國際地質(zhì)新動態(tài)

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徐慧,編譯.朱建東,校.

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新型超硬碳

碳元素的豐度值在宇宙中排名第四，并且以多種形式存在，稱為碳的同素異形體。碳的同素異形體包括金剛石和石墨。最近，由卡內(nèi)基地球物理學(xué)實驗室的科學(xué)家們所組成的一支科研團隊發(fā)現(xiàn)一種新型的超硬碳，這種碳能夠承受極大的壓應(yīng)力，這種壓力以前只有金剛石能夠承受。這個突破性的發(fā)現(xiàn)將刊登在《物理評論通訊》上。

該團隊由斯坦福大學(xué)的溫迪教授(Wendy L. Mao)和她的研究生于林(Yu Lin)所率領(lǐng)。該實驗用一種叫做玻璃碳的物質(zhì)來作實驗原料，該物質(zhì)于上世紀(jì)50年代初首次合成成功，且綜合了玻璃和陶器的優(yōu)良特性與石墨的優(yōu)點。該團隊通過給玻璃碳施加超過400 000倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，從而“制造出”這種新的碳同素異形體。

據(jù)測定，這種新型碳的某一個方向能夠承受130萬倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，而其它方向則能夠承受60萬倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。除了金剛石以外，目前還沒有發(fā)現(xiàn)其它物質(zhì)能承受如此強度的壓應(yīng)力，這表明這種新的碳同素異形體具備超乎想象的硬度值。

然而，與金剛石和其它的晶體碳所不同的是，這種新型碳的結(jié)構(gòu)并不是重復(fù)的原子單位。它是一種非晶體物質(zhì)，因而它的結(jié)構(gòu)不具備晶體的晶格特征。如果這種非晶體超硬碳同素異形體的硬度是各向同性的，那么與金剛石相比它就具有一個潛在優(yōu)點，即在各個方向上該物質(zhì)的硬度都一樣大。相比較而言，金剛石的硬度在很大程度上是由晶體定位的方向決定的。

卡內(nèi)基地球物理學(xué)實驗室的主任拉塞爾·赫姆利(Russell Hemley)認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)使得包括開發(fā)超硬鐵砧以用于高壓研究在內(nèi)的潛在應(yīng)用成為可能，并且有利于開發(fā)出新一代的超密超強材料。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國維吉尼亞州、北—南卡羅萊納州、佐治亞州

板巖帶型金礦

美國東南部地區(qū)是全美重要的產(chǎn)金區(qū)，橫貫于維吉尼亞州、北卡羅萊納州、南卡羅萊納州及佐治亞州的卡羅萊納板巖帶內(nèi)分布有眾多大型金礦山。據(jù)調(diào)查，該地區(qū)仍有巨大的找礦潛力，其礦種包括金、銀、銅、鉛、鋅、鉬和錫。南卡羅萊納州內(nèi)金礦山的產(chǎn)金量居于全美第六位，該地區(qū)一直為全球礦業(yè)界所密切關(guān)注。

針對卡羅萊納板巖帶所具有的潛在科研價值和經(jīng)濟價值，美國地調(diào)局開展了一項綜合找礦計劃，旨在對該地區(qū)開展一系列多學(xué)科、多州府合作的長期綜合研究。由于地質(zhì)資料數(shù)據(jù)更新及獲取速度的大幅提高，同時由于板巖帶金礦成礦機制上存在著爭議，這一切都將卡羅萊納地區(qū)的金礦找礦工作推向了最具前沿的研究領(lǐng)域。確定板巖帶型金礦的成因機制是很重要的，這對于指導(dǎo)進(jìn)一步找礦和提高阿巴拉契亞山脈南部金礦潛力評價的精確度，都具有不可估量的重大意義。

美國地調(diào)局卡羅萊納板巖帶綜合找礦計劃包括以下幾項任務(wù)：

(1) 通過區(qū)域、礦區(qū)及礦床尺度范圍的地質(zhì)填圖等方法手段，查明含礦巖石在構(gòu)造作用發(fā)生前后的含礦性變化特征；通過重點成礦區(qū)域大比例尺地質(zhì)填圖等工作，查明并詳細(xì)劃分礦體賦存層位，同時對佐治亞州和阿拉巴馬州金礦重點成礦帶開展地質(zhì)填圖工作。

