矿物包裹体的化学成分研究在地质学、矿床学和油气勘探等方面具有重要意义.目前对包裹体化学成分分析的主要分析方法有激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、电子探针(EPMA)、显微激光拉曼光谱(LRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、质子诱发X射线光谱分析(PIXE)、同步辐射X射线荧光光谱(SXRF)和(传统的)二次离子质谱分析(SIMS)等.本文在对上述方法的分析特点进行简单介绍的基础上,重点阐述了对于矿床学样品表征具有广泛应用潜力的飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)的原理、特点和技术优势,总结了国内外学者应用TOF-SIMS对矿物包裹体化学成分分析的研究进展与存在问题,并做了相关领域的展望.
锂是重要的战略金属矿产,锂辉石花岗伟晶岩是锂矿资源的重要来源.近来柴北缘茶卡北山地区新发现锂辉石花岗伟晶岩脉群,本文对区内锂辉石花岗伟晶岩进行了岩相学、矿物学、矿物化学、年代学研究工作,确定了锂辉石花岗伟晶岩的矿化特征及矿化年限.锂辉石花岗伟晶岩存在两期矿物组合:早期由粗粒锂辉石、粗粒钾长石、粗粒白云母、粗粒更(钠)长石、粗粒石英和铌钽铁矿等组成,属熔体结晶阶段产物;晚期由锂绿泥石、富锂云母、蠕虫状锂辉石和细粒他形石英等组成,为岩浆期后热液交代产物.根据两期矿物组合判断存在两期锂矿化,认为早期锂辉石的局部蚀变与晚期锂矿物的形成指示体系内存在锂的活化和再沉淀过程.测得与锂辉石伴生的铌钽铁矿U-Pb年龄为241.0±1.3 Ma,可代表锂辉石花岗伟晶岩熔体结晶年龄,即为早期锂成矿年代,矿床为印支期产物.
泰思肯集成矿物分析仪(TESCAN Integrated Mineral Analyzer,简称TIMA)是基于扫描电子显微镜、加载多个X射线能谱仪和其他探测器、自动识别矿物并成像的分析系统.TIMA已广泛应用到岩石学、矿物学、地球化学、石油、古生物等地球科学领域中,特别是在针对矿物成分和结构复杂、粒径细小的地质样品以及数量大且样品重复性高的实验需求时,它具备分析快速并且能获得统计学数据的优势.为了达到分析测试目的,同时节约成本,选择最佳的实验条件至关重要,但相关研究往往被忽视.因此,本文以陕西省略阳县铧厂沟金矿床中的含金矿化黄铁绢英岩样品为例,使用TIMA在不同扫描模式和分析类型以及多种实验参数设置条件下,对样品进行了分析测试,比较了测试结果的矿物相组成数据、小区域矿物相图和元素分布图的图像质量以及矿物颗粒粒径等统计数据.研究结果表明,影响TIMA分析质量的主要因素为背散射像素间距、能谱测试点间距以及X射线采集计数;实验条件的选择主要取决于样品的矿物成分、粒径和测试分析的目的.
沙麦钨矿床位于内蒙古东乌旗地区,是该区目前已探明的中型岩浆热液型钨矿床.矿体主要赋存在黑云母二长花岗岩和黑云母二长花岗斑岩中,对这两种花岗质岩石的岩相学、岩石地球化学和LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学进行了研究.结果表明,黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄为135.6±1.6 Ma和136.3±1.8 Ma,黑云母二长花岗斑岩锆石U-Pb年龄为138.6±1.1 Ma,二者侵位时间均为早白垩世.两种花岗质岩体具有富Si02(73.73％～78.23％)、高钾钠(Na20+K20)(7.56％～8.89％)、贫 MgO(0.09％～0.20％)、贫 CaO(0.51％～0.89％)、贫 TiO2(0.03％～0.12％)的特征,属于过铝质-高钾钙碱性系列;微量元素富集Rb、K、Th和U,相对亏损Sr、Ba、Nb、P和Ti元素,具有强烈的Eu负异常,具有较高的FeOT含量,较高的FeOT/MgO和FeOT/(FeOT+MgO)值显示A型花岗岩的特征.结合区域构造背景和地质资料,认为沙麦花岗岩锆石U-Pb年龄与中国东部大规模成矿事件年龄范围一致,形成于燕山期造山后伸展构造环境中,与区域内大规模岩石圈减薄和伸展背景有关.
