白鎢礦中稀土元素擴散作用的理論研究及實驗模擬

《白鎢礦中稀土元素擴散作用的理論研究及實驗模擬》是依託中南大學，由張東亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：白鎢礦中稀土元素擴散作用的理論研究及實驗模擬
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張東亮
• 依託單位：中南大學

項目摘要

白鎢礦是熱液礦床中常見的一種含鈣礦物，通常能夠容納較高含量稀土元素，而且往往作為礦石礦物出現，故其稀土元素被廣泛套用於示蹤熱液礦床的物質來源、形成過程以及年代學研究。但在何種地質環境中白鎢礦內稀土元素的地球化學信息才能保持其原始記錄，目前尚不清楚。地質環境下礦物中的微量元素及其同位素能否保持有效封閉，主要取決於其在礦物晶格中的擴散作用，因此，查明各種稀土元素在白鎢礦中的擴散行為對於熱液礦床研究具有重要意義。. 關於礦物晶格中元素擴散作用的研究，目前主要有理論計算和實驗模擬兩類方法，本項目擬從這兩個不同方面對白鎢礦中稀土元素的擴散行為進行研究，以查明其擴散性質，了解其在不同地質環境下的封閉狀態，為判斷白鎢礦中稀土元素地球化學信息記錄的可靠性提供理論依據。該項目的開展，有望為礦物中元素的擴散動力學研究提供新的思路，提高對稀土元素擴散性質的認識，並可促進我國在該領域的研究水平。

結題摘要

本項目以白鎢礦為主要研究礦物，從理論上研究了其內部稀土元素(REEs)的擴散規律。在研究中通過計算獲得的稀土元素在白鎢礦中的擴散方程如下： DNd＝4.00 exp(-438 kJmol-1/RT) cm2/s, DSm＝1.85 exp(-427 kJmol-1/RT) cm2/s, DYb＝0.09 exp(-386 kJmol-1/RT) cm2/s 根據這些計算數據，我們對熱液礦床形成演化環境下Sm、Nd等稀土元素在白鎢礦中的保存能力進行了分析。結果顯示，在白鎢礦中Sm和Nd的擴散速率十分接近，因此在地質演化過程中二者在白鎢礦晶格中不會因為擴散散作用而發生分餾。 通過對比白鎢礦與螢石、方解石等礦物之間REE擴散行為的差異，系統總結了熱液礦床中REE地球化學研究常用含鈣礦物對Sm-Nd等的保存能力。結果表明相同條件下稀土元素信息在白鎢礦中被保存下來的可能性要遠遠大於方解石與螢石，此結論結合前人通過方解石Sm-Nd以及螢石Sm-Nd年齡結果成功獲取成礦時間的大量實例，可以反映出在實際研究中由白鎢礦獲得Sm-Nd 年齡結果的研究路線應該是可靠的。這些認識對於促進熱液礦床的Sm-Nd定年方法和測試對象的選擇具有重要意義。 對白鎢礦中稀土元素擴散研究結果進行擴展，獲得了錫石、獨居石等礦物中REEs的擴散參數。在此基礎上對這些礦物中Sm -Nd體系的封閉能力以及REEs組成特徵的保存時間等進行了深入探討，相關結果可為這些礦物中Sm-Nd同位素定年以及及藉助它們的REE地球化學信息示蹤熱液礦床的物質來源提供理論依據。 這些工作不僅查明了白鎢礦等礦物對各種稀土元素的封閉能力，同時將它們晶格中REE的擴散行為反映為直觀的數字，為熱液礦床稀土元素地球化學研究中定量判斷數據的封閉性以及結果的可靠性提供了理論基礎。