富磷过铝质岩浆体系的实验研究

富磷过铝质岩浆是过铝质岩浆体系中的一个重要类型，它通常以富P，高ASI[铝饱和指数，Al2O3/(Na2O+K2O+CaO)摩尔比值]，贫Fe、Mg、Ca，强烈亏损REE、Th、Y，与稀有金属(W、Sn、Be、Nb、Ta)矿化具有成因联系为特征。富磷过铝质岩浆体系的性状及其演化的地球化学特征、岩浆液态分离、磷酸盐-硅酸盐矿物对平衡对熔体相中磷的制约以及富磷过铝质岩浆－热液体系中微量元素(包括REE)地球化学行为等科学问题尚未得到系统解决，目前更缺乏实验地球化学的直接证据。对上述科学问题的研究、探索，将有助于了解富磷过铝质岩浆体系形成和演化的地球化学特征，有助于揭示磷对微量元素(包括稀有、稀土元素)地球化学行为的影响，这对于理解过铝质岩浆体系成岩、成矿作用过程具有重要的理论和实际意义。 本文以天然钠长花岗岩为初始物，针对上述内容，开展了不同PTX条件下高温高压下实验研究，获得了如下重要认识： 1) 确定了100 MPa条件下磷对过铝质岩浆液相线温度的影响。随着体系中P2O5的含量增大，液相线温度由1.91 wt%P2O5的780 C降至4.83 wt%P2O5的760C、7.71 wt%P2O5的740 C，即体系中每增加1 wt%P2O5，液相线温度降低约7~10 C； 2) 不同PTX条件下的实验产物中均未见不混溶球粒结构、乳滴结构或流动构造，初步推断富磷过铝质岩浆体系中可能不存在单纯由磷引起的岩浆液态分离现象； 3) 锰铝榴石-磷灰石矿物平衡反应制约着形成过铝质初始岩浆中P2O5含量，熔体相中P2O5含量在750 C的0.47~0.80 wt%、830 C的0.35~2.26 wt%范围内。熔体相中的P2O5含量与ASI之间存在二次函数关系(P2O5 wt%=3.5×ASI2-11.3×ASI+9.5 )。锰铝榴石溶解，促使体系中Al2O3活度增大，含锰氟磷灰石的溶解及其端元磷灰石结晶之间的化学平衡，导致熔体相中P2O5的降低，很可能是熔体中P2O5随体系ASI增大而降低的机制。 4) 不同PTX条件下稀有金属元素(W、Sn、Be、Nb、Ta)在流体/熔体相间的分配系数(Dif/m)<<0.1，预示着W、Sn、Be、Nb、Ta强烈富集在富磷过铝质熔体相中。由此，可推测富P过铝质岩浆体系的演化晚期，不太可能分异出富含上述成矿元素的成矿流体。随着岩浆分异演化的进行，残余熔体相中最终导致绿柱石、锆石、锡石、铌钽矿物等矿物饱和结晶，形成有经济意义的花岗岩型或伟晶岩型稀有金属矿床。 5) 不同PTX条件下REE在流体/熔体间的分配系数(DREE)随REE的原子序数增大而逐渐降低，构成右倾的平滑曲线，不存在在Nd-Pm、Gd、Ho-Er处的拐点；Y与Ho在流体/熔体相间分配系数的比值(DY/DHo)约为1，不受体系温度、压力和P2O5含量变化的影响。上述实验结果揭示，富磷过铝质量岩浆演化至岩浆-热液过渡阶段，熔体-流体作用不会导致Y-Ho间的分异，不会引起REE间的分异，因此，富磷过铝质岩浆演化晚期的熔体-流体作用过程不可能是产生稀土“四分组”效应的根本机理。

