钇稳定氧化锆传感器在地学实验中的应用

在地球科学实验中,氧逸度、氢逸度是反映待测体系的氧化还原状态和制约体系发展过程的重要参数。本文阐述了钇稳定氧化锆（YSZ）的导电机理和不同稳定剂（Y2O3）掺杂量对性质的影响,并列举了实验地球化学中利用YSZ传感器测定体系氧逸度、氢逸度及pH值的方法。与已有的其他氧/氢逸度测量方法相比较,YSZ传感器在实验中有耐高温、高压、抗腐蚀性强、响应快、原位测定特性好等诸多优点。最后指出了YSZ在应用于实验过程中的存在问题。随着陶瓷制作技术、微机械加工技术和微电子技术的发展,YSZ在地学实验中的应用将更加多样化和具有针对性。     

YSZ传感器用于超临界水中氧逸度原位测量的研究

无论在自然界还是生产实践中,人们经常遇到处于一定温度和压力下的各种水热体系.高温高压下水热体系的氧逸度是体系的温度、压力以及化学组成的系统描述.     

活塞圆筒和多面砧高压装置中常用的氧逸度控制和原位监测方法

氧逸度是定量表示一个体系氧化还原能力的指标，反映了体系中氧气的分压或者逃逸能力。在地球科学中，它反映了岩石和矿物中变价元素的氧化还原状态，指示了不同岩石矿物氧化性/还原性的相对强弱。相同岩石矿物不同氧逸度可以导致其物理化学性质发生大的改变，因此在实验地球科学中准确控制并监测高温高压实验条件下的氧逸度具有非常重要的意义。本文从实验技术角度出发，首先介绍了活塞圆筒和多面砧高压装置中利用双胶囊技术在不含水和含水体系中控制氧逸度的方法、原理、装置和注意事项；接着描述了用过渡金属合金固溶体和惰性金属合金作为氧传感器原位测量氧逸度的原理、注意事项和地质应用，然后展示了氧离子固体电解质法控制和监测氧逸度的原理、装置和局限，提出了可能的改进方法。目前由于技术限制，氧逸度在高压实验中的控制和监测方法还不成熟，导致其对矿物和岩石物理化学性质的影响极可能被低估甚至错估。因此积极研究发展并推动高压下氧逸度的控制和监测技术非常重要且必要。     

地幔氧逸度的研究进展

通过对目前国际上诸多有关地幔氧逸度的研究结果的系统分析和总结 ,提出了地幔中自由氧对地幔物质的性质、状态及运动过程产生影响的基本作用方式 ;介绍了目前地幔氧逸度研究的主要研究手段 ,包括本征氧逸度的实验室测量、模拟氧逸度的实验室测量、地幔氧逸度计及理论计算等及其优缺点 ;定性探讨了地幔氧逸度的时空分布规律 ,获得了地幔随时间的推移变得愈来愈氧化 ,随深度的增加变得愈来愈还原 ,以及在横向上不同大地构造部位的地幔区域具有不同的氧逸度等诸多结论。结合目前人们对地幔物质组成、性质、状态、运动过程及地球的起源与演化历史等的认识 ,初步提出了地幔不同圈层氧逸度的约束机制。最后 ,针对目前地幔氧逸度的研究现状 ,为今后提出了一些参考性的研究方向。     

地幔氧化状态和氧逸度简介

本文介绍了80年代有关地幔氧化状态和氧逸度的确定方法、基本原理和氧逸度的测定结果,并对各种方法存在的问题、影响fo_2测定值的主要因素等作了简要介绍.     

冀北麻粒岩系变质峰期水活度、氧逸度及其化学位变化--以太平寨-娄子山地区为例

脱水反应的热力学计算确定本区太古宙麻粒岩系变质峰期水活度很低,太平寨地区富铝片麻岩和紫苏黑云片麻岩麻粒岩中aH 2O值一般均在0.10～0.20之间,娄子山地区相对稍高,一般为0.15～0.25.全区峰期氧逸度lgfO2在-8～-14之间.(μH2O/XBt Mg)和(μO2/XBtMg)系数平均值太平寨地区分别为- 0.293和-1.60,娄子山地区分别为-0.364和-1.42.全区aH2O很低,同一地区上述各种数值相当均匀,不同地区则有一定差异,这些特征与"碳质变质"机理相符,说明峰期水活度可能受深源CO2流渗透的控制,属于外部缓冲性质.     

