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我國三種新礦物獲得國際認證
日期:2019-11-27 11:16:00 文章点击数:  

    新矿物的发现数量、研究深度及分析技术水平展现了一个国家基础科技的软实力与硬实力,是国家综合实力的体现。近年来,我国加大了对新矿物研究的支持力度,我国新矿物事业迎来了难得的发展契机。今年上半年,自然资源部中国地质调查局就交出了一份漂亮的答卷:该局发现的钾绿钙闪石、灵宝矿、太平石3種礦物先後通過國際礦物學協會新礦物命名與分類專業委員會(IMA CNMNC)的嚴格審查,經投票正式認定爲新礦物。

  半年之內3種新礦物獲得IMA CNMNC認證,具有十分重要的理論意義與實踐意義。3種新礦物的發現豐富了國際礦物學寶庫的內容,增加了可用礦物資源種類,爲青年地質學者提供了成長空間,提高了我國礦物學基礎研究水平,促進了礦物學學科發展,提升了我國學者在國際礦物學領域的影響力。

  記者日前專訪了鉀綠鈣閃石主要發現人、中國地質調查局成都地質調查中心高級工程師任光明,靈寶礦主要發現人、中國地質科學院礦産資源研究所博士簡偉,太平石主要發現人、中國地質調查局天津地質調查中心工程師曲凱,不僅了解了新礦物發現過程中的動人故事,還領略到了青年地質學者的獨特風采。他們的勤奮、認真、堅守,是地質事業的希望所在。

  钾绿钙闪石:曲折的过程 美好的结局

  201943日,一个令任光明十分兴奋的日子。在这一天,他潜心研究了十余年的“宝贝” 终于有了“身份证”。经过国际矿物学协会新矿物及矿物分类、命名专业委员会的严格审查,21位國際新礦物評審專家全票通過,並由主席Ritsuro Miyawaki最終批准,由任光明爲主要發現人的鉀綠鈣閃石正式被認定爲新礦物。

  家庭是人类社会的细胞, 而矿物则是组成地球和外天体的细胞,发现新矿物就是发现人类尚未认知的天然无机物。谈起新矿物的认证与发现,任光明侃侃而谈:“IMA CNMNC規定,礦物種主要以其化學組成和結晶學性質爲基礎加以確定,如果發現一個礦物,其化學性質和/或結晶學性質與任何已存在的礦物種明顯不同,則存在著該礦物爲新種的可能性。新礦物的發現與研究不僅是對礦物學學科發展的重要貢獻,還可能對地球系統科學的發展尤其是礦産資源的開發及利用有著重要的理論意義和實際價值。”

  正是深知發現新礦物的重大意義,十余年來,任光明從未放棄過鉀綠鈣閃石研究。本世紀初,任光明從有關文獻中獲悉,內蒙古克什克騰旗大乃林溝出産位于火山機構中的“角閃石岩”,這種礦物雖然有被命名,但是一直未得到IMA CNMNC正式批准。從此,進一步驗證這種礦石的結構,獲得IMA CNMNC正式批准,成了任光明研究的一個重要組成部分。

  鉀綠鈣閃石的認證之路異常艱辛。回顧十余年來的經曆,任光明說:“新礦物的發現是有前提和條件的,那就是要有充分的心理准備,要有前瞻性和預判性。”在這種信念的支撐下,任光明一路披荊斬棘,最終獲得了成功。2010年~2015年期間,任光明分別對鉀綠鈣閃石單礦物進行了電子探針測試分析,確定了其化學式。爲了進一步研究鉀綠鈣閃石礦物的物理和礦物結構特征,以及與鉀鈣閃石的關系等,在中國地質大學(北京)對單礦物進行了莫氏硬度、掃描電鏡分析測定,同時開展了礦物X射線粉晶衍射分析。鉀綠鈣閃石的粒度約0.02毫米~0.25 毫米,絕大多數的鉀綠鈣閃石顆粒肉眼無法區別于鉀氯綠鈣閃石礦物種。由于鉀綠鈣閃石粒度微小,再加上常發育有聚片雙晶,鉀綠鈣閃石的晶體結構精測成了鉀綠鈣閃石新礦物研究的“攔路虎”。爲了清除這個“攔路虎”,任光明跑了很多路,走訪了很多人,最終在中國地質大學晶體結構研究室李國武教授(亦是鉀綠鈣閃石發現者之一)的幫助下,終于圓滿完成了鉀綠鈣閃石的晶體結構精測,新礦石的認證之路取得了實質性進展。