(2) 通過地質(zhì)綜合研究、地球化學(xué)研究以及成礦流體演化等方面的研究，判定成礦環(huán)境的物理化學(xué)條件，查明金以及其他成礦元素在含礦巖石中的富集成因，查明成礦元素活化、遷移、沉淀的物理化學(xué)條件，并確定成礦流體的類型。

(3) 通過氬—氬巖石礦物定年、鋯石鈾—釷—鉛同位素測定等放射性同位素研究，確定成礦年代先后順序；通過地球化學(xué)研究等手段，查明主成礦元素及微量元素在含礦巖石中品位的變異特征，據(jù)此推測金的富集成因機制及富集過程。

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徐慧,編譯.朱建東,校.

地球深部金屬物質(zhì)特性新發(fā)現(xiàn)

地球深部極端的高溫高壓使得金屬物質(zhì)內(nèi)部原子之間的距離被異常壓縮，導(dǎo)致這些金屬物質(zhì)表現(xiàn)出異常的特性。最新的實驗數(shù)據(jù)以及超級計算機計算模擬的結(jié)果表明，氧化亞鐵(FeO)在下地幔的豐度值為第二位，同時也是鐵方鎂石的主要組成礦物，氧化亞鐵在如此超高溫超高壓環(huán)境中經(jīng)歷了一段奇特而又鮮為人知的轉(zhuǎn)變過程。這個最新發(fā)現(xiàn)將會改變?nèi)祟悓τ诘厍騼?nèi)部動力學(xué)以及地磁場形成機制的認(rèn)識。

鐵方鎂石的組成成分中含有鎂和鐵的氧化物?？茖W(xué)家在實驗室中成功地模擬出地幔與地核交界面的極端物理條件，即140萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、4 000 ℉，并在此條件下研究鐵氧化物的導(dǎo)電率。同時科學(xué)家們采用了一種新的基于基礎(chǔ)物理學(xué)的計算方式，對電子間的多體相互作用進(jìn)行綜合建模。理論與實驗結(jié)果均預(yù)測出氧化亞鐵中將產(chǎn)生的一種新的金屬化現(xiàn)象。

與以往的認(rèn)識所不同，科學(xué)家們通過實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力、溫度到達(dá)69萬個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、3 000 ℉時，常溫常壓下是絕緣體的氧化亞鐵，竟然轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N超級導(dǎo)體，而其礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)造并未發(fā)生改變！而先前人們普遍認(rèn)為，氧化亞鐵在發(fā)生金屬化的同時，其礦物晶格結(jié)構(gòu)必將發(fā)生改變。研究結(jié)果表明，氧化亞鐵既可以是一種絕緣體也可以是一種金屬導(dǎo)體，這取決于其所在環(huán)境的溫度和壓力。

科研團隊中的科恩(Cohen)教授認(rèn)為，氧化亞鐵在下地幔的溫壓條件中是極好的導(dǎo)體，而其自身的結(jié)構(gòu)可以維持不變。氧化亞鐵的金屬化的相態(tài)將提高電場與磁場之間的相互作用，而地球外地核熔融金屬層的運動是地磁場產(chǎn)生的“引擎”。因此，人們對于地磁場從地球深部傳播到地球表面機制的認(rèn)識，將隨著本次實驗的結(jié)果而發(fā)生轉(zhuǎn)變。

科恩教授強調(diào)，一種礦物的性質(zhì)發(fā)生巨大的改變，主要取決于其物質(zhì)成分以及礦物在地球中所處的位置。

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美國銀礦公司加利納銀礦

美國銀礦公司(U.S. Silver Corporation)所擁有的加利納礦山(The Galena Mine)為銀—鉛—銅多金屬礦床，位于蒙大拿州西部的艾林地區(qū)。其礦體主要賦存于一套中元古代變沉積巖的巨厚層變質(zhì)巖帶中，巖石年齡約14.0億～14.7億年。該變質(zhì)巖帶主要分布于美國蒙大拿州、愛荷達(dá)州西部以及加拿大卑斯省南東部；在美國華盛頓州、懷俄明州以及加拿大艾伯達(dá)省也有零星出露。據(jù)悉，這套變質(zhì)巖在艾林地區(qū)的厚度約為21 000英尺(約6 400 m)。

