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岩石学报 2019年第01期杂志 文档列表

大洋岛弧的前世今生1-15

摘要：根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带(Intra-oceanic arc)、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧--日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为:大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律(Subduction Initial Rule,简称SIR)。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋�

假蓝宝石(Sapphirine)的矿物学特征及其在超高温变质作用研究中的应用16-30

摘要：假蓝宝石是Mg-Al质麻粒岩中一种特殊的高温矿物,对超高温变质作用的研究有重要的意义。本文通过对全球66个超高温麻粒岩中47个含假蓝宝石麻粒岩地区的文献调研,总结了几种最常见的含假蓝宝石矿物组合产出的结构位置和变质反应关系,以及假蓝宝石的矿物化学特征。假蓝宝石的化学成分一般位于7∶9∶3端元左右,XMg大于0. 7,XFe3+变化范围很宽,为0~0. 7。含假蓝宝石矿物组合的形成和演化指示了岩石经历的P-T轨迹。岩石中保留的假蓝宝石取代尖晶石、Grt/Opx+Sil取代Spr+Qz组合,以及随后的Spr+Crd±Opx后成合晶取代Grt/Opx+Sil组合的结构,一般可能指示了逆时针P-T轨迹中冷却和随后减压的部分;岩石中Grt/Opx+Sil/Ky或富Mg十字石反应形成Spr+Qz组合的结构可能指示了顺时针P-T轨迹中减压升温的部分。超高温变质岩不同的P-T轨迹暗示着它们的成因机制并不单一,前者可能是幔源基性岩浆底侵或增生作用的结果,后者可能与长期的热造山作用相关。

矿物--成矿与找矿31-68

摘要：单颗粒矿物微量元素激光原位定量分析测试数据的大量积累和研究,使矿物成为矿床地球化学研究和矿床勘查的重要示踪剂。本文重点选择磁铁矿、磷灰石、石榴子石、榍石、锆石、绿泥石和绿帘石等的原位分析研究所获得的认识,介绍单颗粒矿物成分组合及变化在矿床类型划分、成矿年龄测定、氧逸度、成矿过程与物质来源、找矿与勘探等方面的应用。不同矿床类型中普遍存在的矿物,如磁铁矿、磷灰石等的微量元素含量及组合差异,提供了矿床类型识别的标志。单颗粒矿物,特别是矿石矿物和密切共生矿物如锡石、铌钽铁矿、赤铁矿、石榴子石、方解石等的原位定年,使成矿年龄的直接准确测定成为现实。矿物中变价元素,如Fe、V、Mn、Ce、Eu含量和/或比值的变化,指示了成矿过程氧逸度及其变化特点。从矿物核部向震荡环带与边部的微量元素含量或同位素组成的变化,示踪了成矿过程中流体来源或性质的变化。斑岩和矽卡岩矿床中与成矿作用关系密切的蚀变矿物,如绿泥石、绿帘石的形成温度、特征微量元素比值,如Ti/Sr、Ti/Co、V/Ni、Mg/Sr等,与距矿床中心距离呈线性函数关系,可定量预测距矿床中心的距离,使以绿泥石、绿帘石为代表的找矿指示矿物研究迅速发展。

云母:花岗岩-伟晶岩稀有金属成矿作用的重要标志矿物69-75

摘要：云母是花岗岩、伟晶岩中的重要造岩矿物,不仅是整个岩浆阶段的结晶产物,而且也是热液过程的参与者。作为层状硅酸盐矿物,层间或八面体位置上可容纳锂、铷铯、锡、铌钽等稀有金属。本文结合前人研究积累和作者近年来的研究成果,阐述了云母作为一个重要的稀有金属成矿标志矿物的矿物学特征。铁锂云母-锂云母是稀有金属成矿作用中重要的锂矿物,同时云母中锂含量可以反映花岗岩的分异程度。铷、铯可以置换云母层间钾,在高演化花岗岩、伟晶岩中可以形成铷、铯为主的云母(既可以是锂云母系列,也可以是黑云母系列)。黑云母是稀有金属花岗岩中一个特殊的矿物。准铝质含锡花岗岩中黑云母锡含量可达100× 10^-6,其锡含量可以指示其锡成矿能力。稀有金属花岗岩中,常见的是铌钽氧化物矿物。但是最近研究发现,黑云母中铌可以超常富集(超过1000× 10^-6),成为稀有金属花岗岩中最重要、甚至唯一的铌矿物,形成一种以富铌黑云母为特色的新类型稀有金属花岗岩,并可能代表了一种新型的潜在铌资源。基于云母在花岗岩中的重要性和结构的特殊性,今后要利用微区成分和结构分析技术,加强对云母中稀有金属晶体化学的研究,以及进一步揭示云母对稀有金属成矿的特殊重要意义。