地幔氧逸度的时空变化

地幔氧逸度是反映地幔氧化还原程度的参量,由温度、压力、岩石化学成分、矿物结构等共同作用控制。目前对上地幔氧逸度的研究主要针对镁橄榄石-磁铁矿-石英体系、含角闪石的橄榄岩体系和玄武岩(熔体)体系,通过实验岩石学方法进行。地幔氧逸度在垂直深度上随深度增加而减小受到普遍认可。天然样品和理论研究认为,岩石圈地幔底部的软流圈氧逸度高于上部岩石圈地幔,垂直方向上地幔氧逸度存在逆梯度,地幔过渡带相对上地幔可能也存在类似情况;水平方向上,不同构造环境、相似构造环境的不同地区氧逸度之间的差异都指示地幔氧逸度存在水平不均一性。不同圈层之间物质交换和氧逸度变化的关系是氧逸度未来研究的重点之一。俯冲带是研究圈层之间物质交换和氧逸度变化关系的天然实验室,同时氧逸度反过来也影响着各种挥发性元素(如C、S等)在不同圈层之间的赋存形式和循环通量。     

上地幔的氧逸度与金刚石的成因

过去认为温度和压力对金刚石的形成起着主要的控制作用,现在研究证实除了温度和压力外,氧逸度在金刚石的形成过程中同样起着不可缺少的作用。本文收集总结了国内外在这方面研究的最新成果,包括上地幔的氧逸度及其测定方法,形成金刚石的碳的来源、金刚石形成时的流体状态、金刚石的最新成因模式、氧逸度与金刚石的保存等等。最后认为岩石圈的底部,即氧化还原状态变化较大的岩石圈—软流圈的结合处是最有利于天然金刚石形成的部位。这一点已被天然金刚石包裹体的研究所证实。     

中酸性侵入岩的氧逸度计算

氧逸度是岩石物理化学的1个重要参数,对岩浆演化、岩石成因和岩浆热液成矿具有明显的控制作用。含有变价元素的矿物常被用来计算成岩与成矿过程中的氧逸度,但是不同方法之间的对比研究较少,各种方法的适用性还不明晰。作者对晋东北黑狗背花岗岩体的氧逸度进行了较为系统的研究,通过黑云母、角闪石、磁铁矿-钛铁矿矿物对和锆石的Ce异常的氧逸度计算,发现不同方法的估算结果存在较大的差异,甚至会得出完全相左的结论。其中,基于Fe~(3+)/Fe~(2+)比值的黑云母和磁铁矿-钛铁矿氧逸度计计算结果吻合度较高,可适用于中酸性侵入岩的氧逸度研究,而基于Fe/(Fe+Mg)比值的氧逸度计算方法可能受到母岩浆化学成分的影响,不适合应用于低镁侵入岩的氧逸度估算。     

气体混合炉中氧逸度控制北大核心CSCD

氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。     

Fe-Cu-Zn-Mo同位素示踪氧化还原过程

非传统稳定同位素（Fe-Cu-Zn-Mo）理论与数据相结合提高了科研工作者对地质体系氧化还原过程的理解。本文对这一相对较新的领域进行了综述,包括与氧化还原过程相关的同位素分馏理论和实验约束、时空尺度下的氧逸度以及同位素示踪氧化还原过程。稳定同位素理论预测,Fe-Cu-Zn-Mo同位素应该对氧化还原状态的变化能够做出响应。结果表明,Fe同位素作为岩浆过程、表生过程、俯冲带流体性质"氧逸度计"应用前景广阔;Cu同位素在岩浆、热液、陆地系统可以很好地示踪氧化还原过程;Zn同位素由于络合过程分馏已经被用在许多不同环境中作为含硫/碳流体迁移的敏感示踪剂;Mo同位素作为古氧逸度计可有效重建古海洋-大气氧化还原状态。     

