位于西南太平洋的汤加俯冲带发育有世界上最典型的“沟-弧-盆”体系,该区域不仅具有全球最快的板块俯冲速度,还发育扩张速率最快的弧后盆地——劳盆地。汤加俯冲带东北侧的萨摩亚地幔柱也与该俯冲系统间存在着强烈的相互作用,这使得该区的地幔动力过程更加复杂。虽然前人已在此进行了许多地球物理研究,但汤加俯冲带上地幔的精细三维结构,尤其是各向异性结构特征仍不清晰。为此,本文利用20~150 s周期范围内的远震基阶瑞利波的振幅和相位数据开展了方位各向异性层析成像研究,以期进一步约束汤加地区上地幔速度结构。研究结果认为:(1)萨摩亚地幔柱物质向南流入劳盆地主要发生在小于50 km的深度范围内;(2)劳盆地北部地幔楔中主要呈现东西向的地幔流动,而南部则存在南北向的地幔流动,这可能是地幔物质被动流动以适应俯冲板块不对称回卷的结果;(3)俯冲板片内主要呈现近南北向的快波方向,这可能与俯冲相关的正断层有关;(4)海沟外侧软流圈中存在平行海沟的横向地幔流动,这可能是软流圈物质受俯冲板块回卷挤压产生的。

NE向分布的齐岳山断裂将雪峰山前陆褶皱冲断带划分为西北部的川东隔挡式褶皱冲断带和东南部的湘西隔槽式褶皱冲断带。然而,齐岳山断裂的性质和形成过程长期以来缺乏明确共识,导致对雪峰山前陆褶皱冲断带的形成机制和演化过程存在显著分歧。为揭示齐岳山断裂的形成机制及其对两侧构造变形差异的控制作用,本文基于地震反射剖面解释,采用离散元数值模拟方法设计5组模型进行实验研究。研究结果表明,若存在先存断裂,变形集中于其部位,影响断层生成顺序;若无先存断裂且多套滑脱层具有较低内聚力,变形主要沿下部滑脱层传递;当中间滑脱层厚度大于下部滑脱层时,变形主要受中间滑脱层控制。结合地震剖面的分析,本文认为雪峰山前陆褶皱冲断带表现为“双层台阶式断弯褶皱带”,齐岳山断裂形成于前陆褶皱冲断带的递进变形过程中,其两侧构造差异主要受基底滑脱层分布和寒武系滑脱层力学性质的主导作用。湘西隔槽式褶皱冲断带由深层断弯褶皱控制,而川东隔挡式褶皱冲断带由浅层断弯褶皱控制。

熔体包裹体记录了岩浆喷发前的演化、去气过程以及岩浆中挥发分等重要信息,是研究玄武质岩浆系统及其地幔源区强有力的工具,被广泛应用于探索地幔岩浆的起源和演化。然而,关于熔体包裹体均一化加热前后的玻璃成分差异目前研究较少。本文选择海南岛蓬莱地区新生代玄武岩橄榄石斑晶中熔体包裹体为研究对象,采用电子探针对熔体包裹体玻璃及其寄主矿物进行元素组成分析。结果显示,寄主矿物橄榄石的Fo值为70~85,CaO含量大于0.1%,为典型的橄榄石斑晶。室温下,熔体包裹体由熔体(玻璃)、气泡和子矿物(辉石、斜长石、钛铁矿)组成。熔体包裹体玻璃成分为英安质熔体。通过高温炉对含熔体包裹体的橄榄石进行均一化加热后,包裹体中未见子矿物,包裹体玻璃成分为玄武质、玄武安山质熔体,少数为安山质熔体,与海南岛蓬莱地区新生代玄武岩全岩成分相近。本文认为海南岛蓬莱地区新生代玄武岩橄榄石斑晶中存在富硅熔体包裹体的原因是包裹体被捕获后冷却速率缓慢导致熔体内部发生分离结晶,进而残余熔体不断向富硅方向演化而形成。因此,对熔体包裹体进行研究时首先观察熔体包裹体内部结构特征,必要时进行均一化加热实验。

