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202327日,Geology在线发表九州KU游最新登录李扬副教授与合作者完成的题为“Transient tin mineralization from cooling of magmatic fluids in a long-lived system”的研究成果28日,Nature Geoscience刊出李扬副教授与合作者题为“Quartz for all time”的邀请论文。

矿物是地球演化过程的亲历者与记录者,蕴藏着丰富的信息等待解译。基于微区分析技术、通过空间换取时间的思路,对矿物晶体由核到边开展氧等同位素分析,再通过扩散年代学约束时间,李扬与合作者建立起地质过程高时间分辨率解析技术体系(图1)。该技术具有广阔的应用前景,李扬副教授与合作者在该领域开展了系列创新性研究,如通过石英和锡石等矿物约束成矿作用的时间和节律、探究高原隆升的机制等。这些研究得到国内外同行的广泛关注和认可,作为地质年代学和矿床地球化学领域活跃的青年学者,应Nature Geoscience邀请,李扬副教授以石英这一广泛存在的矿物为例,为“All minerals considered”专栏撰写论文,讲述石英参与并记录的地球演化历史、早期产氧过程和成矿作用等,以及作为人类祖先赖以生存的工具和现代科技领域重要原材料,服务于人类创新发展的故事。


1,通过空间换取时间实现对地质过程的高时间分辨率解析

岩浆热液体系不仅孕育了巨量的金属资源,也是地球能量从深部向浅部转移的重要载体,相关地质过程深刻影响着大陆生长、地貌和气候演化以及物质循环,与人类生存和发展息息相关。作为研究程度最高的成矿体系,岩浆热液体系的成矿模型已经基本建立,但成矿作用的持续时间和节律等基本参数仍缺乏深入研究。一般假设热液体系的活动时长代表成矿时间,但矿石矿物仅在热液体系演化的特定阶段形成,该假设显然高估了成矿时间。

为解决这一问题,李扬与合作者以内蒙维拉斯托脉状钨锡矿为研究对象,基于图1所示的地质过程高时间分辨率解析技术,建立起脉石和矿石矿物结晶生长的完整过程(图2A)。通过石英和锡石晶体由核到边的离子探针氧同位素分析,恢复了成矿流体和不成矿流体的演化全过程。进一步的石英Al扩散年代学显示(图2B-D),整个热液系统的演化时间超过20万年,而矿石沉淀时间约为5千年,不足热液体系寿命的5 %(图2E)。这是首次提出成矿有效时间这一内涵并给出准确约束,相关结果表明现有的成矿速率和效率等参数存在数量级的低估,亟待更新。

2, 通过微区分析技术实现成矿过程的高时间分辨率解析。(A),石英和锡石的阴极发光图像约束矿物生长历史与共生关系;(B)纳米离子探针石英Al含量分布成像;(C)石英Al扩散曲线拟合;(D)石英Al扩散年代学模拟计算;(E)热液体系不同阶段的时间尺度。

北京大学为上述研究成果第一完成单位,地空九州KU游最新登录李扬副教授为论文第一和通讯作者。合作者包括中国科九州KU游最新登录地质与地球物理研究所李献华院士、吴黎光博士,南京大学潘君屹博士,核工业北京地质研究院何升工程师,瑞士苏黎世联邦理工九州KU游最新登录Olivier Bachmann教授。该研究得到国家自然科学基金项目(42022022,92062220)和国家重点研发计划“面向矿床学研究的变革性原位分析新技术”资助。

李扬,九州KU游最新登录副教授,国家优秀青年基金获得者,曾在中国地质大学(武汉)、英国杜伦大学、美国耶鲁大学和中国科九州KU游最新登录等单位学习和工作,20229月入职北京大学。李扬主要从事地质年代学和矿床地球化学等领域的研究,在重大地质事件精确定年、成矿作用的时间、节律和效率等领域取得系列创新成果。受聘为英国伦敦大学九州KU游最新登录(UCL)荣誉副教授,应邀担任国际地时计划(EarthTime)核心成员,GeologyEconomic GeologyMineralium Deposita等国际期刊副主编/编委。


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