副矿物微量元素地球化学特征在成岩成矿作用研究中的应用

文中较系统地介绍了国外近年来基于矿物合成和激光原位定量分析测试技术发展的副矿物,重点是锆石,其次是金红石、石榴石、榍石及磷灰石等微量元素地球化学特征在成岩成矿温度、氧逸度、源区物质等方面的研究成果。这些成果是在不同温度、压力及体系成分条件下合成的矿物,结合自然界岩石相关副矿物成分分析,获得了副矿物中微量元素含量与形成温度、压力、氧逸度等之间存在严格线性关系,建立了定量计算公式,并给出了这些温度计、氧逸度等计算公式的适用范围。根据广泛用于同位素定年的锆石受变质和热液蚀变而出现复杂年龄譜,文中还介绍了用锆石微量和稀土元素地球化学特点,结合近年来在这方面的研究成果,探讨了Th/U比值识别锆石成因存在的问题,介绍了稀土元素组成识别锆石成因的原理和应用。     

北祁连清水沟红帘石变硅质岩矿物学、原岩特征及地质意义

北祁连早古生代大洋俯冲带以发育早古生代的蛇绿（混杂）岩带及高压低温变质带为特征。在清水沟高压低温混杂岩片中出露蛇纹岩以及榴辉岩、蓝片岩、红帘石硅质岩和多硅白云母石英片岩等典型高压低温变质岩石。本文对北祁连清水沟含红帘石的变硅质岩进行了详细的岩相学、矿物化学及地球化学分析,发现该岩石主要由石英、多硅白云母、红帘石、石榴子石、蓝闪石、单斜辉石以及砷硅锰矿、赤铁矿等矿物组成,结合矿物化学及围岩变质条件,推测该岩石可能也经历了高压低温榴辉岩相变质作用。全岩地球化学分析结果表明,北祁连清水沟含红帘石变硅质岩的原岩为远洋环境沉积的含泥硅质岩,由于热液活动的参与,使得Fe、Mn富集沉积,进而与大陆活动边缘或大陆岛弧物质被卷入到俯冲带中,共同经历了高压低温变质作用。变硅质岩中红帘石、砷硅锰矿以及石榴子石中大量的赤铁矿包裹体表明该岩石形成于高氧逸度条件,而石榴子石中的Fe3+从核部到边部的降低趋势,也表明俯冲变质过程中氧逸度的变化,这一过程释放的氧所形成的流体对于探究岩石圈地幔氧逸度变化、岛弧岩浆生成以及俯冲带氧循环等方面具有重要的意义。     

重庆东南部彭水地区重晶石-萤石矿床的成矿物质来源探讨:地球化学证据

重庆东南部重晶石-萤石矿床主要赋存于早奥陶世碳酸盐岩地层中,层控特征明显,NW向断裂为主要的含矿控矿构造。为了探讨重庆东南部重晶石-萤石矿的成矿机理、成矿物质来源与演化,本文选取了彭水地区冯家、朗溪两个具有代表性的重晶石-萤石矿床,对其地质特征和微量元素、稀土元素地球化学特征进行了研究。微量元素和稀土元素特征均显示,重晶石-萤石矿床与下寒武统牛蹄塘组在成矿物质来源上有着密切的联系。稀土元素分析结果则表明,重庆东南部重晶石-萤石成矿带上的矿床(点)为同期形成的;矿石的δEu、δCe异常证明成矿环境是高氧逸度的开放体系,Tb/Ca-Tb/La关系图与La/Yb-?REE关系图显示,研究区重晶石-萤石矿床为热液成因,且与岩浆活动无直接成因上的联系,成矿物质来自沉积岩地层。封存的地层水及大气降水通过水/岩反应将成矿物质汇聚于热流体场中,构造运动和地层温压梯度致使成矿热液沿构造带上涌至早奥陶世碳酸盐岩地层中成矿,矿床类型为中-低温热液成因-断裂带充填交代型层控矿床。     

甘肃省沃尔给花岗岩体中黑云母的成分对其岩体碱度的响应及成岩成矿意义

矿床的形成与其成矿地质体的成因和岩石化学性质密切相关,因此有必要对岩体碱度与成矿关系进行深入研究。通过甘肃省沃尔给花岗岩体的采样测试,并对国内52个各类矿床中与成矿有关岩体中黑云母的主量元素化学成分进行统计和分析,进行寄主岩石碱度判别。研究结果显示：研究区与Cu、Au成矿有关的岩体位于高碱度区域内,而与Sn矿形成有关的岩体均属于低碱度岩石系列。岩浆熔体早期至岩浆后期热液阶段,氧逸度的变化由高到低,介质的碱度逐渐增强,Cu、Au矿床的形成大致经历上述的成岩成矿过程。岩浆结晶过程早期低氧逸度、高碱度有利于Sn的活化迁移,岩浆期后热液阶段的高氧逸度、低碱度有利于锡石的沉淀,但是由于锡石沉淀过程中不断消耗O2,致使其较高的氧逸度显著降低。认为碱度与氧逸度之间相互作用、相互影响进而引起矿化的发生。     

