关键金属元素分析测试技术方法应用进展

以稀有、稀散、稀土、铂族元素为主体的战略性关键金属矿产资源,在新材料、新能源和信息技术等新兴产业中发挥着越来越关键的作用。随着我国关键矿产资源地质调查的不断深入,关键金属元素以其赋存基体复杂、不同矿物含量差异大、化学性质不稳定等特点对分析测试技术提出了新的挑战。本文根据化学组成不同,对关键金属元素主要赋存基体进行了分类,主要分为硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、钨酸盐、磷酸盐、氧化物、硫化物、卤化物等。对于不同的基体岩石矿物,通常采用酸溶法(硝酸-氢氟酸组合、王水)或碱熔法等传统溶样方法进行化学消解。评述了当前关键金属元素测试常用的电子探针、电感耦合等离子体质谱、电感耦合等离子体发射光谱、X射线荧光光谱等仪器的特点及应用,总结了关键金属元素分析过程中出现的样品难溶解、回收率不完全、测试过程氧化物和同质异位素干扰、样品和标准基体不一致等常见问题,并提出了相应的解决方案。微区原位分析凭借其高效率、低成本、高空间分辨率的优势,以及野外现场分析凭借其简单快速、贴近野外工作的特点是关键金属元素测试技术发展的主要趋势。     

中国稀土元素地球化学背景与远景区优选

稀土元素是现代科技、新能源、特种制造的关键性材料, 以其不可替代性和稀缺性, 而备受关注, 很多国家将其列为关键资源或战略资源。地球化学是研究稀土分布和发现稀土矿床的有效方法。本文利用“化学地球”大科学计划获得的全国15个稀土元素地球化学基准数据以及“一带一路”的中蒙边境、中缅老越边境地区地球化学填图数据为基础, 阐述中国稀土地球化学背景和圈定远景区。获得全国岩石和汇水域沉积物15个稀土元素、轻稀土(ΣLREE)、重稀土(ΣHREE)和总稀土(ΣREE)背景值。全国岩石背景值分别为: ΣLREE 121 μg/g, ΣHREE 35.0 μg/g, ΣREE 157 μg/g, 轻重稀土比值为3.5。全国汇水域沉积物背景值分别为: ΣLREE 134.0 μg/g, ΣHREE 38.5 μg/g, 和ΣREE 173 μg/g, 轻重稀土比值为3.5。总体上汇水域沉积物与岩石一致, 但含量略高于岩石。全国共圈定稀土地球化学异常区35处, 其中有26处异常与已知稀土矿或稀土成矿带相吻合, 新发现稀土超富集中心的稀土异常9处, 分别位于内蒙白云鄂博以西的乌拉特中旗—乌拉特后旗、华南异常富集中心、松潘—甘孜—攀西地区、云南红河州—中越边境、三江南段—中缅边境、雅鲁藏布江东段、西藏札达地区、中塔边境、黔东正安—荔波地区。这些异常显示, 是具有寻找白云鄂博型、碱性岩型、离子吸附型、花岗伟晶岩型、磷块岩型和泥岩型稀土矿的有利地区。     

南秦岭早古生代玄武岩的岩浆源区及演化过程

南秦岭地区早古生代玄武岩中发育的大量单斜辉石斑晶为研究火山岩的深部演化过程及源区属性提供了重要的载体。本文通过对早古生代玄武岩及其中的单斜辉石斑晶进行矿物学、岩石学及地球化学分析,讨论火山岩的演化历程及源区属性。电子探针分析结果表明玄武岩中单斜辉石斑晶属于透辉石,其成分与全岩成分并不平衡,暗示岩石经历了单斜辉石的堆晶作用。通过质量平衡计算得到了与单斜辉石斑晶平衡的熔体并计算了单斜辉石结晶的温压条件,结果显示单斜辉石斑晶结晶压力为7.6～14.0kbar,温度为1201～1268℃。高压下的分离结晶作用导致了单斜辉石成为主要的结晶相。重建后的玄武岩具有高镁、高钙、富钛,富集高场强元素Nb、Ta,亏损Rb、K、Sr和P,Dy/Yb比值高的地球化学特征,指示其源区为含单斜辉石、磷灰石及石榴石的交代岩石圈地幔。同地区发现的玄武质角砾也具高镁及高钙的特征,其富集Ba、Nb、Ta、Ti及低Dy/Yb比值表明源区为含单斜辉石、角闪石及尖晶石的交代岩石圈地幔。     

辽宁赛马碱性岩体层硅铈钛矿化学成分变化及其对碱性岩浆演化的指示意义

辽宁赛马岩体是我国典型的产铀碱性杂岩体，但其稀土矿化机制尚不明确.通过光学显微镜、扫描电镜和电子探针分析，得知该岩体从霞石正长岩经霓霞正长伟晶岩至晚期异霞正长岩，代表性稀土矿物层硅铈钛矿[Na₂Ca₄REETi（Si₂O₇）₂OF_3]不断富集，Nb、Zr和REE（特别是HREE）等高场强元素含量不断升高，部分颗粒具Zr、REE等元素成分环带，以上成分变化与稀土等不相容元素性质、碱性岩浆成分和岩浆结晶分异过程密切相关.此外，层硅铈钛矿经历了一系列的热液蚀变，蚀变部分Ti、Ca、Sr、Na含量增加而Zr、REE含量降低，最终形成由残余层硅铈钛矿+方解石+萤石+铈硅磷灰石组成的假晶，可能与富碱质、F和CO₂的自交代流体作用有关.该研究揭示了碱性岩浆演化过程中，层硅铈钛矿成分变化及热液蚀变组合对指示岩浆结晶分异程度、探究稀土元素分馏及其热液活动性的具有重要意义.      