甘肃阳山金矿同位素地球化学特征及矿床成因

甘肃文县阳山金矿的探明黄金储量已达308t，平均品位4.74g/t，是我国地质勘查储量最大的金矿床。该矿床产于西秦岭造山带，是一个同碰撞形成的类卡林型金矿床，矿体受EW向韧脆性剪切带控制，赋矿围岩为泥盆系碳质千枚岩-板岩-碳酸盐-硅质岩和侵入其中的花岗斑岩脉。流体成矿过程包括：形成石英-绢云母-黄铁矿组合的早阶段，形成石英-黄铁矿-毒砂-方铅矿等多金属组合的主成矿阶段，形成碳酸盐-辉锑矿-石英网脉的晚阶段。 与矿体关系较为密切的花岗斑岩富集LILE 和 LREE, 亏损 Ba, Sr, Nb, Ta, P 和Ti，ΣREE＝54.35～124.01 μg/g ，(La/Yb)N=9.72～27.80，δEu=0.70～0.89， ISr值为0.70806～0.71756，平均0.71107；εNd(t)平均-3.4；Nd模式年龄（T2DM）平均1.34（Ga）。表明花岗斑岩岩浆应源自成熟度较低的中元古代基底地壳物质。花岗斑岩的(206Pb/204Pb)220Ma、(207Pb/204Pb)220Ma和(208Pb/204Pb)220Ma的平均值分别为17.875、15.604和38.296，与秦岭微陆块的中元古代基底和碧口地体碧口群的Pb同位素组成一致。考虑到前人获得碧口群的年龄为1.235～1.367Ga，而秦岭微陆块沿勉略缝合带向南仰冲到碧口地体之上，我们认为由碧口群等组成的俯冲板片的变质脱水熔融作用导致了阳山金矿带花岗斑岩的形成。因此，阳山金矿带的花岗斑岩是扬子与华北大陆中生代碰撞造山过程中形成的同碰撞花岗岩类。 最新的S，Sr和Pb同位素研究表明：热液成矿早阶段的黄铁矿的34S值范围介于-15.5‰~6.59‰之间，总体离散性比较大，显示沉积地层来源的特征，硫同位素组成属离散型，不具有岩浆主导的成矿的塔式效应。花岗岩中黄铁矿硫同位素范围很集中，34S值处于-1.47‰～2.12‰之间，本区花岗斑岩不可能为成矿物质的主要来源。矿石硫化物的初始锶同位素比值范围较大（0.70877～0.71697，平均为0.71258），显示成矿物质并非单一来源，考虑到花岗斑岩先于矿床形成，只在后期构造作用的岩体部分成矿的地质事实，少量矿石中的低锶同位素比值黄铁矿有可能来自作为围岩的花岗斑岩，也可能来自基底物质。矿石硫化物Pb同位素206Pb/204Pb=17.552～18.853，平均18.260；207Pb/204Pb=15.574～15.928，平均15.685；208Pb/204Pb=37.894～39.293，平均38.680，变化范围比较大。μ=9.46~10.06，平均为9.65，ω值介于36.96～42.21，显示了铅源的物质成熟度较高，要求最佳物源是浅变质化学-碎屑沉积建造，恰好与本区泥盆构造层为浅变质细碎屑岩夹薄层灰岩系的特征一致，部分低Sr和Pb同位素比值的成矿物质可能来自于作为围岩的花岗斑岩和/或者基地物质。 总结前人阳山金矿床的H-O-C同位素体系的研究得出，初始成矿流体来源于碳酸盐地层或相似岩石建造的变质或/和改造脱水，成矿流体系统从早到晚、从深到浅，由变质热液演变为大气降水热液。与本文得出的结论一致。 总而言之， 阳山金矿矿成矿流体的来源早期具有变质水特征，应来自赋矿地层或相似岩性组合的改造或变质脱水作用，晚阶段大气水为主的流体性质。成矿物质主要来自于赋矿围岩。流体经过作为部分围岩的花岗斑岩时从中萃取少部分成矿物质，而导致了少部分的低锶、铅同位素的矿石硫化物组成。 在中生代扬子板块北缘（包括碧口地块）向南秦岭陆陆碰撞过程中，扬子北缘板片沿勉略断裂向北俯冲到南秦岭之下，下插板片增温增压，发生变质、脱水和部分熔融。碰撞中期，构造背景由挤压向伸展转变，减压增温的环境导致大量变质流体沿深大断裂向上运移，不断萃取围岩中大量成矿元素，并将成矿元素搬运至有利于流体聚集、成矿物质卸载的空间，使成矿物质富集成矿。阳山金矿床定位于泥盆系构造层中，成矿时代为190Ma左右，紧随花岗斑岩侵入作用（220Ma左右），主成矿作用发生于碰撞作用由挤压-伸展转变期的减压增温环境。成岩、成矿模式与CMF模式吻合。 阳山超大型金矿是世界罕见的碰撞造山带内类卡林型金矿床，其地质地球化学特征复杂、独特，流体性质主要与造山型金矿一致，矿床地质主要与卡林型金矿一致，部分特征兼与造山型和卡林型两类矿床之间，花岗斑岩本身成矿的特点又为阳山所特有，总体具有造山型向卡林型金矿过渡的性质。因此建议以“秦岭式”或“阳山式”类卡林型金矿床代表与阳山金矿具有类似成矿背景及地球化学性质的矿床。

