扬子地块周边C、P硅岩建造中硒的富集机理对比研究-以渔塘坝、紫阳富硒区为例

在自然界中存在一套由硅质岩、泥质岩／页岩或板岩、碳酸盐岩和粉砂岩组成的沉积建造，并以富含有机质和菌藻微生物等为特征，沉积厚度较大，岩石类型以硅岩为主，称之为“硅岩建造”。硅岩建造中的硅质岩不仅是许多重要矿种（如金、硒、铀、钒、磷、锰、铂族元素、重晶石和黄铁矿等）的赋存层和含矿岩系的重要岩类，而且由于它形成于特定的地球化学条件下，能够反映出某些沉积相带特殊的地质背景，另外，硅质岩本身就是一种生物岩，对探讨生物成岩、成矿作用有重要意义。所以对硅岩建造及其内硅质岩研究具有十分重要的理论意义和实用价值。因此，本论文选择扬子地块周边寒武系（南秦岭紫阳硒富集区）、二叠系（湖北恩施双河渔塘坝硒矿床）富硒硅岩建造为研究对象。通过岩石地球化学、同位素地球化学、矿物学以及流体包裹体等方法从含硒规律、岩石成因、沉积环境、成矿流体性质等方面，分别对对两个不同时代或不同层位的富硒硅岩建造开展了系统的地球化学对比研究；并从矿物学、包裹体成分及物理化学条件等方面对渔塘坝硒矿床的成因作了探讨。通过研究，取得了以下主要认识：1渔塘坝硒矿区和紫阳硒富集区富硒硅岩建造岩石以硅质岩为主，硅质岩中5102含量范围分别为64.2％-95.84％和63.62％-95.24％。同时包括部分碳质硅质岩丫碳质页岩 和碳、硅板岩及含腐泥层的石煤；渔塘坝硒矿床硅质岩中Se含量大于80ug/g的样品均采自下二叠统茅口组的硅质岩段内，紫阳下寒武统硒富集体中硅质岩中硒的含量最高（可达278ppm）。2微量元素研究表明，两地区富硒硅质岩中均含有较高的Cu，Ni、V、As、Sb、Cr，且U／Th＞1。在U-Th、Zr-Cr和P2O5-Y相关图以及Fe-Mn-（Cu+Co+Ni）三角图上，两研究区内硅质岩样品点均落于热水沉积区。渔塘坝硒矿区硅质岩的REE总量较低，平均为38.9×10-6，紫阳硒富集区硅质岩REE总量除个别较高（达110×10-6以上）外，总体也较低（12.0-37.6）×l0-6；另外，从稀土元素配分模式看，两地区硅质岩均有较明显的Ce负异常，且Eu从无明显Eu异常到出现正Eu异常。都反映出热水沉积硅质岩的特征。从si和O同位素组成来看，两个地区硅质岩的δ3051和δ18O值也总体位于热水成因硅质岩区域内。根据隧石一水的氧同位素分馏方程计算得知，两研究区硅质岩的形成温度分别为46℃-72℃和78.6℃-126.20℃。地球化学特征表明，两地区富硒硅质岩均来自热水沉积作用。另外，渔塘坝硒矿区硅质岩中Cr含量较高，且存在腕足类生物化石；紫阳硒富集区硅质岩中Ba及有机质含量较高，且存在叶琳生物标志化合物。结合两地区碳同位素组成特征（渔塘坝地区δ13c为正值，可能和上扬子区早、晚二叠世之间多期次喷发的火山活动，造成地球史上二叠纪生物大灭绝有关；紫阳地区δ13C为负值，说明碳同位素来源于沉积有机物质），暗示两地区硅质岩的成因可能与火山沉积作用有关，且在成岩过程中有部分生物的参与。3渔塘坝赋矿硅质岩硫同位素组成具有较高的负值，表明矿床形成于缺氧的海盆内：紫阳硒富集区形成黄铁矿的硫主要来自海水硫酸盐。4系统研究了渔塘坝硒矿区硒的矿物学，显示硒以自然硒、独立矿物、类质同像及有机吸附四种形式赋存于矿床中。废弃石煤堆中的自然硒矿物，是自然因素和人为活动共同干预的结果，并非石煤的缓慢自燃的结果。5对研究区成矿流体中包裹体均一温度、盐度和密度进行了系统研究，结果显示：两地区的流体包裹体以原生包裹体为主，数量较多且形态复杂；研究区（渔塘坝硒矿和紫阳硒富集区）成矿流体处于中一低温（ 190-250）℃和（120-155）℃条件。渔塘坝硒矿区石英和方解石包裹体内的流体盐度分别为（5.9-10.l）B％和（3.9-4.5）WB％，紫阳硒富集区流体盐度为（1.2-2.8）WB％，后者流体盐度明显低于前者。流体密度经计算分别为0.79-0.79／cm3和0.69-0.969／cm3。重点对渔塘坝硒矿区的石英和方解石包裹体进行了拉曼光谱成分测试，结果显示：包裹体成分以H2O和N2为主，含少量 CH4、C2H4、C2H6、C3H5、C4H6、C4H4和C6H6等成分，说明成矿溶液介质主要为具有还原性质的水溶液，其成矿条件具还原性的特点。6渔塘坝硒矿区成矿物理化学条件的研究表明，即富硒成矿流体为中低温（190-250）℃、压力平均为60Mpa。成矿早期02、eZ相对较低，乃较高，且fS2/fSe2＞l，有利于硫化物沉淀在成矿主阶段，随着硫化物的沉淀，fS2和fSe2相应增大，且fO2较高。高的fO2阻止了硒进入硫化物，而有利于硒化物的形成。 7系统研究了富硒硅岩建造的沉积环境和构造环境特征，认为渔塘坝硒矿床中富硒硅质岩主要形成于浅海滞留的盆地沉积环境，紫阳下寒武统硅质岩沉积环境属于深水滞留沉积环境；渔塘坝硒矿床主要形成于拉张的断陷盆地中，紫阳硒富集体则形成于拉张的裂谷环境。