云南个旧锡多金属矿集区花岗岩中黑云母的成分特征及成岩成矿意义

黑云母的成分特征对指示岩石成因与成矿起着重要的作用,通过电子探针技术对个旧矿集区花岗岩中黑云母矿物化学研究表明,龙岔河斑状花岗岩、马松斑状花岗岩和神仙水等粒花岗岩中的黑云母属于铁质黑云母,白沙冲等粒花岗岩和老卡等粒花岗岩的黑云母属于铁叶云母。龙岔河岩体、马松岩体、神仙水岩体、白沙冲岩体和老卡岩体的黑云母结晶温度分别为679.57～711.46℃,632.83～711.55℃,572.23～661.61℃,450～620℃和500～708℃。各个岩体的固结压力分别为123.30～155.09 MPa,147.92～258.66 MPa,291.81～361.64 MPa,321.21～489.08 MPa和338.19～469.73 MPa,表明个旧矿集区花岗岩属中深成相。相比于其它岩体,神仙水岩体和白沙冲岩体形成于较高氧逸度条件。w(FeO~T)(18.58%～26.91%)、氧化系数(0.390～0.123)和镁质率(0.05～0.54)等特征,表明个旧矿集区花岗岩既有A型花岗岩的特点,也有I型花岗岩的特点。w(MgO)(0.57%～9.27%)表明其岩浆源区有壳幔混源的特点。低氧逸度和高温的花岗质岩浆有利于晚期分异的流体形成锡矿化,马松岩体和老卡岩体与Sn成矿更密切。     

西藏樟木口岸震后滑坡灾害变形InSAR监测分析

位于中国和尼泊尔边境的西藏樟木口岸是国家一类陆路通商口岸，也是西藏最大的边贸中心口岸。2015年尼泊尔大地震之后，西藏樟木口岸因多次发生滑坡灾害，而导致口岸关闭。为了调查樟木口岸区域滑坡灾害的分布和变形情况及更好的服务于区域减灾防灾，利用InSAR技术对覆盖该区域的Sentinel-1A和ALOS-2两种卫星影像数据进行了处理，并通过分析视线向年均形变速率图，圈定了17处疑似滑坡，并对其中的5处典型滑坡进行时间序列形变特征分析，监测识别出的滑坡基本沿318国道所在一侧的波曲河左岸分布。InSAR调查结果表明受地震影响樟木地区的滑坡多分布在沿波曲河左岸的陡峭山体上，中尼公路迪斯岗至友谊桥段的古滑坡出现了局部复活的现象，同时樟木镇居民所在的城区也发育有扎美拉山危岩体崩塌滑坡灾害。      

四川汉源康家坡滑坡

康家坡滑坡位于四川省雅安市汉源县富泉镇向明村3组。滑坡区地貌类型属于侵蚀构造中低山地貌,斜面为上陡下缓的凸型坡,坡度10°~35°。2018年8月6日12时左右,斜坡中下部突然发生滑动,沿坡脚西沟右岸岸坡处剪出,持续时间约3 min,形成均宽约140 m、纵长300~390 m、平均厚度约30 m,体积约1.50×10^6 m^3的大型土质滑坡。滑坡堆积体在西沟内形成堰塞坝,沿沟长220 m,顶宽170 m,高20~50 m,沟道被完全堵塞,上游沟道仅余2000 m^3库容。     

马达加斯加石墨矿地质特征及其成因分析

马达加斯加石墨矿资源丰富,找矿潜力大。对马达加斯加东部及西南部3个典型石墨矿床进行综合对比研究,发现其石墨矿成因类型为区域变质型,矿石工业类型以大鳞片晶质石墨为主,自然类型可分为片岩型、片麻岩型及变粒岩型,石墨矿赋矿地层为Graphite岩系。对含矿岩石进行主量元素分析,认为其原岩为富含有机质、富铝的砂质、粉砂质、泥质沉积碎屑岩;形成环境为活动大陆边缘区域和大陆岛弧区域。马达加斯加石墨矿床的形成均经历了多次变质作用,富含有机质岩石主要通过区域变质作用形成晶质石墨矿床,并在混合岩化及深层次韧性剪切作用下进一步富集成矿。     

基于椭球不确定性的平差模型与算法

测量平差模型中的参数通常存在一些不确定的附加信息或先验信息,充分利用它们可以对部分参数进行约束,从而保证参数解的唯一性和稳定性。本文利用椭球集合描述不确定性,建立了一个新的带有椭球不确定性的平差模型。以两个椭球交集的外接椭球的特征矩阵的迹最小平差准则,分析了不确定度的传播规律,给出了带有椭球不确定性的平差方法。最后,通过算例验证了算法的有效性,说明了平差解与带权混合估计的关系。     

华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。