准噶尔盆地三叠系百口泉组油气勘探潜力巨大,但储集砂体物性较差,非均质性较强,优质储层形成原因尚未明确,成岩相关特征认识模糊,限制了该区油气的勘探开发.基于三叠系百口泉组岩芯观察,结合薄片分析、扫描电镜以及物性分析等资料,分段分岩性对储层成岩作用以及孔隙演化进行了详细分析.结果表明,研究区百口泉组岩石类型以砂砾岩为主,储层按岩性可划分为砂砾共同支撑储层和砂质颗粒支撑储层,储集空间整体以原生粒间孔为主,储层物性较差,属于低孔低渗型.储集层的成岩阶段为中成岩B期.基于定量分析,发现压实作用和胶结作用对储集层物性破坏较大,溶蚀作用增孔能力受控于岩石支撑类型,对砂砾共同支撑的储集层岩石增孔影响较大,对砂质颗粒支撑的储集层岩石增孔影响较差.
黔西北大方地区龙潭组以泥页岩、煤层与砂岩交替互层发育为特点,具有典型的海陆过渡相特征.文章在剖面实测和样品采集的基础上,结合全岩和黏土矿物XRD分析、总有机碳(TOC)含量测定、岩石热解、干酪根显微组分及镜质体反射率(RO)等分析,对研究区龙潭组烃源岩发育特征进行了研究和评价.结果表明:①龙潭组矿物以黏土矿物为主,具有较强的吸附能力,但黏土矿物含量与石英含量呈明显的负相关关系(R＞0.8),尤其是泥页岩中70％以上的黏土含量以及较低的脆性指数增加了压裂开发的难度.②龙潭组有机质丰度受岩性变化控制明显.煤层具有最高的TOC含量(平均值42.9％)和生烃潜量(平均值为2.68 mg/g),显示强大的煤层气生烃潜力;泥页岩生烃潜量均小于2 mg/g,但约有80％样品的TOC含量超过2％,页岩气资源潜力不及煤层气;粉砂岩生烃潜力最差,生烃潜量平均值为0.13 mg/g,TOC含量为1.4％～5.6％,显示一定的致密气潜力.③龙潭组有机显微组以壳质组和镜质组占主导,干酪根以Ⅲ型为主,Ⅱ 2型为辅,热演化程度高,处于高-过成熟的生干气阶段.④煤层更为发育的龙潭组中段是大方地区煤层气、页岩气和致密砂岩气联合勘探的有利层段.
锶同位素已经成为全球海平面变化、造山运动、古气候和古环境等全球地质事件研究与对比的有效工具之一.本文以四川盆地东部地区早中三叠世蒸发岩的野外剖面和钻孔岩心为主要研究对象,测试了碳酸盐岩、硫酸盐岩和石盐岩的锶同位素组成,并建立了相应的锶同位素演化曲线.研究结果显示,碳酸盐岩的87Sr/86Sr值平均为0.707 895,硬石膏岩的87Sr/86Sr值平均为0.708 174,石盐岩的87Sr/86Sr值平均为0.708 177,同时碳酸盐岩的87Sr/86Sr值从早三叠世的0.707 413快速增加到中三叠世早期的0.708 515,而后呈现下降趋势.从总体上看,这些87Sr/86Sr值与全球早中三叠世同期的87Sr/86Sr值数据接近,说明四川盆地东部地区早中三叠世钾盐的物质来源大部分为海水,并沉积于海相沉积环境,同时由于火山作用造成的温室效应也为钾盐沉积提供了气候条件.