地表水体中微量金属元素分布的水/胶体作用控制机理的实验研究

水体中轻重稀土元素之间的分异，特别是一些具有相同电价而又具有近似相同离子半径的元素对（如Y3＋/Ho3＋、Zr4+/Hf4+、Nb5+/Ta5+）之间的分异，Ce异常和REE四重效应存在及产生原因和不同因素的控制机理构成了水体稀土元素及其它微量金属元素地球化学研究的核心科学问题，是我们合理解释地表水体中REE及其它微量金属元素组成变化的重要理论基础。目前研究水I微粒界面作用的工作不少，但至今进行的胶体或其它微粒对REE和高价阳离子（如Zr、Hf、Nb和Ta）的吸附实验研究不多，已有的实验也未能对不同控制因素（如pH、溶液介质类型、无机和有机配位体等）的控制机理进行系统研究。本文通过系列批次实验，定量研究了水合氧化铁（日FO）在不同溶液介质条件下对二价（Cu2+）、三价（Ln3＋）、四价（Zr4+、Hf4+）以及五价（Nb5+、Ta5+）阳离子的吸附／去除作用，重点讨论了溶解配位体和pH影响下水l胶体作用对轻重稀土以及Y-Ho、Zr-Hf和Nb-Ta元素对之间分异行为的影响，并模拟了稀土元素在溶液中的形态分布。研究结果表明：微量金属元素在HFO上吸附的动力学特征受控于HFO生成的动力学，溶液介质条件（包括pH、电解质、溶解配位体、吸附剂及吸附质的浓度以及吸附质的形态分布等）是影响微量金属元素水l胶体作用的主要因素；稀土元素的分配系数在水胶体作用过程中受不同因素的影响而呈现不同的分布模式，但都存在丫的负异常和较低pH下Ce的正异常现象，在CO32-、腐殖酸和SO42-、PO43-的影响下，稀土元素的分配系数分别呈现轻稀土富集和重稀土富集的分布模式，REE在HFO上的作用机制是离子交换和特性吸附综合作用的结果；在天然水体p日范围内，Zr、Hf和Nb、Ta在吸附／共沉淀过程中发生了分异，但均显示相对惰性的行为并表现出较好的一致性，指示了其地球化学孪生对的行为。上述研究结果为合理解释地表水体中稀土和其它微量金属元素分布变化的多样性提供了实验依据。