  2016~2017年,任光明在雲南珠寶科學研究院對礦物進行了折光率測試,但因礦物顆粒太小,測試結果不理想。面對這樣的結果,任光明並沒有放棄,而是奔赴中南大學,在該校粉末冶金國家重點實驗室對單礦物進行了穆斯堡爾分析,刻畫了其微觀結構特征,並將其與已知角閃石類礦物比對,最後確定了該礦物爲角閃石族的一種新成員礦物。此時,一切准備工作就緒,新礦物認證之路正式開始。收集數據、整理材料、編寫新礦物申報書……幾經周折,最終21位國際新礦物評審專家全票通過,201943日鉀綠鈣閃石正式通過認證。

  迄今,人類認知並得到國際礦物協會新礦物、命名及分類委員會認可的角閃石礦物種數量已超過100個。但遺憾的是,在這些角閃石超族礦物種成員中,以前未有我國學者的建樹。鉀綠鈣閃石的發現,代表著我國在角閃石超族礦物種成員的首次突破,翻開了曆史新篇章。任光明說:“目前,還有過百種角閃石族成員的命名雖獲得了IMA CNMNC的認可,但尚未取得IMA CNMNC的批准。換言之,至少還有上百種已命名但並未被IMA CNMNC批准的角閃石族礦物,是有待人們發現和研究的潛在新礦物,這也是我們今後努力的方向。”

  機遇與挑戰並存。角閃石留給了我們一個巨大的未知世界,鉀綠鈣閃石的發現只是開始,而非結束,相信在一批又一批地質人的堅守與努力下,我們離下次新礦物的發現並不遙遠。

  灵宝矿:微小的细节 巨大的惊喜

  2019523日,對很多人而言,都是一個極爲普通的日子。但是對簡偉而言,卻有著不同尋常的意義。經過國際礦物學協會新礦物及礦物命名委員會兩輪的嚴格審查、投票,簡偉發現並命名的新礦物——靈寶礦最終獲得認可。

  偶然的經曆,不懈的鑽研,往往成就的是一段傳奇。2012年,中國地質科學院資源所項目團隊在靈寶市行政區內的小秦嶺金礦石樣品的黃鐵礦中無意間發現了一批金黃色的微米級礦物包裹體,這些礦物包裹體在顯微鏡下的反射色爲金黃色,與自然金極爲類似,最初也被認爲是自然金或銀金礦。但偶然的一次電子探針分析發現:靈寶礦並不含金,是一種銀碲化合物!這一個微小的細節卻讓簡偉和他的夥伴們異常興奮,最終也爲他們帶來了巨大的驚喜。

  在礦物世界中,差之毫厘極可能是天壤之別,一個細微的差別帶來的可能是天翻地覆的變化,也可能是一種新礦物的問世!爲了進一步驗證他們的發現,簡偉與夥伴們立刻行動,通過電子探針對幾十個靈寶礦顆粒進行了系統檢測,證實了其具有全新且穩定的化學組成:三碲化銀(AgTe3),其碲含量遠高于其他三種已知銀碲化合物。此外,其顯著的金黃色反射色也明顯區別于其他銀碲化合物。這一重磅消息終于爲靈寶礦驗明正身,也預示著一種新礦物即將誕生。

