分散元素及其研究历史概况

2025-03-12 08:19:33

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回答1：

分散元素（dispersed elements，俄文是рассеянные злемeнты），一般是指在地壳中丰度很低（多为10^-9级），在岩石中极为分散的元素。多数分散元素在自然界形成矿物的几率很低，而且产地稀少。分散元素包括Ga、Ge、Se、Cd、In、Te、Re、Tl 8个元素。

自19世纪初以来，人们先后发现了某些分散元素，当时对它们的用途和自然界产出情况几乎一无所知，主要原因是当时工业落后和它们在自然界物质组成（如岩石）中的含量非常低，无法将它们提取出来（В.В.Иванов，1966）。В.И.维尔纳茨基（Вернадский.В.И.）于1909～1911年间对分散元素进行了开拓性的地球化学研究工作，成为分散元素地球化学研究的奠基人。第二次世界大战前期，由于新技术革命，某些分散元素得到了一定的应用，需要寻找分散元素矿产资源，当时地学科学家把研究的重点放在某些分散元素的地球化学特征和寻找有经济价值的资源产地上。

分散元素的研究经历了如下四个阶段：

第一阶段：19世纪末至1912年，只有少数科学家（如Wleügel，S.，1879；Vogel，O.，1894；Rimatori，C.，1905；Urbain，C.1909）开始研究分散元素。这一阶段的研究工作主要围绕铟、锗、镉、铊、镓等元素进行，研究对象是闪锌矿中的某些分散元素。这一时期B.И.维尔纳茨基（1910）的贡献最大，他第一个利用光谱方法分析了大量闪锌矿样品，获取了第一手资料，并对铟、铊、锗、镉等元素的分布特征进行了高度概括和总结，他于1922年将分散元素概念引入到地球化学领域，并指出分散元素的赋存状态是下一步研究的重点。

第二阶段：第一阶段之后，间断了约20年之久，于20世纪30年代又开始了新一轮分散元素地球化学研究。这一阶段中，前苏联和西方的科学家采用光谱方法分析研究了各类矿物、不同矿床的矿石和尾矿中的分散元素（Goldschmidt，V.M.，1954；Graton，L.C.，1935；Papish，J.，1929；Ottemann，J，1940；Romeyn，H.，1933；Stoiber，R.E.，1940；Warren，H.1945；Абрамов，Ф.И.，1939；Боровик，С.А，1938，1939，1941；Гольдшмидт，В.М，1939；Сауков，А.А.，1934；Щербина，В.В，1940，1949），应该指出的是，在这个阶段，著名的地球化学家В.И.维尔纳茨基、B.M.戈尔德施密特、A.E.费尔斯曼和A.A.萨乌科夫等利用光谱手段揭示了分散元素的一些载体矿物和分散元素赋存的主要金属矿床，发现了分散元素的某些区域分布规律，提出了包括分散元素在内的稀有元素地球化学省的概念，这一阶段持续了约20年。

第三阶段：始于第二次世界大战之后，主要是20世纪50年代和60年代，由于高灵敏度定量分析方法，提高了分散元素测试数据的准确性，人们开展了在不同成岩作用中分散元素地球化学行为的研究，并开始了分散元素运移的物理化学条件的研究。在第三阶段，Shaw，D.M.（1952）在地球化学和宇宙地球化学杂志上发表了铟铊的地球化学文章，并于1957年出版的《地球的物理和化学》专著中较全面阐述了铟、铊、镓等元素在岩浆作用和沉积作用过程中迁移富集规律。Воскресенская，Н.Т.（1956，1961，1962）发表了一系列文章，专门讨论花岗岩类及其某些矿床类型中铊的地球化学特征。Герасимовский，В.И.（1959，1962）专门研究了科拉半岛碱性岩中铊、镓及其他元素的地球化学特征。Anderson，J.S.（1953）研究了澳大利亚某些矿物中铟的地球化学特征，Bilefield，L.（1961）和Mookherjee，A.（1962）研究了不同类型岩石和矿物中镉元素的分布特征，Onishi，H.（1956）和Жукова，А.С.（1959，1960，1964）等人研究了矿物岩石中锗的分布特征。在这一阶段，苏联科学院稀有元素矿物、地球化学研究所在分散元素研究方面做了很多工作，如分散元素矿物学、原料基地及其经济价值方面，这对当时的经济发展起了较大作用，也为以后的研究工作打下了基础，但是他们的研究工作所涉及的分散元素数目过少，所揭示的成矿规律具有片面性。Виноградов，А.П.（1944，1956，1959，1962）从事了大量元素（包括分散元素）地球化学的研究工作，他计算出了各类岩浆岩中元素（包括分散元素）平均含量，在元素地球化学理论研究方面做出了杰出贡献。之后，Коржинский Д.С.，Щербина，В.В.等又做了很多工作，他们的这些研究成果为分散元素地球化学的深入研究奠定了基础。应特别指出的是，这一阶段苏联科学家В.В.Иванов（1966）出版了专著《Ga、Ge、Cd、In、Tl等分散元素在热液矿床中的地球化学》，该书主要介绍了这五个分散元素的物理化学性质和地球化学行为，这些分散元素的载体矿物，金属矿床中这些分散元素的平均含量和分布特点，以及它们的区域分布规律和地球化学省。该书还首次计算出了铟、铊、镉、镓、锗五种分散元素在主要类型金属矿床和矿物中的克拉克值，初步解释了这五种分散元素成矿过程中的地质和物理化学条件，并指出了这五种分散元素的找矿标志。同一时期Sindeeva，N.D.（1964）还出版了《硒和碲的矿物学及矿床类型》一书，书中对35种硒矿物和36种碲矿物的显微镜下的特征、化学成分及自然界产出状况等进行了详细描述，对其中的某些矿物还进行了晶体结构分析。该书研究了岩浆矿床、火山岩矿床、热液矿床和外生矿床中的硒和碲矿化，还研究了在内生成岩成矿过程中硒和碲的主要地球化学行为。总之，这一阶段（主要是20世纪50年代和60年代）国际上在分散元素矿物学和矿床学研究方面取得了长足的发展，特别是原苏联科学家做出了杰出贡献，国内也有少数科学家进行了研究，这些成果为以后的研究工作打下了坚实的基础。