四川省拉拉铜矿床岩石学及地球化学研究

拉拉铜矿床位于扬子地块西缘的康滇隆起中段，赋存于经历变质的古元古代河口群海相火山-沉积岩系中，是我国重要的受变质热液叠加或改造的火山成因块状硫化物矿床（VHMS）之一，也是四川省最大的铜矿生产基地。本论文以该矿床为研究对象，在系统整理前人资料的基础上，进行了深入细致的野外地质考察和系统采样，选取代表性样品，运用电子探针分析技术、元素地球化学、同位素地球化学（Rb-Sr、Sm-Nd、S）、锆石U-Pb定年等方法手段，对矿区新元古代大规模区域变质作用的变质条件、变质原岩、广泛分布于矿区多个赋矿层位的辉长辉绿岩脉、岩石及矿石性质、硫源、成矿时代等主要岩石学及矿床学问题进行了系统研究，并结合前人研究成果，探讨了矿床的成因机制。论文主要取得以下几点认识： （1）矿区变质火山岩的成岩年龄为1695±20Ma，岩浆在上升侵位的过程中捕获了古元古代早期地壳物质，后期变质改造的时代约为700-800Ma。 （2）基于石榴石黑云母片岩中石榴石黑云母矿物对的电子探针分析数据，利用石榴石-黑云母地质温度计和多硅白云母地质压力计确定了矿区新元古代大规模区域变质作用的变质条件：变质温度为530-580℃，变质压力上限为0.66-0.76GPa，对应于高绿片岩相。 （3）矿区出露的岩石类型以云母片岩类和钠长岩类岩石为主，二者共同构成了矿区的围岩及赋矿岩石，通过对代表性样品的元素地球化学、同位素地球化学研究，采用DF函数判别法、(Al/3-K)-(Al/3-Na)图解法、La/Yb-TR图解法，并结合岩矿鉴定及结构构造特征，恢复了矿区的变质原岩。其中，矿区的云母片岩类样品的变质原岩为沉积岩，以页岩为主，主要来自大陆岛弧及上地壳物质的风化；而钠长岩类样品的变质原岩为火山岩，源自富集地幔，包括“右倾型”钠长岩和“平坦型”钠长岩，前者为分离结晶作用早期并经历一定程度地壳混染的产物，后者主要形成于分离结晶作用晚期，Nb、Ta、Zr、Hf、P、Ti等达到饱和并以副矿物晶出。 （4）综合矿区变质沉积岩及变质火山岩的构造环境判别结果，确定了二者形成于大陆岛弧的弧后盆地环境。 （5）通过对矿区变质火山岩性质、形成机制及硫同位素研究，讨论了矿床中成矿元素可能的富集机制，即地幔中大量的亲铜元素及硫元素进入母岩浆并随之上升形成区域分布的火山岩，为矿床的形成提供了必要条件。 （6）侵入河口群地层并广泛出露于矿区多个赋矿层位的辉长辉绿岩脉的化学成分与板内碱性玄武岩类似且形成于大陆裂谷环境下的类似OIB源区，是高温地幔柱部分熔融的产物，幔源岩浆在上升侵位过程中受到了地壳物质尤其是上地壳物质较小程度的混染，表明新元古代Rodinia超大陆裂解对拉拉地区的成矿作用有重要影响。 （7）拉拉铜矿床主要存在两个成矿期次，即火山喷气-沉积成矿期（1700 Ma左右）和变质热液成矿期（700-800Ma）。矿区主要存在两种类型矿石，即条纹、条带状矿石和块状、浸染状矿石，前者主要赋存于变质火山岩中，可能形成于火山喷气-沉积成矿期，后者主要赋存于变质沉积岩中，可能为变质热液成矿期的产物。

峨眉山大火成岩省Ni-Cu-PGE矿床矿化类型变异机理研究

在峨眉山大火成岩省（ELIP）产出许多岩浆Cu-Ni-PGE岩浆硫化物矿床，如金宝山、杨柳坪、力马河、白马寨，以及大槽－阿布郎当矿化岩体。根据成矿元素组成特征，这些矿床可以区分为多种不同矿化类型，有以铂族元素为主贫铜镍的矿床，如金宝山Pt-Pd矿床；有含较高铂族元素和铜镍的矿床，如杨柳坪Ni-Cu-PGE矿床；也有贫铂族元素富铜镍的矿床，以力马河和白马寨Ni-Cu矿床最为典型。造成峨眉山大火成岩省中Ni-Cu-PGE岩浆硫化物矿床矿化类型变异的原因是什么？它们的母质岩浆性质如何，产生于怎样的熔融程度？既然能形成岩浆硫化物矿床，造成硫化物熔离的原因有哪些，什么因素起到了关键作用？这些矿化类型多样的Ni-Cu-PGE矿床的成矿岩浆有何差异？产生差异的原因是什么？带着这些疑问，通过借鉴国内外Ni-Cu-PGE岩浆硫化物矿床研究的经验，本文以金宝山铂钯矿、力马河镍矿及大槽－阿布郎当岩体的地球化学研究为基础，结合近几年来前人对杨柳坪，白马寨等矿床的系统研究，本文试图解决上述疑问。现在取得的主要认识有： 1） 根据成矿元素组成特征，可以把峨眉山大火成岩省中（ELIP）存在的Ni-Cu-PGE岩浆硫化物矿床分成多种不同的矿化类型，包括PGE矿床（例如金宝山Pt-Pd矿），Ni-Cu-PGE矿床（例如杨柳坪矿床），Ni-Cu矿床（例如力马河和白马寨矿床），以及弱矿化或不含矿的超镁铁质堆晶岩体（例如大槽－阿布郎当岩体）。通过对ELIP中几种类型Cu-Ni-PGE矿床成矿母岩浆的研究发现，它们均具有类似峨眉山苦橄岩的成分特征，表明母岩浆形成于较高程度的地幔部分熔融，并富集Ni和PGE。 2）硫化物熔离的多阶段性是导致矿床类型变异的一个重要因素。早期结晶矿物的分离结晶导致了金宝山母岩浆出现S的饱和，少量的浸染状硫化物被携带进入岩浆通道中发生了沉淀，继续富集PGE，形成了金宝山矿体。杨柳坪的母岩浆先发生了少量早期硫化物熔离丢失，PGE弱亏损的岩浆在后期上升过程中由于强烈的地壳混染，发生了大量硫化物熔离并发生堆积，形成杨柳坪矿体。力马河和白马寨的母岩浆在早期发生了较多的硫化物丢失，PGE强烈亏损的岩浆发生了二次以上的硫化物熔离，形成了力马河和白马寨矿体。 3） R因子（岩浆与熔离硫化物的比例）是决定ELIP中Cu-Ni-PGE矿床矿化类型变异的重要因素。金宝山矿床具有极高的R值（＞10000），杨柳坪和朱布矿床具有中等的R值（2000~5000），而力马河矿床近似为在经过R=2000的硫化物熔离之后，残余岩浆再经过R=200的硫化物熔离。 4） 地壳混染程度的差异可能是造成ELIP中Ni-Cu-PGE矿床矿化类型发生变异的关键因素。金宝山矿床的地壳混染程度较低，可能主要是早期橄榄石和铬铁矿的分异结晶导致了岩浆中硫化物出现了饱和。对于大槽－阿布郎当矿化岩体，只是在岩体边缘的局部出现了硫化物熔离，可能是围岩混染造成的。对于杨柳坪Ni-Cu-PGE矿床、力马河和白马寨Ni-Cu矿床，从微量元素蛛网中明显的Nb-Ta负异常，高放射成因187Os丰度的初始Os同位素组成（γOs(t)=100~120），S同位素等反映出显著的地壳混染，因而出现大量硫化物熔离。