广西贺县龙水金矿床的同位素地球化学研究及成因探讨

广西贺县龙水金矿位于湘桂稳定区，桂粤交界山脉的北段，博白-茶陵深断裂的西侧，区内广泛发育加里东期到燕山期的花岗岩，出露的基底地层主要为震旦系到寒武系。本文主要研究龙水金矿II号矿化带。该带位于寒武系水口群清溪亚群和大宁花岗闪长岩体的接触带附近，围岩为寒武系的碳质板岩，矿脉为硫化物石英脉，主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和石英等矿物。金矿化与硫化物密切相关。主要的金矿物为银金矿，少许自然金。确定金矿床的成矿年龄一直是个比较刺手的问题。本文选择矿脉中信为是成矿期的石英作为Rb-Sr等时年龄测定的对象，是基于其纯净和其中的原生气液包体基本可代表成矿热液的特征。结果表明其Rb-Sr等时年龄为120.5Ma，并认为此年龄代表了成矿年龄。有石英Rb-Sr等时线的~(87)Sr/~(86)Sr初始比为0.732089, 与矿脉中碳酸相加矿物的Sr同位素比值（约为0.7337-0.7402）一起，表明Sr应是来自地壳的富Rb盐矿物的Sr源区。另外，为了与围岩的蚀变年龄对比，测定了近矿围岩的Rb、Sr同位素组成，结果形成两条等时线，年龄分别为245.9 Ma和173.6 Ma，表明成矿以前至少发生了两次地质事件，导致了Sr同位素的均一化。这两次地质事件分别与华南的东吴运动及燕山运动第一幕相对应。矿石Pb同位素的~(206)Pb/~(204)Pb、 ~(207)Pb/~(204)Pb 和~(208)Pb/~(204)Pb 分别在18.4-18.9、15.6-16.1和38.4-39.6的范围内，并在~(207)Pb/~(204)Pb vs ~(206)Pb/~(204)Pb坐标图上呈现出斜率为1左右的线性排布。只有个别数据点要以得出依据Doe模式的模式年龄，约为200 Ma。在Zart,am Pb构造模式中，矿石Pb同位素数据大部分位于上地壳Pb线以上，呈现出富放射性成因Pb的特征。为了解释异常Pb的成因，本文进行了定量计算。结果表明矿石Pb为古老的存留地壳Pb与少地幔源Pb的混合，即矿石Pb同位素经历了这样的演化过程：在39-29.8亿年间由地幔分异出的地壳 Pb，未参与壳幔循环作用，一直到燕山期，与少量幔源Pb混合，并加入成矿。混合μ值为9.85-10.22。矿石的地质情况及矿石Pb同位素的Δα-Δβ-Δγ示踪结果均支持这一结论。本文初次研究了脉石英中的U、Pb同位素组成。脉石英中Ｕ含量很低。Pb同位素组成基本可以划分为两组，一组为与方铅矿数据近似的普通Pb组成，另一组则较富放射性成因Pb，并向围岩的Pb同位素组成漂移，可能是随着热液的演化和大气降水的加入，受围岩Pb的影响所致。矿脉中硫化物样品的S同位素比值（加权平均为0.16‰）和碳酸盐矿物样品的C同位素比值（在-0.1～-4.1‰的范围内），表明其应为内生来源。根据脉石英的气液包体均一温度（180-250 ），计算与脉石英存在0同位素平衡的热液的同位素的同位素组成，结果为1.2～-4.8‰，表明有大气降水的参与。石英气液包体水溶液为弱碱性，其成分分析表明其中K_2O/Na_2和CaO/MgO（分别根据K~+/Na~+和Ca~(2+)/Mg~(2+)的换算）与围岩相差很大。另外，矿石中微量元素主要为Au、A2g、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Mo、Bi、Ga、As、Sb、和Hg，而围岩中微量元素则主要为Cu、Ni、Mn、V、Zr、Ti、Cr和Ba。因此，热液中成矿元素主要不是来自围岩。黄铁矿的Co/Ni、S/Se/的比值可以指示热液化的来源。龙水金矿矿脉中黄铁矿的Co/Ni > 1，S/Se < 15000，均在与岩浆作用有关的热液范围内。因此，热液活动应主要与岩浆岩有关。矿石、围岩和花岗闪长岩的稀土配分模式相似，均呈现向右倾斜的V字型，并且类似于太古代后沉积岩。结合Pb、Sr同位素的研究，推测花岗闪长岩的源岩主要为古老的地壳物质。概括起来，龙水金矿床为约120.5 Ma形成的中低温热液矿床；热液中成矿物质主要来自花岗闪长岩。由于围岩与矿床紧密的空间联系及围岩中的高Au含量，围岩可能提供了一部分Au及其他成矿物质。