熔积岩是一种由炙热的熔岩流与湿冷沉积物混合形成的特殊火山碎屑岩,主要由浆源碎屑和宿主沉积物两部分构成。其独特的成因和产出环境为岩浆喷发期的沉积环境研究提供了重要依据。西南天山托云盆地记录了中生代以来塔里木湾海退的地质演化,新发现的古近纪熔积岩揭示了区域海陆转换过程。本研究以托云熔积岩为对象,通过典型剖面宿主碳酸盐岩的主微量元素和碳氧稳定同位素分析,探讨其古环境特征。分析结果显示,宿主碳酸盐岩的δ¹³C_VPDB变化范围为-4.05‰~-7.74‰,δ¹⁸O_VPDB变化范围为-6.42‰~-11.93‰。基于经验公式计算,其形成的古环境温度为30.3~6.9 ℃,古盐度指数为114.6~105.5(平均为110.2),古盐度值为24.77‰。综合研究表明,该熔积岩形成于海陆边界的微咸水潟湖环境。

大兴安岭位于中亚造山带东段,由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块及其间缝合带拼接形成,各地块间的拼合时间、位置及演化过程一直是地学研究的热点问题。本文以呼玛地区晚石炭世中细粒二长花岗岩和中细粒花岗闪长岩为研究对象,开展LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学研究,探讨其岩石成因、岩浆源区特征及成岩构造环境,并尝试限定古亚洲洋闭合时限。研究表明,中细粒二长花岗岩和中细粒花岗闪长岩的锆石U-Pb加权平均年龄分别为(310.3±2.6) Ma和(313.4±2.5) Ma,成岩时代为晚石炭世。两类岩体表现出富硅、弱过铝质、高钾钙碱性系列岩石的特征,富集Rb、K、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素,稀土配分模式显示轻稀土富集、重稀土亏损及明显负铕异常,具有典型I型花岗岩地球化学特征。结合区域锆石Hf同位素组成特征,认为岩浆来源于新元古代晚期—显生宙新增生下地壳角闪岩相物质的部分熔融源区,并经历了分离结晶作用。综合年代学、地球化学特征及区域构造背景,推测大兴安岭北段晚石炭世花岗岩形成于兴安地块与松嫩地块碰撞拼合后的后造山构造环境,代表了区域从挤压向伸展体制转变的地质响应。

嵩箕地区位于华北克拉通南缘,广泛发育新太古代TTG片麻岩和花岗岩,是深入研究华北克拉通早前寒武纪地质演化的重要窗口。为加深对箕山地区前寒武纪地壳演化的理解,本文选择新识别的登封杂岩叶寨花岗岩体为研究对象,开展了系统的锆石U-Pb年代学和全岩元素组成分析,以确定其形成时代、成因及构造演化过程。研究结果显示,叶寨花岗岩体锆石U-Pb谐和线上交点年龄为(2506±19) Ma,标志着其形成于新太古代末期。岩石表现出相对高硅(SiO₂=66.88%~74.14%)和富碱(Na₂O=3.15%~4.09%;K₂O=2.06%~5.36%)特征,表明其为过铝质的钙碱性至高钾钙碱性特征(A/CNK=1.03~1.27)。稀土元素分布模式显示轻稀土元素(LREE)显著富集,而重稀土元素(HREE)相对亏损,表现出不明显或弱正铕异常(δEu=0.76~1.26)。微量元素数据表明,岩石富集大离子亲石元素(如Rb、U、Th和K),同时相对亏损高场强元素(如Nb、Ti和P)。微量元素图解分析进一步揭示,叶寨花岗岩体具有高Sr、低Yb和Y的特征,Sr/Y值为22.76~123.81,接近埃达克岩的地球化学特征。综合微量元素间的关系及稀土元素特征,本文认为叶寨花岗岩体形成于岛弧构造环境,可能是由下伏幔源岩浆引发的上覆加厚下地壳部分熔融所致。这些发现为认识华北克拉通南缘的构造演化及岩浆活动提供了基础性地质证据。

司家营矿床是冀东地区具有重要意义的BIF(条带状含铁建造)矿床,赋存于低变质作用的新太古代变质岩中。矿床的富铁矿成因仍存在一定争议。本文通过系统的岩相学、矿物学及矿物地球化学研究,详细探讨了司家营矿床的矿石特征,确认主要矿石类型为块状富磁铁矿与条带状贫磁铁矿。研究结果表明,该矿床内存在三种主要类型的磁铁矿:①原始沉积变质阶段的磁铁矿(Mt₁),以条带状分布,呈不规则粒状或似圆粒状,粒径相对较小,主要分布于低品位条带状磁铁矿中;②热液改造阶段的磁铁矿(Mt₂),呈不规则粒状,常与黄铁矿共生,内部偶见晶型发育较好的黄铁矿颗粒,主要存在于低品位条带状磁铁矿中;③铁质活化再富集阶段的磁铁矿(Mt₃),呈半自形至自形粒状,晶型发育良好,主要出现在高品位块状富磁铁矿中。Mt₁与Mt₂均属于条带状贫磁铁矿矿石中的磁铁矿,但Mt₂表现出明显的热液改造特征,Mt₃则是在早期形成的磁铁矿经历铁质活化再富集后形成的磁铁矿。研究认为,司家营矿床的富铁矿主要归因于BIF的铁质活化再富集作用。