第四阶段：第三阶段之后，在很长一段时间内分散元素的研究处于低潮，于20世纪80年代末和90年代又掀起了高潮。80年代以后国外有少数分散元素矿床的零星报道，如美国犹他州的阿佩克斯Ga-Ge矿床，玻利维亚的帕卡哈卡Se矿床，纳米比亚楚梅布Ge矿床等，但对分散元素成矿都没有作系统的总结。这一阶段主要是中国科学家（陈毓川，毛景文，1996；曹志敏，骆耀南，1993，1996；宋成祖，1989，王鸿发，1996；张淑玲，1988）在中国西南地区发现了碲、锗、硒的独立矿床，分散元素的成矿问题成了研究的热点。1990年以中国科学院地球化学研究所涂光炽院士为首的课题组承担的“低温地球化学”国家自然科学重点基金研究项目研究，在我国西南大面积低温成矿域中研究了贵州滥木厂独立铊矿床（陈代演，1989；张忠，1999）和滇西临沧独立锗矿床（张淑玲，1988）；与此同时，中国地质科学院陈毓川院士等和四川省地质矿产局、成都理工大学科研人员发现了四川石棉县大水沟的独立碲矿床（陈毓川，毛景文，1996；曹志敏，骆耀南，1993，1996），80年代末在中国湖北西南恩施县发现了渔塘坝独立硒矿床（宋成祖，1989；王宏发，1996）。在上述研究基础上，涂光炽院士分析了我国分散元素成矿优越的地质背景，认为我国西南地区大面积低温成矿域中可能存在分散元素矿床的集中区。在这样的学术思想指导下，提出了“分散元素成矿机制”重点基金研究项目，在国家自然科学基金委员会的支持下，对中国的分散元素矿床进行了系统研究。主要研究了分散元素的成矿地质背景、构造环境、岩石特征、矿化与蚀变、元素及同位素特征、元素的赋存状态、成矿流体及生物和有机质对矿床形成的贡献；某些分散元素（锗、碲等）的迁移、富集实验、淋滤实验和分散元素载体矿物的吸附实验；分散元素赋存状态，确定了分散元素的三种存在形式：独立矿物、类质同象和吸附。通过电子探针、拉曼光谱、扫描电镜、透射分析电镜、粉晶照相及矿物显微光度仪等仪器测试手段和有机质分析，研究了分散元素的三种赋存状态；开展了某些分散元素成矿区带及某些大型、超大型有色金属矿床的找矿预测工作；同时还开展了某些分散元素的环境效应研究。涂光炽等全面总结了分散元素的成矿机制和找矿方向，提出了分散元素独立矿床和分散元素超常富集的概念，对分散元素矿床按其工业意义和成矿作用进行了分类，讨论了分散元素成矿专属性和它们在中国西南地区集中出现的有利因素。总结了分散元素在不同矿床中的赋存形式，在分散元素矿物方面有不少新发现。这一阶段由于分析测试和实验手段的进步，再加上中国西南大面积低温成矿域中的分散元素矿集区的存在，特别是分散元素独立矿床的发现，这些优越地质环境和人们的认识水平及思维方式的提高，在分散元素矿床学、矿物学和地球化学，特别是有机质在某些分散元素成矿过程中的作用等方面较前三个阶段有了明显的发展，特别是分散元素独立成矿理论的提出，具有原始创新的意义。这一阶段的研究成果，为分散元素地质地球化学的深入研究和分散元素矿产资源的寻找及开发提供了更坚实的理论基础和找矿方向。

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