大陆岩石圈伸展与斑岩铜矿成矿作用76-88

摘要：华南地区自古生代以来一直属于陆内构造演化环境。华南陆内伸展型斑岩铜矿主要形成于早侏罗世、晚侏罗世和早白垩世3个时期,其中晚侏罗世成矿期与华南中生代大规模钨锡成矿作用的形成基本属于一个时期。这些斑岩型矿床的时空分布与同时期的俯冲带在时间上和空间上具有明显不协调的关系,且与俯冲有关的、后俯冲伸展背景以及陆陆碰撞有关的斑岩铜矿的线性分布特点明显不同,尤其是早白垩世斑岩铜矿的分布明显呈面状分布,与华南中生代地壳明显减薄的区域基本一致。虽然这3个时期的斑岩型铜矿在地球化学上显示出弧岩浆岩的特点,但是地质事实证明在这3个时期,华南岩石圈发生了明显的伸展作用,尽管每个时期华南不同地区岩石圈伸展的程度可能不同。因此,我们把华南这种类型的斑岩铜矿归称之为"陆内伸展型"斑岩铜矿。陆内伸展型斑岩铜矿的成矿机制可能是岩石圈伸展背景下软流圈上涌导致陆下岩石圈地幔或者下地壳被改造有关。

俯冲带变质过程中的含碳流体89-98

摘要：俯冲带含碳岩石通过俯冲过程的变质反应生成了含碳水流体、富硅酸盐的超临界流体和含碳熔体。不同类型流体的形成与岩石成分和岩石经历的温压条件相关。岩石中碳酸盐矿物脱碳反应的温压条件取决于岩石起初的流体成分:有水存在时,反应发生在低温条件下。在高压条件下,碳酸盐矿物在水或含盐水流体的溶解是生成含碳流体重要的机制,其导致的碳迁移作用可能超过脱碳变质反应的作用。高温条件下,含碳岩石的部分熔融可以生成含碳的熔体,这在热俯冲环境和俯冲带岩石底辟到上覆地幔的情况下是碳迁移重要载体。富硅酸盐的超临界流体可能是在第二临界端点上形成的超临界流体,目前在超高压岩石中观察到的非花岗质成分的多相固体包裹体被认为是这种流体结晶的产物,然而对其理解尚存在很多问题,需要进一步的实验研究。地表含碳岩石在俯冲带被带到深部,俯冲带地温特征的不同导致了不同类型含碳流体的形成,这些流体运移至上覆地幔引起岩石部分熔融产生含碳的岛弧岩浆,岩浆喷出到地表释放了其中的碳,这构成了俯冲带-岛弧系统的碳循环。

中国铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床的基本特征及研究进展99-118

摘要：铁氧化物-铜-金(Iron Oxide-Copper-Gold,IOCG)矿床是Hitzman et al.(1992)提出的一个新矿床类型。该概念的提出与澳大利亚Olympic Dam超大型矿床的发现有关,一定程度上促进了世界上同类新矿床的发现,引起工业界和学术界的广泛关注。中国IOCG矿床的研究起步较晚,在IOCG概念提出后很长一段时间内,并没有国内外公认的IOCG矿床报道。近年来,通过对一些Fe-Cu矿床的实例研究,目前已初步确立中国西南康滇地区、东准噶尔北缘和东天山阿齐山-雅满苏等Fe-Cu成矿带具有类似于IOCG的成矿特征,并且在矿床形成时代、机制及构造背景等成因问题上取得诸多进展。成矿时代上,康滇Fe-Cu成矿省形成于元古代,包括有~1. 65和~1. 0Ga两期主成矿事件,分别对应于区域上的两期板内岩浆作用,说明Fe-Cu矿化与大陆裂谷背景相关。东准噶尔北缘和东天山阿齐山-雅满苏成矿带均形成于古生代,分别为295~320Ma和~380Ma,被认为可能与陆缘盆地闭合有关。三个成矿带中Fe-Cu矿床围岩均为火山-沉积地层、均具有早期Fe矿化和晚期Cu矿化为主的特征且大部分矿床与同期侵入岩体没有明显空间关系,但在蚀变矿物组合及金属元素富集程度、流体特征等方面仍存在一些差别。例如康滇成矿省的蚀变组合以成矿前区域Na化、Fe矿化期Fe-Na-(Ca)化及铜矿化期K化和碳酸盐化等为特点;矿体在空间上常与大小不等的热液角砾岩筒共生;各矿床不同程度地富集REE、Mo、Au、Co等金属;成矿流体上早期以高温、中高盐度的岩浆热液为主,而成矿晚期则有更多非岩浆流体(盆地水、地层水或大气降水等)的加入。这些特点与世界上典型的IOCG矿床(特别是前寒武纪矿床)基本一致,因此目前为止,康滇成矿省作为中国的典型IOCG矿床而受国内外认可的程度相对较高。东准噶尔北缘与东天山阿齐山-雅满苏成矿带矿化特征较为相似,最新研�

地表“矿物膜”:地球“新圈层”119-128

摘要：地球表层是一个极为复杂的开放系统,其中所充满的阳光、大气、水分、有机酸、无机酸/盐、矿物质和微生物等彼此之间无时无刻不在发生着人们尚未充分认识到的多种自然作用。本文采用环境矿物学、半导体物理学与光电化学等交叉学科研究手段,在我国南方红壤、西南喀斯特和西北戈壁等典型陆地生境中,发现直接暴露于太阳光下的土壤/岩石表面广泛发育有几十纳米到数百微米厚度的铁锰氧化物"矿物膜";详细研究了铁锰氧化物"矿物膜"中矿物组成及其精细结构特征,发现半导体性能优异的水钠锰矿普遍存在,其晶体结构中富含促进其光催化功能的稀土元素Ce。在这些生境中,矿物岩石表面所包覆的铁锰氧化物"矿物膜"总是朝着太阳光发育,岩石背面却不出现"矿物膜",揭示出太阳光照射下的地球陆地表面普遍存在的"矿物膜"与太阳光有着直接的响应关系。光电化学测试结果显示,天然"矿物膜"具有较好的日光响应性能,由其制成的电极在可见光照射下皆能产生明显的光电流,而不含铁锰氧化物矿物的岩石基质样品及石英、长石等矿物样品几乎不产生光电流,表明"矿物膜"光电流的产生主要与铁锰氧化物有关。进一步测得"矿物膜"中主要铁锰氧化物的禁带宽度均小于2. 5eV,证明其均为对可见光具有广泛而良好吸收的天然半导体矿物。以全球日光平均辐照强度100mW/cm~2计以及全球典型生境中"矿物膜"分布面积估算,全球"矿物膜"吸收太阳能等效为生物质能的最大量与2017年度全球糖类产量(1. 92亿吨)相当。铁锰氧化物"矿物膜"不仅存在于陆地地表,还存在于海洋透光层中。可以认为地表"矿物膜"是地球上分布最广的天然"太阳能薄膜",从功能上"矿物膜"相当于继地核、地幔和地壳之后的地球第四大圈层,事实上构成了地球"新圈层",也是地球在太阳光能量驱动下发

从矿物粉晶表面反应性到矿物晶面反应性--以黄铁矿氧化行为的晶面差异性为例129-136

摘要：地球系统中各种矿物相的物理化学反应大多是从矿物表面或界面开始的。要揭示矿物表面反应性的本质,就需要从控制其反应性的表面结构入手。由于实验条件的限制,绝大多数关于矿物表面物理化学性质的研究主要采用粉晶作为研究对象。尽管粉晶方法在研究诸如硅酸盐、碳酸盐溶解和沉淀结晶等过程中被普遍采用,但这种基于矿物粉晶的研究方法还是有一定的不足。因为形成粉晶的破碎研磨过程会导致晶体高能面的出现,高能面所具有的高活性可能会加速其反应过程,应用于地球化学反应的计算结果就可能高估了实际的地球化学反应速率。本研究以黄铁矿表面氧化反应的晶面差异性为例,从晶面结构制约反应性的角度出发,重新审视了黄铁矿氧化的相关问题,弥补了传统"粉晶研究"中对黄铁矿氧化速率和氧化机理认识的缺陷。黄铁矿宽范围的氧化速率实测值很可能是由不同晶面间较大的反应性差异导致;水在黄铁矿的氧化过程中同时扮演着传递电子的催化剂和反应物的角色,也是黄铁矿氧化反应速控步(rate-limiting step)的核心物质。这些认识首次明确了黄铁矿不同晶面反应性差异的重要性,并提示我们应将传统表面矿物学的研究推向更为精确的晶面矿物学水平。这一从晶面角度考察发生在矿物表面的地球化学反应的研究方法可为构建更为精确的地球化学模型提供理论基础。