攀枝花A型正长岩体的成因及构造意义

攀枝花正长岩体与含超大型钒钛磁铁矿矿床的辉长岩体在空间上共生、侵位时间近于一致，均为晚古生代峨眉山地幔柱岩浆活动的产物。该正长岩岩体由成分连续的中酸性侵入岩组成并伴生酸性喷出岩和正长斑岩。本研究以攀枝花正长岩体及相关的酸性岩石为研究对象，在较为系统的矿物化学、主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素等方面研究基础上，并结合前人的相关研究成果，探讨了该岩体的岩浆演化过程、成因及其对于地幔柱活动条件下地壳演化机制的指示意义。本文取得的主要认识如下： （1）岩体中的闪长岩由中酸性斜长石、普通辉石、铁橄榄石等组成。正长岩由条纹长石、钠长石、普通辉石、Na-Ca和Ca角闪石等组成。石英正长岩主要矿物为条纹长石、石英。碱性花岗岩由条纹长石、石英、普通辉石和Na和Na-Ca角闪石构成。相关的正长斑岩的斑晶为微斜长石和钠长石，基质主要由条纹状的微斜长石、钠长石、石英、黑云母、磷灰石组成。伴生粗面岩的斑晶为钠长石、石英和普通辉石。流纹岩的斑晶为条纹长石和石英，基质有钠长石、钾长石、Na角闪石。 （2）矿物化学特征显示，从中性岩到酸性岩，长石向贫Ca，富Na、K趋势演化；普通辉石向贫Mg，富Fe、Na、Ca趋势演化；角闪石向贫Ca、Mg，富Fe、Na趋势演化。因此，不同类型岩石中矿物的成分变化主要受母岩浆的结晶分异作用控制。 （3）元素地球化学研究表明，攀枝花正长岩体富含高场强元素和具高Ga/Al比值，显示典型A型花岗质岩石的特征。Nb/Ta、Zr/Hf比值与OIB源区的相应比值接近表明岩体中不同类型岩石来自同一地幔源区。 （4）攀枝花正长岩体中各类岩石具有一致的Sr、Nd同位素组成，表明其母岩浆来源相似。该正长岩体主要源于两种不同的正长质熔体，由与峨眉山地幔柱有关的底侵弱碱性玄武岩浆在地壳深部经分异产生。这两类正长岩浆在地壳浅部岩浆房进一步经历分离结晶作用并最终形成闪长岩、正长岩、正长斑岩、石英正长岩和花岗岩，部分岩浆喷出地表形成粗面岩、流纹岩。 （5）本研究认为巨量的玄武质岩浆底侵于下地壳是峨眉山大火成岩省内带A型花岗岩体形成的必要前提。晚古生代峨眉山地幔柱活动对于大火成岩省内带的地壳垂向增生起到极为重要的作用。