通过将砂样图像进行单颗粒分割,识别砂样成分,可显著提高砂样岩性分析的准确性和效率.现有的砂样图像分割方法主要以传统分水岭算法和卷积神经网络为主,但由于对单颗粒岩屑轮廓细节提取不足,误分割率高.本文提出一种以图像融合算法为桥梁,将卷积神经网络和分水岭算法相结合的单颗粒图像分割提取方法.首先利用改进的Mask R-CNN网络快速分割砂样原图,获得其初分割图像;然后,将初分割图像与砂样原图进行融合,再使用改进的分水岭算法对融合结果进行分割;最后,利用砂样原图坐标点匹配方法,将分水岭分割得到的结果图像进行修正,完成单颗粒岩屑图像提取.实验结果表明,本文的单颗粒自动分割提取方法准确率高达96.77％,且模型更轻量和精准,为岩屑图像分割提供了一种可行且有效的方法,可满足有效测算油藏层构造变化、查找潜在沉积物源及储层动态变化的需求.
火山是人类窥探深部岩浆系统的窗口.从全球范围来看,贫晶体富熔体的火山岩(尤其是玄武岩和流纹岩)大面积出露,而富晶体的长英质火山岩仅出露于破火山周围.长英质富晶体火山岩主要可分为两类:一类是成分和晶体含量均一的火山岩;另一类是成分和斑晶含量分带的火山岩.富晶体火山岩是冷储存晶粥接受岩浆反复补给后重熔、再活化,重新具备流动能力而喷发形成的,储库中先存物质的成分决定了再活化形成的富晶体火山岩的类型.富晶体火山岩的存在能够很好地解释岩浆储库具有较长的寿命而岩浆汇聚结晶的过程却是迅速的这种看似矛盾的现象.虽然近年来长英质富晶体火山岩的研究已经取得了明显的进展,但仍有许多问题亟待解决,如碎斑熔岩的成因,如何判别晶粥活化,晶粥再活化与火山喷发的关系,岩浆补给和晶粥活化的时间尺度等.对富晶体火山岩的进一步研究将有助于深入揭示熔体演化、运移、在浅部的聚集和喷发的机制,并可为建立更完善的长英质岩浆演化模型提供更多信息.
从滹沱群底部四集庄组不同的分布区选择了 1件正长花岗斑岩、1件似斑状二长花岗岩砾石及1件侵入于蒋村四集庄组的正长花岗斑岩,进行了锆石U-Pb-Hf同位素分析.获得正长花岗斑岩和似斑状二长花岗岩砾石的锆石207Pb/206Pb加权平均年龄分别为2 507±14 Ma和2 519±35 Ma,推断花岗岩砾石的物源可能为五台新太古代晚期峨口花岗岩和兰芝山花岗岩;侵入于四集庄组的正长花岗斑岩锆石207Pb/206Pb年龄为2 157±15 Ma.结合四集庄组、五台地区高凡群火山岩年龄结果和华北克拉通2.2～2.0 Ga地质事件的性质,认为滹沱群底界可能为2.2～2.18 Ga,顶界时代约为2.0 Ga,其沉积对应一期强烈的陆内裂谷伸展过程.新太古代花岗岩砾石和古元古代花岗岩锆石Hf同位素结果指示,五台地区新太古代早期出现明显的地壳生长,新太古代晚期也存在地壳增长.