這套變質(zhì)巖的原巖主要為沉積碎屑巖及富含疊層石的白云巖等。沉積碎屑巖的成分主要為硅質(zhì)巖、硅質(zhì)碎屑巖及硅質(zhì)粘土巖等，往往呈互層狀，顏色為白色、灰色、紫色、黑色不等。

該變質(zhì)巖帶在蒙大拿州的大部分地區(qū)變質(zhì)程度均不強，然而在該州西部的艾林地區(qū)由于區(qū)域變質(zhì)作用的增強，巖石的變質(zhì)程度異常強烈，局部可達(dá)綠片巖相。礦床圍巖中的黑云母和石榴子石等變質(zhì)礦物并不常見，但巖石中的高嶺土均已變?yōu)榧?xì)小鱗片狀絹云母。艾林地區(qū)出露的幾處白堊系花崗質(zhì)由于其侵入作用，使得周邊局部圍巖發(fā)生熱變質(zhì)作用，然而礦床范圍內(nèi)的熱變質(zhì)作用并不顯著。

從構(gòu)造角度來看，艾林地區(qū)恰好位于一條區(qū)域性斷裂破碎帶中，毫無疑問，該礦床的形成與該斷裂帶中成礦物質(zhì)的運移和沉淀密切相關(guān)。

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佛圖納銀礦公司加緊墨西哥銀礦勘查工作

據(jù)報道，總部設(shè)在秘魯首都利馬市的佛圖納銀礦公司(Fortuna Silver)目前加緊了其在墨西哥的銀礦資源勘查工作，以期抵擋其股票市值在紐約證券交易所(New York Stock Exchange)近9%的大跌。

佛圖納銀礦公司在墨西哥擁有圣·何塞銀—金礦，為了擴大礦床資源儲量，該公司最近在礦區(qū)北部展開大規(guī)模的勘查工作。據(jù)悉，該公司預(yù)計今年將投入3 500 000美元用于礦床的勘查工作，其中包括12 000 m的鉆探工作量。

佛圖納銀礦公司期望通過圣·何塞銀—金礦和秘魯?shù)膭P羅姆(Caylloma)多金屬礦床的礦區(qū)外圍勘查工作，新增12 000 000盎司銀金屬量(1 kg≈35.27盎司)，目前銀金屬的開采生產(chǎn)成本為5.01美元/盎司。

同時，圣·何塞銀—金礦將擴大其礦石選冶加工能力，預(yù)計明年夏季其礦石處理能力將達(dá)到3 000 t/d。

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秘魯稀土資源勘查獲重大突破

稀土元素目前已廣泛地應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，是一種極為重要的金屬元素。

秘魯能源與礦產(chǎn)部門日前宣布，秘魯境內(nèi)新發(fā)現(xiàn)一處大型稀土元素及多金屬礦床，該礦床目前為南美地區(qū)最大的稀土礦。

據(jù)最新的地質(zhì)勘查報告顯示，該礦床沿走向延伸約10 km，富含有巨量輕、重稀土元素，如鑭、釹、鈧、鐿、鈰、銪以及這些元素的氧化物等。特別注意的是，該礦床的放射性元素的含量卻是異常的低。

該礦床位于秘魯南部城市庫斯科(Cusco)北西方向123 km處，同時也富含銅、鋅、鈷、鋁、鐵等常規(guī)金屬。

秘魯有關(guān)部門認(rèn)為，此次稀土資源的重大發(fā)現(xiàn)，表明在中國之外仍有大量的稀土資源存在，這將大大提升秘魯發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)的能力。

該礦床最新一輪的勘查工作為期兩年，主要由美國里奧·蘇爾(RioSol)礦業(yè)公司完成，公司總部設(shè)在美國俄勒岡州波特蘭市。據(jù)悉，該公司原先在工作區(qū)范圍內(nèi)從事的是常規(guī)金屬的地質(zhì)勘查工作，通過實驗測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)稀土元素的含量比背景值高出很多，從而轉(zhuǎn)向稀土礦床的勘查，最終發(fā)現(xiàn)了該特大型稀土礦。

關(guān)于該稀土礦床的勘查進(jìn)展及初步估算的資源量，該公司將在2015年5月的第九屆國際探礦者年會(The 9th International Congress of Prospectors and Explorers)上正式發(fā)布。