北喜马拉雅成矿带上首个超大型矿床——扎西康锑铅锌银矿床的成因存在较大争议,而且大量的伴生元素并未得到充分利用。本文在矿物学与矿相学研究的基础上,采用电子探针(EPMA)、元素面扫和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对该矿床中的闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、辉锑矿和硫锑铅矿等金属硫化物进行原位微量元素分析,旨在为元素综合利用与解决矿床成因争议提供理论依据。结果表明,Cd元素在闪锌矿、方铅矿与硫锑铅矿中富集,Ag元素在五种金属硫化物中普遍富集,因此矿石选冶过程中,不仅要关注方铅矿中Ag的提取,还要关注黄铁矿、硫锑铅矿、闪锌矿与辉锑矿中的Ag元素,以及闪锌矿、硫锑铅矿与方铅矿中的Cd元素的综合利用,以提高综合利用率并减少环境风险。此外,闪锌矿和辉锑矿富集Cu、Sn,而方铅矿、黄铁矿、硫锑铅矿则富集Bi,但其富集系数较低,回收价值有限。其他微量元素平均含量较低,大多小于10×10^-6。系列硫化物元素组成判别图揭示扎西康锑铅锌银矿床与SEDEX型矿床相似。闪锌矿Fe-Zn含量(3.23%~12.10%, 53.63%~67.89%)与中温热液矿床(成矿温度约200 ℃)基本一致;Ga/Ge比值计算的成矿温度为185~200 ℃;Zn/Cd值(137.33~679.00)指示扎西康锑铅锌银矿床为中低温热液矿床。综合反映扎西康锑铅锌银矿床的铅锌成矿期可能系SEDEX成因。本文通过微量元素分析为扎西康矿床的成因争议提供了新的视角和数据支持,同时提出了在扎西康矿区矿石选冶中的综合利用方案,具有重要的矿业开发与环境保护意义。

荒田钨矿床位于滇东南老君山多金属成矿区北缘,是近年来新发现的一处大型白钨矿床。尽管前人已对该矿床的地质特征及成矿流体演化进行了初步研究,但其成矿时代的精细厘定仍显不足,成矿物质来源也存在争议,这在一定程度上限制了学界对其成矿机制的深入认识。基于详细的钻孔岩心记录和矿物显微组构研究,本文针对荒田钨矿床主成矿期I阶段的白钨矿进行了原位U-Pb定年和原位Sr同位素组成分析。结果显示,荒田白钨矿U-Pb年龄为(64.6±3.7 Ma)(n=35,MSWD=1.6),反映出成矿作用发生在古新世初期。结合矿区地质背景,推测成矿作用与矿段南段的深部隐伏花岗岩体密切相关。荒田白钨矿⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值范围为0.72025~0.72840,明显高于大陆地幔,显示出明显的壳源特征。与此同时,荒田白钨矿与老君山花岗岩Sr同位素初始比值比值一致,指示二者可能系来自同一热液系统(长寿命岩浆房)的产物。荒田白钨矿中的高Ca浓度主要源于花岗岩类斜长石的绢云母化,且钨元素的提取遵循“正岩浆成矿模式”从花岗岩浆中获得。本研究对荒田钨矿床成矿时代的厘定和成矿物质源区的追溯为深化理解成矿机制奠定了基础,并丰富了对滇东南多金属成矿带成矿规律的认识,为该区域进一步找矿勘探提供了理论依据。

李梅铅锌矿床是我国重要的超大型铅锌矿床之一,具有较高的经济价值和科研意义。通过对该区域控矿构造特征、地层序列及沉积构造特征的系统研究,发现花垣断裂在寒武纪时期形成的同沉积断层对矿床的发育起到了关键作用。寒武系清虚洞组的含矿沉积岩相被归类为枢纽带碳酸盐岩体系,其中主要岩相为藻礁灰岩,相应的微相包括台地边缘滩相与藻礁相。研究表明,藻灰岩中的裂隙构造发育明显,矿化作用较强,尤其在网状小构造高度发育的区域,通常形成富集的铅锌矿体。综合认为,矿床的成矿过程受到构造因素及藻礁相、相邻浅滩相的严格控制。研究成果为区域铅锌矿资源的勘探与开发提供了一定的科学依据。