矿物白度的影响因素与增白机理研究137-145

摘要：白度是矿物的重要光学性质之一。为了深化矿物的光学性质及白色矿物功能材料的研究与应用,根据测试分析结果和叶大年的结构光性矿物学理论,系统研究了影响矿物白度的主要因素,以及矿物增白效果的差异性及其产生机理。研究结果表明:(1)晶体化学是决定不同种类透明矿物白度的最主要因素,但对于某种透明矿物来说,影响其白度的主要因素是矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态与晶体化学环境、介质环境、矿物中的水和粒度大小等。(2)证明了透明矿物白度大小与折射率呈正相关。白度相同的不同矿物的增白效果存在很大差异性,其根本原因是由矿物折射率所决定的反射率存在很大差别。(3)提出了真白度和假白度的概念,即主要由自色产生的白度称为真白度,主要由假色产生的白度称为假白度;真白度高的矿物具有增白作用,而真白度低的矿物,即使粉末白度高,也没有增白作用。(4)在影响矿物白度的主要因素中,矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态等杂质成分对矿物白度和增白效果起负面作用。(5)矿物中与晶体结构相关的水所产生的颜色属于自色,脱去结晶水、层间水和结构水都有利于提高矿物的真白度或增白效果,但脱去沸石水的效果正好相反;由矿物粒度大小变化产生的颜色属于假色;通过降低粉体粒度大小所提高的白度属于假白度,由此增加的白度没有增白作用。另外,矿物粉体与使用介质之间的折射率大小差别越大,增白效果越明显。

葡萄石的热膨胀性与压缩性及其地质意义146-152

金属硫化物微生物氧化的机制和效应153-163

摘要：岩石露头和矿山废弃物中的金属硫化物在地表、近地表条件下的氧化作用往往导致多种环境问题,因此,金属硫化物的地表风化一直是备受关注的表生过程之一。越来越多的证据表明微生物对矿物的氧化在金属硫化物风化过程中发挥着重要作用。实验研究发现:微生物在金属硫化物表面附着并形成微生物膜,在矿物-微生物膜界面微环境中存在着强烈的微生物氧化和化学氧化作用,两种氧化作用相互协同、共同促进。在此过程中,金属硫化物的S、As、Fe等元素经历了复杂的电子传递、逐级氧化的动力学过程,最终形成稳定的高铁硫酸盐或氧化物,并形成大量的酸性排水。该过程受多种因素的影响,包括细菌种类、光照和溶液Fe^2+浓度等。金属硫化物的微生物氧化直接导致重金属大量释放和严重的环境危害,释放的酸性排水还引发碳酸盐矿物分解和CO2排放,会对全球碳循环产生不可忽视的影响。在地球演化的早期阶段,金属硫化物氧化消耗大气氧气可能导致大氧化进程滞后。尽管关于金属硫化物-微生物相互作用研究取得了长足的进展,但金属硫化物微生物氧化的分子机制和全球尺度的元素地球化学循环还有待深入研究,原位纳米观测技术的引入和全球物质循环模型研究具有必要性和紧迫性,同时也对生物冶金技术的发展有着重要的意义。

铝硅酸盐纳米矿物的地质意义和资源价值再认识164-176

摘要：本文简析了三种典型铝硅酸盐纳米矿物(埃洛石、伊毛缟石和水铝英石)的结构和性质特点;探讨了它们在其典型赋存环境中对元素迁移和富集所起的作用和机理,包括风化淋积型稀土矿床中埃洛石对稀土元素赋存所起的作用,火山灰风化壤等体系中伊毛缟石和水铝英石对重金属离子、放射性元素、阴离子和有机碳迁移所起的作用等;还浅析了这三种特殊非金属矿物的工业应用的可能性和条件。

