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科学家研究揭示出含锌粘土矿物前世今生

          粘土矿物是在一定的地质环境和气候条件下形成的,广泛分布于地表,其形成和转化与气候、特别是温度和湿度有十分密切的关系。粘土矿物对于大气颗粒物研究、星际探索也有重要意义。例如,对于火星黏土矿物的形成机制,火星黏土矿物的形成机制的研究尚众说纷纭,其黏土矿物的形成机制的证据十分欠缺;目前提出的可能的机制包括地表风化、地下水热蚀变、岩浆沉积和成岩作用,但存在争论。火星黏土矿物研究对火星古气候和火星水资源具有重要指示意义。一方面,黏土矿物对环境变化非常敏感,比如,在高温高湿环境中有更多的高岭石存在。因此黏土矿物可以被用于解释地层的古气候变化特征。另一方面,黏土矿物是一类含水硅酸盐矿物,它需要含水的环境下形成。火星黏土矿物研究有利于未来开发火星上的水资源;探究火星黏土矿物研究还对寻找火星生命痕迹具有重大意义,能促进对生命起源科学的研究和认识。
        表生非硫化物赋存于碎屑硅质岩-碳酸盐岩中,在成矿过程中,碎屑岩中铝硅酸盐的溶解会导致各种粘土矿物的形成,这些矿物中可能会富集锌和铜等有价金属。一般情况下,天然锌粘土多形成于微酸性到中性的环境中,但许多实验研究表明,它们可以在不同的pH和温度条件(pH=6-12,T=20-200℃)下合成,且由于锌粘土在结构矿石成分中具有不同的赋存状态和不同的元素来源,锌粘土的形成机制有不同的范式。因此,准确识别矿床中含锌粘土矿物是了解和推测形成区和来源区的风化作用类型和气候环境特点的关键。
         近期,伦敦自然历史博物馆地球科学部、哈恩大学地质和工程系与意大利那不勒斯国家地球物理和火山学研究所等机构的研究人员利用XRD和TEM/HRTEM/STEM-HAADF相结合的分析方法,辅以扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析,报道了Kihabe和Nxuu地区的锌粘土矿物的化学和微观结构特征以及锌粘土的成因,并将该工作以“Zn-clays in the Kihabe and Nxuu prospects (Aha Hills, Botswana): A XRD and TEM study”为题发表在
American Mineralogist上。
        非硫化物矿石是通过硫化物矿床表生蚀变而形成的氧化锌含量大于氧化铅的矿物体系,或者当热液氧化成变质流体时,叠加至原有的锌矿石上,从而形成该矿石。对博茨瓦纳的Kihabe和Nxuu非硫化物前景调查中发现,锌粘土矿物已被记录为基金属硫化物矿石的远端蚀变晕。因此,为了阐明Kihabe和Nxuu矿区粘土矿物的性质,讨论其生长的过程,提高这种粘土矿物组合的认识对研究人员至关重要。该研究对粘土的矿物学、结构和共生性进行了综合分析,并用能量色散X射线显微镜(AEM-EDX)和成分图分析了粘土的纳米级化学组成。研究人员在样品中识别出四种不同的矿物相:钒-钙质相(贫锌粘土)、低锌粘土相(主要为低锌粘土)、锌粘土相(含适量的锌粘土矿物)和硫化物相(不含锌粘土)。利用透射电子显微镜进行的微纳共生研究表明,其生长过程中主要作用步骤有:(1)碎屑云母的蚀变和长石碎屑的溶解,导致高岭石和贝得石的形成;(2)混合大气-热液流体溶蚀闪锌矿或硅锌矿所产生的锌离子输入至贫瘠粘土,形成锌铝蛇纹石/蒙皂石和含锌云母;(3)地区的干旱气候促使低四面体电荷锌蒙脱石的形成,它会在孔隙中形成或者作为表层过盐化条件下钾长石的替代物。该地区粘土形成经过了多个阶段,最终以生成含锌的层状硅酸盐组合而告终。这项研究为博茨瓦纳西北部山带的Zn-Pb-V矿床的成因提供了新的线索,可与类似矿床进行比较。在粘土矿物学方面,于Kihabe和Nxuu矿区发现的类硫铁矿与实验室条件下获得的人造锌矿之间的化学计量相似性为未来关于蒙脱石中锌的富集性的研究提供了宝贵的线索。
         深入了解粘土的矿物学和化学足迹及其分布对于粘土的加工和冶金流程与其在矿体中寻找潜在的其他有价值的原料来源具有关键作用。随着科学技术的全面发展和开采工具的不断提升,矿床的成因分析越来越重要。矿床分析的目标不仅仅局限于单一矿种和单个矿床的种类,更重要的是寻找该区存在的矿床组合,提高对矿床的整体性、综合性的战略眼光,还可以将研究的理论知识运用到其他矿产的开发和勘探中,这具有重要的实际经济意义。

(XL Chen编报. ZZ Wang初审, CL Liu二审, JY He终审)

 
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