红宝石作为重要的宝石材料,其颜色特征受到广泛关注,探索红宝石颜色与其化学成分之间的关系对于宝石学基础研究以及深入理解矿物生成机制都具有重要作用。本研究对30颗刻面红宝石(包括正红色、偏紫色和偏粉色)进行了紫外-可见光光谱、X射线荧光光谱及颜色特征分析。研究发现,红宝石颜色与其化学成分紧密相关,红宝石颜色的呈现主要受控于Cr含量,同时受到Fe、V和Ti等元素的影响。Cr³⁺的d-d电子跃迁⁴A₂→⁴T₂引起的吸收在偏紫色红宝石中最为显著;而Cr³⁺的d-d电子跃迁⁴A₂→⁴T₁和Cr³⁺的荧光发射峰引起的吸收在偏粉色红宝石中最为显著。紫外-可见光光谱中412 nm和548 nm处的吸收强度可有效指示红宝石中紫色调的浓淡,该两波长处的吸收强度越高,红宝石紫色调越浓。紫外-可见光光谱中的412 nm可作为红宝石颜色参数L和b的指示波长,该波长处的吸收强度与红宝石的明度L呈显著负相关关系,与红宝石的b值呈显著正相关关系。这一发现为红宝石颜色特征的定量分析提供了新的视角。

“磐龙玉”是一种产于吉林省磐石市小红石砬子铅锌矿矿床的矿化蚀变带围岩中的石英质玉石,主要由石英和绢云母组成,多呈黄绿色。本文基于野外调查,采用常规宝石学测试、X射线粉晶衍射、红外光谱、激光拉曼光谱、紫外-可见光反射光谱、电子探针、全岩主量元素分析、全岩稀土与微量元素分析及锆石U-Pb定年等多种方法,对“磐龙玉”的宝石学特征、光谱学特征和地球化学特征进行系统研究,探讨其颜色形成机理、成矿时代及矿床成因机制。结果表明,“磐龙玉”原岩主要为流纹质凝灰岩,经硅化、绢云母化等蚀变作用使其颜色、粒度发生显著变化而达到玉石的标准。其绿色色调的致色离子为Fe²⁺,Fe²⁺的类质同象混入使得绢云母呈绿色,绢云母含量与“磐龙玉”绿色呈正相关;而Fe³⁺的存在则使其呈现黄色(针铁矿)和红色(赤铁矿)色调。“磐龙玉”形成于中-低温变质环境,锆石U-Pb定年结果(228.1±0.7) Ma表明其形成与该区中生代晚三叠世的酸性岩浆侵入活动关系密切,其成矿过程主要发生在气水热液期,可划分为硅化、绢云母化和碳酸盐化三个阶段。

本研究旨在系统探讨吉林“磐龙墨玉”的宝石矿物学特征、成因及其地质背景,以揭示该玉石的形成机制,填补该领域的研究空白。综合运用常规宝石学测试、多种光谱分析技术(包括X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱、红外光谱)、全岩化学分析以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)等多种方法,对吉林省中东部中型铅锌矿矿体围岩中发现的“磐龙墨玉”进行了研究。结果表明,“磐龙墨玉”的折射率介于1.53和1.54之间,相对密度为2.73至2.79,摩氏硬度则在3.89至6.23之间。其主要矿物成分为石英和绢云母,并包含绿泥石、磁黄铁矿和钛铁矿等次要矿物,结构特征包括独特的板状与块状构造以及超糜棱、隐晶质及变余结构。致色矿物以石墨和绿泥石为主。稀土元素的总量变化范围为177.93×10^-6至216.89×10^-6,轻稀土元素明显富集,而Eu元素则呈现显著的亏损。锆石U-Pb年龄测定显示为(331.3±2.3) Ma(中石炭世)。结合区域构造背景及地质资料分析,推测“磐龙墨玉”的原岩为正常沉积岩,经历了区域变质作用形成碳质板岩,并进一步通过热液蚀变转化而成。