铜陵叶山铁矿赤铁矿微尺度矿物学研究及地质意义177-192

高温微生物铁还原条件下绿脱石对有机质的保存作用研究193-203

幔源岩浆氧化还原状态及对岩浆矿床成矿的制约204-214

摘要：岩浆的氧化还原状态是控制许多基本地质过程的关键热动力学参数之一。估算玄武质岩浆和源区岩石氧化还原状态的常用方法主要包括多价元素的价态、多价元素的分配系数、共存矿物对的化学平衡和全岩化学比值。岩石学实验的深入和分析技术手段的快速发展使精确估算岩浆氧逸度成为可能。这有力地促进了对地幔源区成分、岩浆的部分熔融程度和熔融方式与分异演化历史,以及岩浆矿床的成因机制及成矿过程的研究。幔源岩浆的氧化还原状态复杂多变,不仅与构造背景有关,还与地幔深度(压力)、交代作用和部分熔融有着密切联系。而在岩浆到达浅部地壳后,结晶分异、岩浆去气和同化混染等过程也能不同程度地改变岩浆的氧逸度。因此,即使来自同一构造背景的幔源岩浆也呈现出明显的氧逸度不均一性。氧逸度的高低对源区部分熔融过程中金属元素的地球化学行为、岩浆的分异演化趋势、Fe-Ti-V氧化物饱和时间的早晚和S在岩浆中的溶解度具有明显的控制作用。因此,岩浆的氧逸度对钒钛磁铁矿矿床和汇聚板块边缘的岩浆硫化物矿床的成矿过程具有显著的影响。

稀有气体同位素地球化学在矿床学研究中的应用进展215-232

摘要：稀有气体因其化学惰性以及在不同来源地质体中的同位素组成差异很大,在研究成矿流体来源、演化和壳-幔相互作用过程中具有非常重要的意义。另外,由于^4He、^40Ar是放射成因子体同位素,具有年代积累效应,因此,它们常被用于同位素测年。本文简要回顾了流体包裹体中稀有气体同位素的后生影响和样品、分析方法选择注意事项,以及近年来稀有气体同位素在成矿流体示踪,^40K-^40Ar、^40Ar-^39Ar定年及(U-Th)/He定年方面的研究进展。已有研究证实流体包裹体中的稀有气体可能受后期扩散丢失、后生叠加和同位素分馏的影响,要根据目的选择不同的分析方法;稀有气体同位素可以示踪不同类型矿床的流体来源、演化及壳-幔相互作用、稀有气体同位素与卤素联合运用可以用来指示流体和盐度来源、演化过程以及矿物沉淀机制等,^3He/热的研究可以追溯流体的热源及其运移方式;流体包裹体^40Ar-^39Ar可以用于矿床直接定年,表生含钾矿物的^40K-^40Ar、^40Ar-^39Ar定年以及锆石、磷灰石和铁氧化物(U-Th)/He定年可为矿床及氧化带的形成时间、矿床形成后的抬升、剥露历史、古气候演化等重大地质问题讨论提供大量有意义的信息。

褐帘石的谱学特征233-242

摘要：本文研究了6个来自不同产状、不同地区的含褐帘石样品,包括4个伟晶岩(M1663来自内蒙集宁益元兴、M7673来自内蒙集宁察汗营地区、M4960来自美国Amherst County Virginia地区、M4976来自挪威Liksviken地区)、2个矽卡岩(M1697产自河北地区、M1679产自湖南郴县地区)。通过对这6个不同产状褐帘石的电子探针主量、稀土和微量元素分析及拉曼、红外光谱学的研究来揭示褐帘石晶体化学特征。结果表明,褐帘石成分均匀,晶体内发育微裂隙,局部有脉体充填,但不同产状的褐帘石样品在主量元素如Fe O、Ca O、Al2O3以及REE如Ce2O3、Nd2O3、La2O3的含量具有明显的差别。其系统的光谱学数据表明褐帘石晶体的特征峰强度和峰位的偏移均与其组分有关,并分析指派了部分光谱峰位的归属,揭示了褐帘石中特殊谱峰位置的迁移与其元素含量、晶体结构之间的关系。拉曼光谱揭示了褐帘石单晶有20组拉曼活性谱峰(ν1~ν20),其中ν2~ν4、ν5~ν8、ν16~ν19谱峰的迁移与A位上的Ca与稀土元素之间置换作用有关;ν10~ν12谱峰是O-Si-O弯曲振动引起,其拉曼谱峰的偏移可能与Si含量有关;ν13~ν14谱峰的迁移则可能是多种元素变化共同作用的结果。褐帘石单晶红外光谱展示了13组红外活性谱峰(a-m),h-k谱峰的偏移与在M1或M3位上Fe^3+和Al相互替代而导致的;b-g谱峰的偏移是与硅氧四面体中Si-O非对称伸缩振动有关;OH(l-m)双峰的出现可能与M1、M3位上Fe^3+的含量有关。研究结果表明伟晶岩类岩石中褐帘石晶体结构中Fe^3+与Al^3+间的置换作用强于矽卡岩类岩石中的褐帘石;而矽卡岩类岩石中褐帘石晶体结构中在A位上稀土元素与Ca置换作用则大于伟晶岩类岩石中的褐帘石。