曲家金矿位于我国重要的蚀变岩型金矿矿集区之焦家金矿带的中段,矿床赋存标高为-726～-1 334 m.为研究黄铁矿的演化及其对金成矿过程的指示,运用LA-ICP-MS分析黄铁矿原位微量元素含量,结合岩相学观察和点群分析对黄铁矿进行了分类.发现黄铁矿中Co、Ni、As等微量元素主要以类质同像形式赋存,而Au、Ag、Cu、Zn、Pb、Bi等元素主要以纳米级、微米级矿物包裹体形式赋存.黄铁矿主要分为5种类型:富Co型Py1,富Ni型Py2,富Au、As型Py3,富Au、Ag、Pb、Bi型Py4及"干净"型Py5.黄铁矿微量元素特征指示成矿物质可能主要来源于前寒武纪变质基底岩石和中生代岩浆岩,少量来源于地幔,成矿热液可能属变质热液、岩浆热液和浅部大气降水的混合成因.不同类型黄铁矿反映成矿热液由富Co、Ni经富As、Au向富Pb、Bi、Au、Ag演化.Py1和Py2形成后受构造活动影响发生强烈破碎,裂隙表面对热液中金络合物增强的吸附作用促使金在裂隙中沉淀,对金的富集成矿可能起重要作用.Co、Ni含量较低,同时Au、Ag、As、Pb、Bi等元素含量较高的黄铁矿与成矿作用有密切关系.另外,黄铁矿中Co、Ni含量较高,但破碎强烈,成矿相关元素含量较高为黄铁矿在早期形成并被后期成矿作用改造的特征.
在野外剖面及岩心观察基础上,利用薄片鉴定、扫描电镜以及电子探针等多重手段,对阜东斜坡区齐古组砂岩储层中自生绿泥石的赋存特征和形成机制进行了详细的分析,为油气藏寻找以及开发方案的调整提供方向.结果表明,研究区齐古组储层砂岩中自生绿泥石在镜下呈现3种赋存状态:衬垫式、薄膜式和充填式,以衬垫式为主,相对应的储层物性较好;自生绿泥石为富铁绿泥石,凝灰质岩屑以及长石类矿物的溶蚀、黏土矿物之间的转化以及河流溶解的Fe所形成的絮状沉淀都为自生绿泥石的形成提供了重要的物质基础;粒径大的砂岩储层中流体流动性相对较好,有利于形成绿泥石大量发育的碱性环境;齐古组绿泥石的赋存状态一致,其含量不同对储层储集性能及敏感性有一定影响.
我国柴达木盆地蕴藏着丰富且极具开发潜力的卤水钾锂资源,但随着产能的不断扩大和持续开发,浅部易开采的优质资源不断减少,走向深部开采成为必然选择.与浅部相比,盐湖深部卤水储层质量相对较差,富水性弱且不稳定,开采难度极大.本文以查明察尔汗盐湖别勒滩区段深部卤水储层特征为目的,通过分析钻孔岩性和物性数据,研究了别勒滩区段深部卤水储层的平面分布特征和厚度变化规律,结果表明研究区以东南部储层厚度最大且石盐岩储层质量最优.卤水储层三维建模研究显示,富锂卤水主要分布在研究区中北部,南部锂含量相对较低;平面上第Ⅱ含矿层在中部石盐厚度大且粉砂和黏土夹层少,有利于卤水的开采.
采用岩石薄片鉴定、X射线衍射分析、扫描电镜以及元素地球化学等分析测试手段,对罗布泊盐湖罗北凹地杂卤石的沉积和分布特征进行了研究.结果显示,罗北凹地杂卤石主要发育于含盐系中上部,或以质地较纯的层状杂卤石岩产出,或与钙芒硝/石盐/白钠镁矾共同产出.杂卤石有交代和原生两种成因类型:前者是罗北凹地杂卤石产出的主要类型,是罗布泊硫酸盐型盐湖自身蒸发析出产物,在盐湖演化中后期交代钙芒硝或者石膏形成;后者可能为富钙卤水补给富钾镁盐湖形成.罗北凹地杂卤石的分布具有在南北方向上南厚北薄、在东西方向上中间厚两侧薄的特点,对应的KCl含量也同样具有南高北低、中间高两侧低的特点,它们的分布特征明显受控于区域构造活动,构造导致的沉降区有利于杂卤石聚集成矿.本区杂卤石矿埋藏浅、规模较大,可作为后备钾盐资源.