福建省基性岩的年代学和地球化学：晚中生代以来中国东南部地幔演化

中国东南部地处太平洋板块与欧亚板块的接合部位，其独特的地理位置和构造运动长期以来引起了地质学家的广泛关注。自印支运动以来，板内构造演化复杂而多样。最引人注目的无疑是燕山期广泛而强烈的构造一岩浆热事件。近年来随着研究的深入，逐渐凸显出两个重要的地质问题需要解决：（1）中国东南部晚中生代构造属性的转变时间及地球动力学演化过程；（2）多金属成矿作用与岩石圈伸展减薄及地壳拉张的关系。基于此，本文以中国东南部福建省的基性脉岩、岩体为研究对象，运用系统的矿物学、岩石学、岩石地球化学、同位素地球化学及同位素年代学证据，详细论述了晚中生代中国东南部板块俯冲、地慢演化、壳幔相互作用及岩石圈伸展减薄的地球动力学过程，探讨了地壳拉张期次在福建省区域构造上的响应。本研究主要获得以下几点认识：1、岱前山辉长岩体沿福建长乐一南澳大断裂带分布，侵位于沿海的绿片岩相和角闪岩相的变质岩中及内陆的中生代火山岩中。岩体的微量元素特征表现为与俯冲作用有关的岛弧特点。岱前山岩体由低程度部分熔融形成（约7％），伴有角闪石、单斜辉石的分离结晶作用和斜长石的堆晶作用。时间上与古太平洋板块低角度一歪斜俯冲、晚中生代的变质事件、平潭一东山变质带抬升和长乐一南澳剪切带运动在时间上基本一致。岩体是受俯冲流体交代的上地慢，经部分熔融沿长乐一南澳断裂一应力转换带侵入。它与中国东南部出露的其它基性岩同源，但未受到地壳的混染作用。2、闽南茅坪一晒鞍角基性侵入体具独特的地球化学属性，表现为高Al2O3、CoO、MnO，低FeOT、MgO、TiO2含量，富集轻稀土元素（LREE）和大离子亲石元素（LILE），并具正的Pb异常和负的Ti异常；Sr-Nd-Pb同位素结果显示，该基性岩有EM2组分的参与。模拟计算表明，该基性岩墙群是尖晶石二辉橄榄岩地慢5-15％部分熔融的产物；微量元素配分模式及理论模拟表明茅坪一晒鞍角基性岩体的地慢源区在熔融前曾受到1％俯冲沉积物熔体的源区混染和5％流体交代作用。基性岩浆在上升过程中还受到10％左右的地壳物质的混染作用，导致该区基性岩富放射成因Sr、Pb同位素。3、福建省晚中生代基性脉岩富Al2O3（14.0-20.4 wt%）、CaO（4.09-12.7wt％）。按地球化学特征可分为两组：第一组脉岩具较低稀土总量（53.8-145.5μg／g）和平缓的稀土配分模式L（La/Yb）n=1.68-4.651，而第二组脉岩的稀土总量较高（63-247μg／g），且轻稀土富集［（La/Yb）n＝4.63-19］。在原始地慢标准化图解上，第一组脉岩显示Pb的正异常和Ti负异常，无Nb、Ta异常，而第二组脉岩显示明显的Nb一Ta一Ti负异常和Pb正异常。两组脉岩经历了不同的源区混合和陆壳混染过程，第一组脉岩显示了以陆壳混染为主的地球化学过程，不具有岛弧特点的微量元素配分模式表明该类基性岩的地慢源区可能未受俯冲作用过程影响，第二组脉岩的岛弧地球化学特点暗示该类基性岩地慢源区是经俯冲作用改造过的富集岩石圈地慢。第一组基性脉岩来源于石榴石一尖晶石二辉橄榄岩地慢，而第二组脉岩来源于尖晶石或尖晶石一斜长石二辉橄榄岩地慢。地球化学数据显示，不同类型的地慢存在不均一性，反映了不同程度的交代作用或不同量俯冲沉积物的加入。福建省晚中生代基性脉岩产生于拉张构造背景，与岩石圈的伸展减薄及软流圈的上涌紧密联系；4、福建省基性脉岩的同位素特征显示，第一组脉岩具较高的143Na／144Nd，第二组脉岩的143Nd／144Nd较低；Th/Nd、Ba/La比值及理论模拟结果表明，第二组脉岩可能受到流体交代和俯冲沉积物的源区混合作用，而第一组脉岩基本未受俯冲组分（沉积物＋流体）的改造。地壳混染对两组脉岩可能起着重要的作用。EC-AFC理论模拟表明，福建省基性脉岩在上升过程中受到前寒武纪变质岩的影响，这种混染作用在一定程度上改变了同位素组成。因此，福建省晚中生代基性脉岩的地球化学特点是太平洋板块俯冲与壳慢相互作用共同作用的结果；5、K-Ar年龄结果表明，出露于福建省的基性脉岩年龄具周期性分布，表现为五个周期：70-75Ma士，85 Ma士，105-110Ma，125Ma士和135-140Ma。这与前人的研究结果基本一致，表明福建省与中国东南部区域上有相似的地壳拉张期次。K-Ar年龄主要集中分布在14OMa→65Ma之间，这表明：①140M。限定了中国东南部岩石圈伸展作用开始的下限，也就是说中国东南部晚中生代的岩石圈伸展至少开始于140Ma左 右，而并非90Ma；②标志着中国东南部大规模拉张作用的开始，表明构造属性由令挤压为主转变为以拉张作用为主。