  爲靈寶礦進行認證的靈感來自簡偉的校友——克勞斯塔爾工業大學的Alexandre Raphael Cabral博士。彼時,Alexandre Raphael Cabral博士剛剛成功申請了新礦物Kitagohaite ,並公布了研究過程。這給了簡偉以及他的夥伴巨大的信心,讓他們毅然踏上了靈寶礦的認證之路。從2014年到2018年,通過開展掃描電鏡分析,初步確定靈寶礦是單一的化合物而非多種礦物的亞顯微共生,通過對透射電鏡薄片樣品分析,成功獲得靈寶礦的透射電子顯微鏡選區電子衍射數據(SAED),再通過完成電子背散射衍射(EBSD)分析,從而進一步證實靈寶礦的晶體結構等步驟,靈寶礦的樣品輾轉于中國、德國等十幾個實驗室,被一次次拍攝、查看、計算、檢驗,終于在2018年與2019年交接的時刻,國際礦物學協會新礦物及礦物分類、命名專業委員會接收了靈寶礦作爲新礦物的申請材料,最終于2019523日靈寶礦正式成爲全球最新礦物!

  靈寶礦的發現不僅僅是爲我國新增加了一個礦物,對小秦嶺地區地質工作的開展也具有十分重要的意義。簡偉表示:“靈寶礦發現于小秦嶺含金石英脈的富金地段,此處礦石中還發現大量的自然金-含铋鉛碲化物的礦物組合,其形成晚于靈寶礦及與其共生的含金碲化物(針碲金銀礦),這說明含靈寶礦的礦石樣品本身就是金礦石,且富金石英脈,是多次含金流體活動疊加成礦的結果。同時,靈寶礦及與其共生的針碲金銀礦、六方碲銀礦、黃銅礦、斑銅礦代表了一次單獨的金成礦階段(或期次),這些礦物組合反映成礦流體有較高的硫逸度和碲逸度,具有岩漿-熱液流體的特征,暗示小秦嶺金礦田下部可能存在與金礦化成因上有關的岩體,從而進一步說明小秦嶺金礦田深部可能還存在較大的成礦潛力。”

  談及靈寶礦的發現,簡偉顯得很謙虛:“靈寶礦的發現,這份榮譽不僅僅屬于我個人,更屬于我們整個團隊。自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室先後承擔了國家‘973’計劃、支撐計劃、國際合作項目、國家基礎性研究項目、自然科學基金重點和面上項目以及省部級項目等科研項目的工作,是國內目前惟一一個以礦産資源形成過程、分布規律和勘查評價技術爲研究方向的實驗室,依托于中國地質科學院礦産資源研究所和中國地質調查局,我們將成礦-找礦理論研究與勘查評價有機地結合在一起,從而使研究成果能迅速地在實踐應用中得到檢驗和提高。”

  太平石:初心的坚守 奇迹的创造

  201966日,對曲凱和自然資源部中國地質調查局天津地質調查中心研究團隊來說,是一個值得銘記的日子。由該團隊發現並申報的新礦物(太平石),經國際礦物學協會(IMA)新礦物命名及分類委員會(CNMNC)投票通過並正式獲得批准。“太平石”的發現,增加了自然界新礦物,乃首次在國內發現“羟矽铈礦”、“氟镧礦”,豐富了我國稀土礦物種類,補全了兩種礦物的國際譜學數據空白。

  新礦物的發現屬于礦物學領域重要的基礎性研究工作,素有“礦物學奧林匹克”之稱,是一個國家礦物學研究水平的重要標志之一,可爲人們認知與利用自然界中新物質提供科學依據。作爲“太平石”的主要發現者,曲凱本身有著深厚的礦物研究功底,主要從事關鍵礦産調查與成因礦物學研究,主持國家自然科學基金青年基金項目“國內首次發現的矽稀土石、氟镧礦礦物學特征及其成因研究”,中國地質調查局地質礦産調查項目“河南省官坡-軍馬河地區放射性及三稀元素礦産遠景調查”、“准噶爾盆地南緣砂岩型鈾礦蝕變作用與鈾源調查”等。據曲凱介紹,太平石發現于河南省西峽縣太平鎮稀土礦2號礦脈中,顔色爲淺紅至紅棕色,單偏光下爲灰白色。該礦物與铈褐簾石、羟矽铈礦、氟镧礦、螢石、方解石等礦物緊密共生,礦物粒度一般爲100微米×200微米。在矽铈石族礦物裏,太平石是第四個被發現的自然礦物,其它三個礦物分別爲矽铈石、矽镧石和鋁矽铈石。目前,太平石全型標本已存放于中國地質博物館。