华南震旦系微量元素地球化学及其古环境意义

本文通过对华南三省（湘、赣、粤）震旦系地层之微量元素大量的数学地质分析处理后认为：震旦纪时，在华南的东南侧可能存在一前震旦的较为稳定的古陆块，或者至少有一些古陆碎块。华南大陆边缘的增生并非仅因沟-弧-盆体系由西北向东南自由增长所致，而很可能是扬子占陆与其南侧古陆多次的碰撞、分裂、再拼合的结果。统计分析还表明，微量元素的分析对于研究岩性单一、化石稀少的前寒武系是一种颇有潜力的研究手段。Nd、Ti、Zr、Ba、Y、V、MN、Co、Cr、Th等元素，为研究华南震旦系之沉积物来源及沉积成岩环境提供了极重要的参考价值，可作为华南不同块体震旦系地层之特征元素。

喀拉通克含矿岩体（Y2）的岩石学研究

从主元素化学来看，喀拉通克深成岩以低Ca、Al为特征，而火山岩（玄武岩类）以高Ca、Al为特征；在早期结晶矿物组合上，喀拉通克深成岩为橄榄石、斜方辉石和基性斜长石，而火山岩中斑晶以基性斜长石、背地里斜辉石为主，其次为橄榄石，没有见到斜方辉石斑晶，在Sr-Zr图和Nd-Zr图中二者具有较大差别。利用矿物温度计计算了橄榄石、辉石和斜长石的结晶温度。橄榄石是在稍高于1880℃下开始结晶的，二辉石共存时的温度为1100℃左右，基性斜长石的结晶温度也在1100℃左右，并定性讨论了二号岩体的水含量和氧逸度。比较详细地从定性和定量两方面探讨了岩体成岩压力范围，认为前人计算的7Kb过大。根据橄榄石和斜长石共存现象说明压力小于7Kb，单斜辉石中的铝含量进一步说明压力小于5Kb，最后半定量地利用角闪石地质压力计说明4Kb作为二号岩体的成岩压力是比较可信的。最后探讨了二号岩体所属系列和分异趋势。许多证据表明二号岩体属于钙碱系列岩体，比如结晶矿物类型和顺序等符合obsorn(1962)建立的造山带钙碱系列；在SiO2-K2O图和AFM图中皆落入钙碱系列；辉石的成分变化不具有富铁趋势；所有岩石都有一定量的角闪石；微量元素如Rb、K/Rb、Zr等以及稀土模式与岛弧钙碱岩浆相似。与世界著名钙碱系列岩体比较表明，它们共同的特征是产于造山带环境，岩石都有一定量的含水矿物存在，说明母岩浆富水对于钙碱系列的形成具有重要的作用。若将造岩矿物的成分变化范围投影到AFM图中，可以看出造成二号岩体如此钙碱系列演化线的原因在于岩石中橄榄石和辉石的富铁趋势很弱、岩石中含有较多的黑云母和角闪石以及随着分异进行结晶出越来越多的长石。二号岩体高Si、H2O，低Ca、Al的特征决定了二号岩体的矿物结晶顺序为橄榄石→斜方辉石→拉长石→单斜辉石→角闪石→黑云母，形成相应的岩相为橄榄苏长岩、苏长岩、辉长岩和闪长岩相。辉石的Mg~#值变化很窄，是由于二号岩体含水量较高，使辉石在高En值下停止结晶，而为含水矿物角闪石取代。以上通过对喀拉通克含矿岩体（Y2）的岩石学研究，可以得到如下结论：一、喀拉通克含矿岩体由橄榄苏长岩、苏长岩、辉长岩和闪长岩四个岩相组成。各个岩相是由同一母岩浆经分异形成的。岩体岩相的反环带结构说明岩体不可能是由均匀岩浆一次侵位就地分异形成，而是岩浆深部分异与构造活动结合的产物。二、喀拉通克含矿岩体的母岩浆是产于造山带的一种钙碱性岩浆，以高Si、H2O，低Ca、Al为特征，其母岩浆不z可能是科马提岩、洋中脊拉斑玄武岩、高铝玄武岩或碱性玄武岩浆中的任一种。三、喀拉通克含矿深成岩和该区火山岩在主元素、微量元素及矿物晶出顺序方面存在一定差异，这种差异不大可能是由结晶环境不同造成的，更可能的是两者起源于不同的母岩浆。四、从定性和定量两方面讨论了喀拉通克含矿岩体的成岩压力，从而将4Kb作为该岩体的成岩压力是比较可信的。五、从岩体分异趋势来看，喀拉通克含矿岩体属于钙碱系列岩体。造成钙碱系列分异趋势的主要原因在于岩石中橄榄石和辉石的富铁趋势很弱，岩石含有较多的黑云母和角闪石以及随着分异进行结晶出越来越多的长石。对于以上分异趋势的形成，岩浆富水起着较大的作用。富水一方面使辉石在高En值下停止结晶，以角闪石代替；另一方面使岩浆的氧逸度有所提高。