岩浆－热液过渡阶段体系中不相容元素地球化学行为及其机制－以新疆阿尔泰3号伟晶岩脉研究为例

伟晶岩形成和演化中岩浆-热液过渡阶段物理化学性质、过铝质富挥发分岩浆体系岩浆液相不混溶、流体相出溶事件的相对时间尺度以及在岩浆-热液过渡阶段体系中稀土和其它微量元素地球化学行为(稀土“四重效应”机制和微量元素分异及控制因素等)是目前过铝质岩浆体系研究的焦点问题。对上述问题的研究和探讨，将有助于了解伟晶岩形成和演化的全过程，有助于了解挥发分(H_20、F、B、P)对过铝质岩浆体系物理性质以及对REE和其它微量元素地球化学行为影响，这对于理解过铝质岩浆体系成岩、成矿作用过程具有重大的理论和实际意义。本论文选择著名的新疆阿尔泰3号伟晶岩脉为研究对象，由于它具有完美的分带特征，使我们有可能通过各结构带矿物学、地球化学的研究揭示伟晶岩成因和演化过程以及讨论岩浆-热液过渡阶段体系中的稀土和微量元素地球化学行为。由于LCT型伟晶岩具有明显的分带性、矿物颗粒大小不均匀性等特点，因此利用全岩样品研究伟晶岩往往因取样没有代表性而被大多数岩石学家和地球化学家所否定。考虑到这点，本文系统采集阿尔泰3号伟晶岩脉各结构带磷灰石、电气石、碱性长石、石英矿物，部分结构带的石榴石、绿柱石、锂辉石矿物以及伟晶岩冷凝边和蚀变围岩的全岩样品，通过各结构带磷灰石矿物化学组成和~(87)Sr／~(86)Sr比值测定，电气石矿物的化学组成和硼同位素组成分析，碱性长石中磷含量的电子探针分析和碱性长石-石英矿物对的氧同位素体系研究以及蚀变围岩和冷凝边的化学组成分析，本文较为详尽系统地探讨以上所有的问题。通过本次多年的研究，我们获得了以下几点新的认识：f1) 富挥发分过铝质岩浆体系的样品存在稀土“四重效应”和Y-Ho、Zr-Hf、Nb-Ta、Sr-Eu元素对的显著分异，表明在过铝质岩浆演化过程中含氟流体相起着重要的作用；目前，稀土“四重效应”机制被认为是含水流体相与过铝质岩浆熔体相互作用的结果(Irber 1999；Bau 1997)，而不是独居石、磷钇矿、石榴石矿物等矿物的早期结晶引起的残余熔体稀土含量的异常变化。由于阿尔泰3号伟晶岩脉各带磷灰石以及与其共生的石榴石、绿柱石、碱性长石、锂辉石矿物均存存明显的稀土“四重效应”以及相同电价、相似离子半径的不相容元素间存在显著的分异，并结合最近赵振华等(1999)和Sba and Chappell(1999)报道S型花岗岩全岩和单矿物(磷灰石、独居石、长石、黄玉等)均存在稀土“四重效应”这一现象，本文研究提出，稀土“四重效应”是富挥发分过铝质岩浆体系的一个基本特征，其机制既不可能由含稀土的副矿物早期结晶引起残余熔体相中REE含量变化的结果，也不能定性地归因于流体相与熔体相相互作用过程中稀土元素在流体／熔体之间分异的结果，而很可能与伟晶岩岩浆形成之前某些过程密切相关，S型花岗岩岩浆在液相线以上存在硅酸盐熔体与高盐熔体(或卤水相)的不混溶液相分离有可能是过铝质岩浆体系产生稀土“四重效应”的主要原因。(2) 由于Sr~(2+)与Eu~(2+)具有相同的电价、相似的离子半径，根据经典的地球化学原理，它们具有相似的地球化学行为，在各种地质过程中其它们具有紧密的一致性。阿尔泰3号伟晶岩磷灰石中Sr／Eu比值具有二歧变化现象，其中I、Il、III和IV带磷灰石具有低的Sr／Eu比值(16:0～111.2)，而V、VI、VII带、核部带和IV带中的一个磷灰石则显示较大的Sr／Eu比值(主要在246．6～514:9范围，其中IV带的一个磷灰石该比值在10000以上)。对世界范围内的过铝质花岗岩统计表明，过铝质岩浆岩的全岩样品中的Sr／Eu也呈现二歧变化，由此本文提出Sr／Eu比值是指示过铝质岩浆体系中岩浆流体相出溶的有效地球化学参数，大于300的Sr／Eu比值是Eu~(2+)强烈分配进入流体相的地球化学标志。(3) 阿尔泰3号伟晶岩I、II、III带电气石矿物的硼同位素组成(δ~(11)B)分布在-41.11‰～-30.90‰之间，V、VI、VII带电气石矿物硼同位素组成(δ~(11)B)在-15.23‰～-9.20‰范围，IV带电气石硼同位素分布于-39.19～13.10‰范围，如此大的硼同位素分馏无法根据实验研究获得的熔体／流体相间的分馏系数进行合理解释。我们的研究表明岩浆成因电气石的B同位素组成与电气石化学组成具相关性，随电气石Y位上AI、Li阳离子数的增大，δ~(11)B值显示明显增大的趋势。阿尔泰3号伟晶岩最初形成的结构带中电气石的B同位素组成是目前所发现的最低值之一(-41.1l～39.01‰)，指示形成伟晶岩脉的初始岩浆可能由含非海相蒸发岩的泥质岩经变质深熔作用形成，或是伟晶岩岩浆在上侵定位过程中同化了含非海相蒸发岩地层的结果。本次研究利用电气石-白云母和电气石-四硼酸盐矿物间的同位索分馏以及熔体相-流体相间的同位索分馏，合理解释了阿尔泰3号伟晶岩脉电气石B同位素分馏过程，并首次获得伟晶岩形成、演化过程中B同位素组成演化的全程图谱。(4)伟晶岩岩浆形成和演化过程是否存在由过磷引起的液相不混溶现象未见确凿的岩石学和实验地球化学证据。阿尔泰3号伟晶岩脉糖粒状钠长石带(II带)明显由两种不同组构的岩性组成，而且该带是3号脉主要的Be矿化带，也是P、REE最重要的沉淀场所。阿尔泰3号伟晶岩脉梳状结构带和I带的碱性长石具较高P含量(平均值分别为0.42 wt％和0.22 wt％)，随着岩浆的演化进行，从III带到核部带，碱性长石中P含量逐渐增大(平均值由0.21 wt％增至0.50 wt％)，而II带碱性长石中异常低的P含量(平均值为0.08、wt％)是该带大量磷灰石矿物饱和结晶，导致残余熔体相中P极度亏损所造成的，而不是晚期出溶的岩浆热液交代形成的。根据Watson (1978)、Ryerson and Hess(1980)在液相线以上温度下实验研究获得的微量元素在不混溶的基性和酸性液相中分配特征，以及Webster et a1．(1997）对德国Ehrenfriedersdorf矿区伟晶岩石英中熔体包裹体的研究成果，我们推断在富磷岩浆体系中，在其演化的早期将出现由磷引起的液相不混溶作用，它对伟晶岩成岩和Be的成矿具有重大的影响。