滇西姚安金矿床磷灰石化学特征及指示意义

姚安金矿床位于金沙江-哀牢山富碱斑岩带中段,大地构造位置处于扬子板块西缘与三江特提斯造山带结合部位,其成矿与新生代富碱岩浆-岩浆热液密切相关。野外调查发现矿化仅存在于黑云母正长斑岩体内,而与黑云母正长斑岩空间关系密切的石英正长斑岩却未发现矿化。为探讨黑云母正长斑岩与石英正长斑岩岩体含矿性差异,运用电子探针、LA-ICP-MS分析方法,以富矿黑云母正长斑岩和贫矿石英正长斑岩岩体内的磷灰石作为研究对象,对比磷灰石之间的差异,探讨磷灰石记录的岩浆演化以及反映岩浆氧化还原条件和流体活动性相关信息。测试结果表明,姚安矿区富矿岩体与贫矿岩体磷灰石均为岩浆磷灰石且富F、低Cl;富矿岩体磷灰石相比于贫矿岩体磷灰石具有较大的δEu变化范围与较低的δCe,指示富矿岩体具有较高的氧逸度,高的氧逸度会抑制金以硫化物形式沉淀,从而增强了岩体的成矿潜力。富矿岩体磷灰石具有较高的Ce/Pb比值与低的Th/U比值,表明岩浆形成过程中成矿岩体流体活动性较强,岩浆分异较强。富矿岩体角闪石和黑云母的发育表明岩浆具有较高的水含量,高水含量可以增加金属元素在熔体中的溶解度,并且高水含量的岩浆在演化过程中水也较易达到饱和,发生对成矿有重要意义的流体出溶。总之,在姚安地区,高氧逸度,高水含量以及强流体活动性是成矿的关键。     

In situ LA-(MC)-ICP-MS trace element and Nd isotopic compositions and genesis of polygenetic titanite from the Baogutu reduced porphyry Cu deposit,Western Junggar,NW China

Titanite (sphene, CaTiSiO₅) is sensitive to changes in temperature, oxygen and water fugacity, and fluid composition. In order to understand formation processes and the nature of hydrothermal fluids, various types of titanite from Cu ores at the Baogutu reduced porphyry Cu deposit were chosen for detailed study. Magmatic titanite is associated with biotite, plagioclase and K-feldspar, whereas hydrothermal titanite occurs with K-feldspar, chlorite, actinolite and calcite. The formation of hydrothermal titanite was related to hydration of igneous minerals under high fH₂O, whereas the widespread replacement of ilmenite by titanite (without magnetite) indicates a relatively low oxygen fugacity. Magmatic titanite has low Al, high Fe, Y, Sn, Zr, Nb and REE contents, relative to hydrothermal titanite. On the basis of the Zr-in-titanite and Al-in-chlorite geothermometers, formation temperatures for magmatic and hydrothermal titanite are estimated to be 687–739 °C and 250–670 °C, respectively. The gradual decrease in REE, Y and Sn contents from magmatic to late hydrothermal titanite was probably caused by precipitation of REE-bearing minerals. Magmatic and hydrothermal titanites have similar chondrite-normalized REE patterns with negative Eu anomalies and relatively flat HREE. Randomly selected titanites have Nd isotopic compositions similar to the host rocks. Thus, both magmatic and hydrothermal titanite are believed to have been predominantly derived from a mantle source.     

Experimental Study on the Electrical Conductivity of Orthopyroxene atHigh Temperature and High Pressure under Different Oxygen Fugacities

1 Introduction recognized and accepted by more and more experts engaged in experimental research at high temperature and In-situ laboratory measurement of the electricity of high pressure. This method has been regardedgeological materials at high temperature and high pressure internationally as the most advanced one for the in-situis an important approach to revealing the composition, laboratory measurement of the electric properties ofstructure and properties of materials in the deep interior…