Phase transformation in the surface region of zirconia detected by UV Raman spectroscopy

The phase transformation of zirconia from tetragonal to monoclinic is characterized by UV Raman spectroscopy, visible Raman spectroscopy, and XRD. Electronic absorption Of ZrO2 in the UV region makes UV Raman spectroscopy more sensitive at the surface region than XRD or visible Raman spectroscopy. Zirconia changes from the tetragonal phase to the monoclinic phase with calcination temperatures elevated and monoclinic phase is always detected first by UV Raman spectroscopy for the samples calcined at lower temperatures than that by XRD and visible Raman spectroscopy. When the phase of zirconia changes from tetragonal to monoclinic, the slight changes of the phase at very beginning can be detected by UV Raman spectroscopy. UV Raman spectra clearly indicate that the phase transition takes place initially at the surface regions. It is found that the phase change from tetragonal to monoclinic is significantly retarded when amorphous Zr(OH)(4) was agglomerated to bigger particles and the particle agglomeration of amorphous zirconium hydroxide is beneficial to the stabilization of t-ZrO2 phase.

Different mechanisms for the formation of acetaldehyde and ethanol on the Rh-based catalysts

Different mechanisms for the formation of acetaldehyde and ethanol on the Rh-based catalysts were investigated by the TPR (temperature programmed reaction) method, and the active sites were studied by CO-TPD, TPSR (temperature programmed surface reaction of preadsorbed CO by H-2) and XPS techniques. The TPR results indicated that ethanol and acetaldehyde might be formed through different intermediates, whereas ethanol and methanol might result from the same intermediate. Results of CO-TPD, TPSR, and XPS showed that on the Rh-based catalyst, the structure of the active sites for the formation of C-2-oxygenates is ((RhxRhy+)-Rh-0)-O-Mn+ (M=Mn or Zr, x>>y, 2 less than or equal ton less than or equal to4). The tilt-adsorbed CO species is the main precursor for CO dissociation and the precursor for the formation of ethanol and methanol. Most of the linear and geminal adsorbed CO species desorbed below 500 K. Based on the suggested model of the active sites, detailed mechanisms for the formation of acetaldehyde and ethanol are proposed. Ethanol is formed by direct hydrogenation of the tilt-adsorbed CO molecules, followed by CH2 insertion into the surface CH2-O species and the succeeding hydrogenation step. Acetaldehyde is formed through CO insertion into the surface CH3-Rh species followed by hydrogenation, and the role of the promoters was to stabilize the intermediate of the surface acetyl species. (C) 2000 Academic Press.

Reaction path for oxidation of ethylene to acetic acid over Pd/WO3-ZrO2 in the presence of water

Pd-supported on WO3-ZrO2 (W/Zr atomic ratio=0.2) calcined at 1073 K was found to be highly active and selective for gas-phase oxidation of ethylene to acetic acid in the presence of water at 423 K and 0.6 MPa. Contact time dependence demonstrated that acetic acid is formed via acetaldehyde formed by a Wacker-type reaction, not through ethanol by hydration of ethylene.