氟、氯对热液钨、铜成矿的制约-以江西德兴铜矿、大吉山钨矿为例

矿化剂在热液矿床成矿过程中的重要作用一直为人们所关注，矿化剂地球化学行为直接影响成矿元素的富集成矿，不同的矿化剂元素可能对金属成矿具有一定的专属性。本文以著名的江西德兴铜厂超大型斑岩铜矿床和大吉山钨矿床作为研究对象，研究F、Cl与W、Cu成矿的关系。主要的认识如下：（1）F在花岗质岩浆中，可以降低岩浆的粘度、密度、固液相线温度、改变熔体结构，而Cl对熔体结构没有多大的影响。F在流体一花岗质熔体相间，绝大多数配分系数小于1.0，趋向于熔体相中配分，DF随体系中F浓度的升高而增加。Cl在流体一花岗质熔体相间的配分系数均大于1.0，且Dc1 随体系中Cl浓度的升高而增大·Cl强烈地趋向富集于流体相中。（2）Cu在流体一花岗质熔体作用过程中，铜总趋向于流体相中分布（DCu都大于1）。特别是在富Cl流体中Cu浓度较高，说明在富含Cl的热液流体能够从共存的熔体中活化迁移出大量的 Cu，S的加入DCu有降低的趋势。钨趋向于熔体相中富集，其配分系数大多小于1.0。（3）德兴铜厂花岗闪长斑岩属钙碱性系列岩石属I型花岗岩类，具有埃达克岩的特征。岩浆来源于深部，在结晶演化过程中发生了围岩物质的混染，这种高铜含量围岩的混染使成矿物质在岩浆中得到富集，有利于铜的活化、迁移。在铜厂岩体不同的蚀变带中，SiO2、K2O、Cu、Mo等从新鲜斑岩甚至弱蚀变带中带出，而在强蚀变带强烈富集，Cl同样有在强蚀变岩石中富集的趋势；而Na2O、Fe从斑岩体中带出，进入流体相中，流体中大量Fe的存在，有利于铜的沉淀、富集成矿。（4）德兴铜厂斑岩体微量元素和稀土元素地球化学特征表明，该岩体发生了流体一熔体作用，分异出来的流体是一种相对富氯的流体，同时成矿流体的流向是从岩体中心向接触带方向流动。（5）大吉山花岗岩具有高SiO2、A/CNK值，显示过铝质特点。黑云母花岗岩是壳源花岗岩但又受到慢源岩浆或慢源流体的影响。随着花岗岩的演化（从I→II→III）SiO2、K2O＋Na2O逐渐增加，ΣFe、Al2O3、CaO、F含量降低，为成矿提供了大量的矿化剂（F）和沉淀剂（Fe、Ca）。Eu负异常从I至III阶段花岗岩逐渐加强，表明该岩浆经历了高度的分异演化。（6）大吉山花岗岩类稀土元素具有“四重效应”配分的特点以及微量元素对玲Rb、Y/Ho、Zr/Hf以及Nb／Ta发生明显分异，暗示在花岗岩岩浆的演化过程中，经历了充分的流体一熔体作用，同时分异出大量富含F、W等矿化剂元素和成矿元素的热液流体，致使钨矿的形成。大吉山石英脉型钨矿的成矿年龄大约在155 Ma。（7）通过对成矿流体和花岗质岩石黑云母、白云母中卤素相对逸度的研究（log(H2O/fHCl）fluid、log（fHF/fHCl）fluid）发现，铜厂斑岩型铜矿床的成矿体系是相对富氯体系，而大吉山石英脉型钨矿床成矿体系相对富氟，同时氟可能主要迁移W、Sn、Nb、Ta等金属元素。（8）结合斑岩型铜矿床成矿流体特征，铜主要以C1的络合物形式存在和迁移，迁移形式主要是CuCl0、CuCl2等。石英脉型钨矿床中，钨主要以钨酸、钨酸盐及其离解形式存在和迁移，如WO42-、HWO4-、NaHWO4、Naw伍．等；在高度富氟的成矿流体中，钨的氟氧络合物（如WO3F-，WO2F42-等）对钨迁移也具有重要的作用。因此，不同矿化剂类型具有一定的成矿专属性，热液铜矿床主要与Cl、S有 关，而热液钨矿床大多与F有关。

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。

花岗岩-LiF-NaF-H_2O体系液相不混溶的实验研究

Liquid segregation phenomena have been found and explained in the F(Li)-rich granites in south China by Wang Linakui et al. (1979; 1983). A number of experimental investigations into the liquid immiscibilities in the granites systems have been carried out (Anfilogov et al., 1983; Glyuk et al., 1971; Glyuk et al., 1973a; 1973b; kovalenko, 1978; Wang Liangkui et al., 1987). Nevertheless, the detailed scenarios of the liquid immiscibilities in the granitic magmas are much less understood. This experimental study is amide to get access to this problem. Starting materials are biotite granite +LiF(3-10%)+NaF(3-10%)+H_2O(30%). The experimental results have shown that the liquid immiscibilities of melts of different compositions occur at 1 kbar and 840 ℃ when 5wt% (LiF + NaF) are added to the granite samples. three kinds of glasses indicating of three types of coexisting immiscible melts have been observed: light blue matrix glass, melanocratic glass balls and leucocratic glass balls. It is interesting that we have observed various kinds of textures as follows: spherulitic texture, droplets, flow bands, swirls. All these textures can be comparable to those in the natural granitic bodies. Electron microprobe data suggest that these different kinds of glasses are of different chemical compositions respectively; matrix glasses are F-poor silicate melts; melanocratic balls correspond to F-rich silicate melts; and leucocratic balls are the melts consisting mainly of fluorides. Raman spectrometric data have indicated that different glasses have different melt structures. TFM Diagrams at 1000 * 10~5 Pa have been plotted, in which two miscible gaps are found. One of the two gaps corresponds to the immiscibility between F - poor silicate melt and F-rich silicate melt, another to that between the silicate melt and fluoride melt. The experiments at different pressures have suggested that the decreases in pressures are favorable to the liquid immiscibility. Several reversal experiments have indicated that the equilibria in different runs have been achieved. We have applied the experimental results to explain the field evidence of immiscibilities in some of granites associated with W-Sn-Nb-Ta mineralization. These field phenomena include flow structure, globular structures,mineralized globular patche and glass inclusions in topaz. We believe that the liquid immiscibility (liquid segregation) is a possible way of generation of F(Li)-rich granites. During the evolution of the granitic magmas, the contents of Li, F, H_2O and ore-forming elements in the magmas become higher and higher. The granites formed in the extensional tectonic settings commonly bear higher abundences of the above-mentioned elements. the pressures of the granitic magmas are relatively lower during the processes of their emplacements and cooling. The late-staged magmas will produce liquid immiscibilities, leading to the production of several coexisting immiscible melts with different chemical compositions. The flow of immiscible consisting magmas will produce F(Li)-rich granites. It is also considered that liquid immiscibilities are of great significance in the production of rare metal granites. The ore-forming processes and magmatic crystallization and metasomatic processes can be occur at the same time. The mineralisations of rare metals are related to both magmatic and hydrothermal processes.

