辉石岩的年代学、地球化学、Sr-Nd同位素特征及其地质意义

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大地构造与成矿学 2024年第1期48卷 125-143,I0008-I0011页

作者：王春涛李五福王秉璋王强张新远王涛郑英金婷婷刘建栋袁博武韩晓龙曹锦山王泰山谭运鸿李玉龙青海省地质调查院青海西宁810012 青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室青海西宁810012 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640

近年团队在东昆仑大格勒地区发现了Nb、P矿化碱性杂岩体,并对杂岩体的岩石组合、岩石学特征及含矿性开展了研究,初步圈定了Nb、P矿化体,显示东昆仑具有寻找与碱性岩-碳酸岩型稀有稀土矿潜力。对碱性岩的形成时代、地球化学组成、矿物成... 详细信息

近年团队在东昆仑大格勒地区发现了Nb、P矿化碱性杂岩体,并对杂岩体的岩石组合、岩石学特征及含矿性开展了研究,初步圈定了Nb、P矿化体,显示东昆仑具有寻找与碱性岩-碳酸岩型稀有稀土矿潜力。对碱性岩的形成时代、地球化学组成、矿物成分以及形成环境等方面的研究,不仅对重建东昆仑古构造环境具有重要的意义,还可推动东昆仑稀有金属成矿规律研究与找矿突破。本文在野外地质调查的基础上,选取杂岩体中重要的含矿辉石岩为研究对象,开展了单矿物电子探针原位分析、磷灰石和榍石U-Pb年代学、岩石地球化学及Sr-Nd同位素研究。结果显示,东昆仑大格勒地区辉石岩的形成时代为418 Ma。辉石岩主要矿物中存在似长石(霞石)、碱性暗色矿物(富铁黑云母),单斜辉石为透辉石,角闪石为钙质角闪石(铁韭闪石),黑云母为铁质黑云母和镁质黑云母。岩石地球化学特征显示辉石岩具有富K(K_(2)O>Na_(2)O)、CaO含量高、轻稀土元素强烈富集、富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素,不亏损Nb、Ta元素,亏损Zr、U、Ti等高场强元素的特征。全岩的(87Sr/86Sr)i为0.704058~0.704278,ε_(Nd)(t)为-0.4~-0.2。矿物组成、元素和同位素地球化学特征均指示大格勒辉石岩为钾质碱性岩,具有与OIB相似的特征,岩浆源区为EMⅠ型地幔端元。岩石的形成过程为母岩浆在相对较深的地幔源区经历了1%~3%较低程度的部分熔融作用,在上侵过程中经历了较强的分离结晶作用和微弱的同化混染作用,其形成时代为该地区岩浆活动最强烈的时期,可能与碰撞后软流圈地幔的上涌和岩石圈的强烈伸展相关。

关键词：辉石岩年代学地球化学 Sr-Nd同位素大格勒

基于HPLC和MC-ICP-MS的植物叶绿素镁同位素测试方法

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岩矿测试 2024年第3期43卷 476-486页

作者：安子涵张宏宇殷佳欣张攀姚敏黄康俊西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640

叶绿素a和叶绿素b是植物光合作用时吸收光能的主要色素,其中叶绿素b能帮助叶绿素a扩展吸收光谱促使其吸收更多光能,叶绿素a和叶绿素b比例的改变有助于植物适应光照变化。准确测定叶绿素a和叶绿素b的镁同位素值对研究叶绿素形成过程中镁... 详细信息