软玉作为重要的矿物资源,其地球化学特征对于理解矿床成因与评估资源潜力具有关键作用。本文选择贵州罗甸、广西大化和广西巴马地区的基性岩交代型软玉为研究对象,通过电子探针技术和激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS),对代表性软玉样品进行了系统的主微量及稀土元素含量分析。研究结果显示,黔桂地区基性岩交代型软玉的主要成分以SiO₂、CaO和MgO为主,其平均含量低于透闪石矿物的理论值,而SiO₂的整体含量高于超基性岩矿床,呈现出与围岩及后期热液硅供给密切相关的成矿特征。微量元素分析中,U、La、Sm表现出显著的正异常,而Nb则为负异常,缺乏Ba负异常的特征进一步强化了其与其他成因软玉的区别。稀土元素的配分模式具有较高一致性,轻重稀土元素分异明显,轻稀土元素的富集以及Ce和Eu的负异常使其在成因上可与其他软玉类型有效区分。此外,贵州和广西的辉绿岩与峨眉山玄武岩在稀土元素配分特征上呈现出较高的相似性。综上所述,通过分析不同产地软玉的δCe、δEu及∑REE值,构建的树状图有效实现了对其的分类与区分。本研究为深入理解华南地区软玉的成矿机制及资源开发提供了基础性地球化学依据。

巴基斯坦斯瓦特地区的祖母绿因其独特的色泽和优异的晶体品质而备受关注,但该区明格拉祖母绿的化学成分尚未被系统研究。本研究采用电子探针显微分析(EMPA)和激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)技术,对明格拉矿床的祖母绿样品进行了系统的化学成分分析,旨在探讨其化学成分并揭示其形成过程中的地质环境影响。结果显示,明格拉祖母绿的类质同象替代程度平均为12.79%,主要发生在四面体T2位的铍(Be),归属于“四面体型”祖母绿。同时,其通道结构中碱金属离子的含量丰富,H₂O含量估算在2.28%至2.41%之间。值得注意的是,明格拉祖母绿在Cr-V含量图中显示,Cr含量均高于4500×10^-6,明显高于其他国家产地的祖母绿。通过对铷(Rb)、铯(Cs)、钪(Sc)和锂(Li)等微量元素的对比分析,为祖母绿的产地鉴定提供了科学依据和新视角。

日光石作为长石族矿物中的一个重要成员,以其独特的砂金效应引起了广泛关注。本文对一块来自坦桑尼亚的日光石样品进行了全面的宝石学分析,采用了多种先进的仪器技术,包括偏光显微镜、X荧光光谱、激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)、电子探针、X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱和拉曼光谱。研究结果表明,该样品主要由微斜长石组成,确认其为钾长石矿物。标本内部分布有丰富的橙红色、绿色和褐色包裹体,均由赤铁矿构成,这些包裹体沿两组相互垂直的方向以层状形式定向排列,从而形成了显著的砂金效应。此研究不仅揭示了典型坦桑尼亚日光石的矿物组成及其包裹体特征,也为进一步认识其矿物学性质提供了基础性数据支持。

天然钻石可以通过高温高压处理产生孤氮、辐照产生空位,并经过退火过程促使孤氮和空位聚合产生NV色心,这种多过程处理可将钻石转变为粉色。处理原材料通常为Ia型钻石,色彩由N3缺陷及高浓度的NV色心共同致色,最终呈现深紫红至深红色。随着技术的进步,近年来市场上出现了以IIa型钻石为原材料的多过程处理粉色钻石。由于其氮含量极低,处理后的钻石通常展现出更为浓郁的粉色调,且与天然NV致色的钻石及引入NV致色的合成钻石相似。为全面了解此类IIa型处理粉色钻石的鉴定特征,本文选取了两件样品进行详细的宝石学特征测试及多种光谱分析。通过宝石显微镜观察,样品呈现出明显的石墨化现象。紫外-可见-近红外吸收光谱显示,处理钻石样品的颜色由GR1吸收、NV吸收及其发光共同形成。由于GR1和NV缺陷浓度的差异,两件处理钻石的色调略有不同,其中一件呈现橙粉色,另一件则呈现紫粉色。近红外吸收光谱观察到辐照相关的9287 cm^-1吸收带,而PL光谱则显示了辐照相关缺陷3H、GR1发光和595 nm吸收等特征。在DiamondView下,所观察到的典型“马赛克”状结构是区分此类多过程处理IIa型粉色钻石与合成粉色钻石的最直接特征。