Source depletion and extent of melting in the Tongan sub-arc mantle

The fluid immobile High Field Strength Elements (HFSE) Nb and Ta can be used to distinguish between the effects of variable extents of melting and prior source depletion of the Tongan sub-arc mantle. Melting of spinel Iherzolite beneath the Lau Basin back-arc spreading centres has the ability to fractionate Nb from Ta due to the greater compatibility of the latter in clinopyroxene. The identified spatial variation in plate velocities and separation of melt extraction zones, combined with extremely depleted lavas make Tonga an ideal setting in which to test models for arc melt generation and the role of back-arc magmatism. We present new data acquired by laser ablation-ICPMS of fused sample glasses produced without the use of a melt fluxing agent. The results show an arc trend towards strongly sub-chondritic Nb/Ta (

The effect of niobium and tantalum on physicochemical and catalytic properties of silver and platinum catalysts based on MCF mesoporous cellular foams

MCF, NbMCF and TaMCF Mesostructured Cellular Foams were used as supports for platinum and silver (1 wt%). Metallic and bimetallic catalysts were prepared by grafting of metal species on APTMS (3-aminopropyltrimethoxysilane) and MPTMS (2-mercaptopropyltrimethoxysilane) functionalized supports. Characterizations by X-ray diffraction (XRD), ultraviolet–visible (UV–Vis) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy, and in situ Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy allowed to monitor the oxidation state of metals and surface properties of the catalysts, in particular the formation of bimetallic phases and the strong metal–support interactions. It was evidenced that the functionalization agent (APTMS or MPTMS) influenced the metals dispersion, the type of bimetallic species and Nb/Ta interaction with Pt/Ag. Strong Nb–Ag interaction led to the reduction of niobium in the support and oxidation of silver. MPTMS interacted at first with Pt to form Pt–Ag ensembles highly active in CH3OH oxidation. The effect of Pt particle size and platinum–silver interaction on methanol oxidation was also considered. The nature of the functionalization agent strongly influenced the species formed on the surface during reaction with methanol and determined the catalytic activity and selectivity.

Relativistic effects in physics and chemistry of element 105. [Part] I.

A detailed study of the electronic structure and bonding of the pentahalides of group 5 elements V, Nb, Ta, and element 105, hahnium (and Pa) has been carried out using relativistic molecular cluster Dirac-Slater discrete-variational method. A number of calculations have been performed for different geometries and molecular bond distances. The character of the bonding has been analyzed using the Mulliken population analysis of the molecular orbitals. It is shown that hahnium is a typical group 5 element. In a great number of properties it continues trends in the group. Some peculiarities in the electronic structure of HaCl_5 result from relativistic effects.

Relativistic effects in physics and chemistry of element 105. [Part] II.

Relativistic self-consistent charge Dirac-Slater discrete variational method calculations have been done for the series of molecules MBr_5, where M = Nb, Ta, Pa, and element 105, Ha. The electronic structure data show that the trends within the group 5 pentabromides resemble those for the corresponding pentaclorides with the latter being more ionic. Estimation of the volatility of group 5 bromides has been done on the basis of the molecular orbital calculations. According to the results of the theoretical interpretation HaBr_5 seems to be more volatile than NbBr_5 and TaBr_5.

Relativistic effects in physics and chemistry of element 105. [Part] III.

Electronic structures of MOCl_3 and MOBr_3 molecules, where M = V, Nb, Ta, Pa, and element 105, hahnium, have been calculated using the relativistic Dirac-Slater discrete variational method. The character of bonding has been analyzed using the Mulliken population analysis of the molecular orbitals. It was shown that hahnium oxytrihalides have similar properties to oxytrihalides of Nb and Ta and that hahnium has the highest tendency to form double bond with oxygen. Some peculiarities in the electronic structure of HaOCl_3 and HaOBr_3 result from relativistic effects. Volatilities of the oxytrihalides in comparison with the corresponding pentahalides were considered using results of the present calculations. Higher ionic character and lower covalency as well as the presence of dipole moments in MOX_3 (X = Cl, Br) molecules compared to analogous MX_5 ones are the factors contributing to their lower volatilities.