叶绿素a和叶绿素b是植物光合作用时吸收光能的主要色素,其中叶绿素b能帮助叶绿素a扩展吸收光谱促使其吸收更多光能,叶绿素a和叶绿素b比例的改变有助于植物适应光照变化。准确测定叶绿素a和叶绿素b的镁同位素值对研究叶绿素形成过程中镁的生物合成路径等问题具有重要意义,其中将叶绿素a和叶绿素b分离并收集是使用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)准确测定两者镁同位素值的关键。高效液相色谱(HPLC)是分离叶绿素的常用仪器,但目前HPLC分离叶绿素的方法主要聚焦于细菌和藻类叶绿素分离。因此,需开发一套能将植物叶绿素a和叶绿素b分离的方法,且该方法分离的样品适用于MC-ICP-MS的镁同位素测定。本文基于665nm检测波长和C18色谱柱(7.6mm×250mm,5μm),以三因素三水平正交设计优化HPLC条件,分析影响样品运行因素间的关系,得出符合要求的参数条件。经过优化的HPLC方法柱温为25℃,流速为1mL/min,流动相为甲醇-丙酮(80∶20,V/V)。结果表明:通过外标法定量分析叶绿素a和叶绿素b所得标准曲线在5~50mg/L浓度范围内的相关系数均大于0.9996,检测限为0.40~1.09mg/L,定量限为1.22~3.31mg/L,相对标准偏差(RSD)小于8.10%,样品加标回收率介于91.92%~111.11%。采用该方法对样品进行分离后,再利用MC-ICP-MS对前处理后的样品进行镁同位素测定,标准-样品间插法测定的数据表明镁同位素测试结果可靠,证明本文建立的方法为植物叶绿素a和叶绿素b的分离提供了技术支撑,且分离样品可用于镁同位素测定。

关键词：镁同位素标准-样品间插法高效液相色谱法流动相叶绿素a 叶绿素b

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与碱性岩-碳酸岩杂岩共生的铌-稀土成矿作用——兼论东昆仑大格勒铌-稀土矿床中的碱性岩-碳酸岩杂岩成因

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大地构造与成矿学 2024年第1期48卷 1-37页

作者：王强李五福王秉璋王涛周金胜马林李玉龙袁博武王春涛王军张新远刘建栋薛尔堃胡万龙黄彤宇李旺超中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 青海省地质调查院青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室青海西宁810012 中国科学院大学北京100049

铌(Nb)和稀土(REE)分别是我国重要的紧缺、优势战略矿产资源,其中Nb对外依存度接近100%。Nb和REE矿床在全世界(包括中国)都有分布,这类矿床中的矿石矿物种类繁多,但目前工业提取REE的矿石矿物主要为富轻稀土的氟碳铈矿、独居石,富重稀... 详细信息

铌(Nb)和稀土(REE)分别是我国重要的紧缺、优势战略矿产资源,其中Nb对外依存度接近100%。Nb和REE矿床在全世界(包括中国)都有分布,这类矿床中的矿石矿物种类繁多,但目前工业提取REE的矿石矿物主要为富轻稀土的氟碳铈矿、独居石,富重稀土、钇的磷钇矿,风化壳淋积型黏土矿等,而工业提取Nb元素的矿石矿物主要为烧绿石和铌铁矿等。与碱性岩-碳酸岩杂岩有关的Nb、REE矿床等是铌与稀土(尤其是轻稀土)资源最重要的来源。自然界中的Nb矿床分布较广,但绝大部分Nb资源集中在全球约十多个大型矿床中,且主要与碱性岩-碳酸岩及其相关的风化产物有关。碱性岩-碳酸岩杂岩主要来自地幔,且产出于一些特殊的构造背景(如裂谷或陆内伸展、碰撞后伸展、地幔柱、火山弧等),是研究深部地幔富集与熔融过程、物质(如碳)循环和深部动力学机制的重要“岩石探针”,是当前固体地球科学研究的前沿和热点领域之一。因此,研究碱性岩-碳酸岩杂岩的形成机制及相关的Nb-REE成矿作用,具有极其重要的地球动力学和关键金属成矿意义。在东昆仑新发现了与碱性岩-碳酸岩杂岩共生的大格勒Nb-REE矿,成矿岩石主要为碳酸岩、金云母岩和橄榄岩,包含多种含Nb、富REE和含P矿物,初步确定为碳酸岩型Nb-REE-P矿床。Nb矿体中最重要的含Nb矿石矿物是铌钙矿和铌铁矿,其Nb_(2)O_(5)含量最高分别达81.17%、76.06%~79.67%,粒径最大分别可达1.2 mm、~1 mm,粒径和赋存形式明显优于白云鄂博矿床(粒径素的赋存状态与可利用性等还需要进一步深入研究。

关键词：碱性岩碳酸岩铌矿稀土矿岩石成因东昆仑青藏