伊利石是一种层状硅酸盐矿物,层间主要为钾离子,可利用K-Ar法、Ar-Ar法和Rb-Sr法等相关的测年方法来分析和限定与自生伊利石有关的地质事件的时代,例如盆地演化历史、热液活动、构造活动和油气运移.本文讨论了利用钾盐矿床中自生伊利石进行蒸发岩地层年代学研究的可能性.虽然多数研究表明温度是控制自生伊利石形成的主要控制因素,即自生伊利石一般形成于温度较高的条件下,但一些研究表明在地表温度的盐湖环境中也可形成自生伊利石,此种环境下控制自生伊利石形成的主要因素为流体成分.这构成了利用自生伊利石定年来研究蒸发岩地层时代的理论基础.然而在实际研究过程中仍存在很多问题,需进行进一步的研究.
江西省石竹山硅灰石矿床位于钦杭成矿带东段的萍乐坳陷带内,是世界资源储量规模最大的硅灰石矿床.为了厘清区内成矿流体性质及进一步找矿潜力,本文根据矿物间的穿插关系和光学特征,将该矿床的石榴子石分为早(Grt Ⅰ)、晚(GrtⅡ)两个世代,在详细的野外工作基础上,利用电子探针(EMPA)和LA-ICP-MS原位微区分析技术,对石竹山矿床中的石榴子石开展了系统研究.结果表明,石竹山硅灰石矿床石榴子石属于钙铝榴石-钙铁榴石固溶体系列,早期形成的石榴子石(Grt Ⅰ)Fe含量更高,且震荡环带发育,而晚期形成的石榴子石(Grt Ⅱ)则发育复杂环带.石榴子石Grt Ⅰ和Grt Ⅱ都亏损大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr等,而Nb、Ta、Zr等高场强元素相对含量较高,U含量与∑REE成正比.Grt Ⅱ的∑REE较低(12.92×10-6～21.12×10-6),具有较平坦的稀土元素配分模式,轻微富集轻稀土元素(Ce、Pr、Nd、Sm),微弱负铕异常;Grt Ⅰ的∑ REE相对较高(13.78× 10-6～73.52× 10-6),更富集轻稀土元素(Ce、Pr、Nd、Sm),呈右倾的稀土元素配分模式,负铕异常明显.推测石榴子石Grt Ⅰ形成于相对开放、水岩比值较高、高氧逸度的酸性体系中,Grt Ⅱ则形成于相对封闭、水岩比值较低、高氧逸度的中酸性体系中.此外,将石榴子石的端员组分和微量元素特征与国内外不同矿种的接触交代型金属矿床进行对比,结果显示该矿床存在成Cu、Fe、Mo矿体的潜力.
通过对新型铈铁硼材料中铅含量的测定方法研究,开发了以电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定铈铁硼中铅含量的方法.实验研究了分析谱线的选择,以铈和铁为基体配制标准溶液,用6％体积浓度的稀硝酸低温加热消解铈铁硼,用基体匹配法测定了铈铁硼中铅的含量.最后通过方法检出限的计算、加标回收率实验、平行实验和重复性测试,验证了方法的可靠性.实验结果表明,该方法的检出限为0.007 mg/L,加标回收率为100.6％,样品中铅含量为0.006％,两次实验平行性好,重复性低于2.3％,数据准确可靠.该方法具备实验室可操作性,可以为新型铈铁硼生产中的铅含量杂质分析提供依据,也可为重金属污染检测提供参考.