  “滴水不成海,獨木難成林。”談到太平石的發現,曲凱說:“太平石的發現,是我們整個團隊共同的智慧結晶,是我們整個團隊共同努力的結果。繼在國內首次發現氟镧礦、羟矽铈礦並填補國際譜學數據空白後,太平石是我們團隊的又一重要創新性研究成果。罕見富氟稀土矽酸鹽礦物以及稀土氟化物的發現,不僅豐富了我國稀土礦物種類與研究資料,對深入研究稀土礦的礦床成因和提升礦床經濟價值具有重要意義,同時也會爲人工合成稀土納米材料技術提供新的參考。”

  “太平石”的發現,既來源于曲凱對地質事業的無限熱愛和對地質科研工作的不懈追求,也來自豫西成礦帶地質礦産調查團隊對地質事業的堅持與堅守。自2011年成立以來,中國地質調查局天津地質調查中心豫西成礦帶地質礦産調查團隊,充分發揮地方地質隊伍的技術優勢和區位優勢,牽手河南省地質調查院、河南省核工業地質局、河南省地質礦産勘查開發局第一地質礦産調查院等六家地勘單位共同工作。該團隊大力弘揚“三光榮”精神,把汗水和智慧潑灑在深山老林裏,把科技創新融彙在祖國的大地上,從基礎地質資料收集與整理研究入手,系統收集並綜合整理了以往豫西地區地質、物探、科研和礦産成果資料,總結了區域貴金屬、有色金屬、鈾礦等關鍵礦産成礦地質背景,對各類型典型礦床成礦特征、成礦時代、成礦規律、成礦模式等進行了總結,爲太平石的發現打下了堅實的基礎。

  “太平石”的發現,只是該團隊投身地質事業、忘我工作的一個縮影、一個成果,他們的足迹更遠,他們的夢想更遠。爲適應國家對清潔高效和能源的需求,該團隊積極開展鈾礦找礦選區研究,在北秦嶺灰池子岩體外圍圈定鈾找礦遠景區16個、鈾異常區6个,创新性地总结了“红、黑、粗、高” 的找矿标志,大大提高了找矿效率,实现了河南省铀矿找矿方面的新突破;为适应国家新时期信息化和智能化等高科技新产业发展对关键矿产资源的新需求,团队把三稀元素矿产作为豫西地区找矿的新领域,圈定了三稀元素矿产找矿远景区6處,並通過與國外合作,對含礦偉晶岩進行了精細測年,梳理了北秦嶺晚古生代構造-岩漿-三稀元素成礦事件,揭示出該區關鍵礦産巨大的找礦潛力,爲該區下一步找礦工作部署提供了堅實依據;爲改變豫西老區經濟落後的局面,使老區人民盡快脫貧致富,開展金、銀、鐵、銅、鎳、鉛、鋅、钼等礦産資源調查選區研究,圈定了一大批找礦遠景區,爲豫西老區經濟發展提供了資源支撐。

  每一種礦石背後都是一段曆史的濃縮,每一種礦石背後都有一段感人的故事,每一種礦石背後都有著地質人的堅守與付出。黨的十八大以來,國家將地質科技創新擺在更加重要位置,國家對探索性、創新性、原創性強的項目支持不斷加大,這對基礎地質研究人員而言,是一個好消息。我們相信,有了國家政策與資金的大力支持,有了一代代地質人的堅持與堅守,我國新礦物事業將會帶給我們越來越多的驚喜!

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