为探究石英闪长玢岩成因及幔源基性岩浆对斑岩铜矿的贡献,本文选取德兴矿床石英闪长玢岩开展了锆石U-Pb定年、Hf同位素和全岩地球化学研究.获得石英闪长玢岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为169 Ma,与成矿花岗闪长斑岩侵位时间-致,岩体为中侏罗世岩浆活动的产物.石英闪长玢岩具有低的SiO2(58.41％～63.12％)和K2O(1.68％～2.94％)含量及A/CNK值(0.85～1.04),富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti和重稀土元素,属于钙碱性到高钾钙碱性系列岩石.具有相对亏损的锆石Hf同位素组成,eHf(t)=2.20～7.93(最大值7.93),指示其源区为岩石圈地幔.锆石稀土元素配分模式图显示出明显的正Ce异常,岩浆氧逸度(lgfo2)为-20.05～-6.66,达到磁铁矿-赤铁矿氧逸度等级,指示石英闪长玢岩结晶自高氧逸度岩浆.全岩地球化学特征显示,德兴石英闪长玢岩与成矿花岗闪长斑岩及其暗色包体符合岩浆混合的演化趋势,说明成矿花岗闪长斑岩可能是中侏罗世幔源基性岩浆和地壳酸性岩浆大规模混合作用的产物,并且石英闪长玢岩代表了岩浆混合过程中的幔源基性端员.结合前人研究成果,认为在中侏罗世伸展构造背景下,软流圈物质上涌导致新元古代受交代的岩石圈地幔部分熔融形成幔源基性岩浆,基性岩浆的底侵作用诱发下地壳物质熔融并与之发生一定程度的岩浆混合作用,形成了花岗闪长斑岩的母岩浆.高氧逸度幔源岩浆的加入可抑制斑岩体系硫化物的过早饱和,同时为德兴矿床注入了成矿所需的部分挥发分和金属元素.
独狼沟金矿是位于丹巴成矿带中穹窿边缘的典型的石英脉型金矿,矿床中发育大量明金与碲铋矿物.本文以独狼沟金矿中碲铋矿物及自然金为主要研究对象,通过显微岩相学观察、扫描电镜、能谱以及电子探针分析,对矿床中碲铋矿物和自然金的赋存状态进行了较为详细的研究,并对金的富集机制进行了探讨.结果表明,碲铋矿物与自然金主要在成矿Ⅱ、Ⅲ阶段产出,矿石中自然金主要为含银自然金,成色整体偏高,平均为881,碲铋矿物主要有楚碲铋矿、叶碲铋矿、赫碲铋矿、硫碲铋矿B、未命名碲铋矿物(Bi2Te、BBi8Te3、Bi3Te)以及自然铋,碲铋矿物与自然金具密切的时空关系.结合前人流体包裹体的研究结果,认为成矿Ⅱ阶段到Ⅲ阶段过渡的过程中温度以及体系中碲逸度的降低是矿床中多种碲铋矿物相形成的关键,独狼沟金矿成矿的物理化学条件以及碲铋矿物与自然金的矿物特征均指示成矿过程中金-铋-碲熔体对热液中金的抽取是导致自然金富集的关键.
岩石学和矿物学是地球科学的重要分支学科,相关研究能够深入了解行星形成演化、宜居地球的资源富集与环境变化等重要科学问题.《岩石矿物学杂志》是国内岩石学和矿物学领域的重要期刊,对其发表文章的深入挖掘有助于梳理学科研究进展,为学科从业人员深入研究提供背景信息,为该刊未来刊文方向提供借鉴参考.采用大数据分析和可视化技术对《岩石矿物学杂志》1982～2022年发表的文献进行计量化研究.研究发现,岩石学和矿物学一直是该刊的主要发文领域,地球化学、花岗岩、锆石U-Pb定年、吸附和矿物学是高频率主题关键词.其中,地球化学的共现强度最高,与花岗岩、岩石成因、火山岩和岩石学等关键词关系密切;其次是晶胞参数,相关关键词有光学性质、粉晶数据和新矿物等.具体研究内容包括5个不同主题:岩石成分和特征分析、变质作用和岩石变质过程研究、矿床特征和成矿过程研究、沉积环境和地层特征分析以及环境矿物学研究.与国内外岩石学、矿物学领域知名期刊数据进行对比,认为未来刊文鼓励新技术、新方法的开发与应用、多学科交叉研究、大数据和机器学习驱动的新范式研究等.
