橄榄石中H的结合机制及扩散行为

名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals,NAMs)中以点缺陷形式存在的结构水,因其对于矿物物理化学性质的显著影响而受到越来越广泛的关注。橄榄石是上地幔中含量最丰富的矿物,水在橄榄石中的存在形式、扩散机制和速率对上地幔的流变学和电导性质有着重要的影响。因此,对于橄榄石中H的结合机制及其扩散机制和速率的了解有助于理解地球深部的水循环,也有助于构建上地幔流变结构以及解释电导测量结果。本文总结了近几十年来学界对于H在橄榄石中存在的缺陷类型与OH红外光谱吸收峰之间的对应关系,以及H在矿物晶格中的扩散机制、扩散速率等重要问题的研究成果,并探讨了现有研究中依然存在的问题。     

C-H-O流体和上地幔的水储量

<正>水是人类赖以生存的基础。水在地幔和地表间的交换,是影响地球的气候、宜居性、化学演化、物理性质和动力学过程等的关键因素之一。与地表液态的水不同,地幔中的水主要以OH形式赋存在名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals–NAMs,即理想化学式中不含H的矿物,如橄榄石、辉石等)的晶体结构中,构成了所谓的结构水。虽然含量很低(ppm级别),结构水的存在会显著影响矿物和岩石的多种物理     

岩石圈中水分布的时空不均一性:来自汉诺坝和女山深源岩石的信息

岩石圈中水的分布是研究地球不同层圈中水的含量、分布和演化的重要组成部分.岩石圈的主要组成矿物(橄榄石、辉石、长石)都是名义上的无水矿物,但是这些矿物中都含有以缺陷形式存在的OH/H2O,构成了岩石圈中最重要的水库.     

岩石圈地幔含水不均一：来自华南地区白琳和建德的对比

利用电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱和傅里叶变换红外光谱分别测定了华南地区福建省白琳大嶂山新生代玄武岩中橄榄岩包体矿物的主要元素、微量元素和H2O含量。橄榄岩矿物主要元素之间的相关性符合部分熔融趋势，部分熔融程度在0～21%之间。大多数样品（23个样品中的21个）部分熔融程度较低（<6%）并具有亏损的球粒陨石标准化稀土元素模式。单斜辉石、斜方辉石和橄榄石的H2O含量分别为78×10 -6～262×10 -6、37×10 -6～124×10 -6和~0。尽管不能排除橄榄石包体上升过程中的潜在H的扩散丢失，但两种辉石保留了地幔中的H2O含量，这可以从 ① 单个辉石颗粒中的均一的H2O含量和 ② 单斜辉石和斜方辉石之间的平衡H2O分配推断出来。基于矿物模式，并假设单斜辉石和橄榄石之间的H2O分配系数为10，计算出的全岩H2O含量范围为15×10 -6～67×10 -6。水含量与熔融指数、交代指数、氧化还原状态和温度之间缺乏良好的相关性，说明白琳地区岩石圈地幔中水含量的控制因素是复杂的。已有研究表明浙江省建德地区岩石圈地幔具有较高水含量。白琳和建德两地对比显示，两地岩石圈地幔在熔融程度、交代程度、氧化还原状态和平衡温度非常类似，但是水含量差异巨大。华夏地块（以建德和白琳为代表）的岩石圈地幔在主成分和微量成分上可能均一，但H2O含量有巨大差异，体现了地幔的不均一性。     

单斜辉石中缺陷OH结合机理的变温红外光谱研究

名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals,简为NAMs,如橄榄石、辉石、石榴石、长石等)中以缺陷形式存在的结构水的重要性已经被学界广泛认同,并得到了越来越多的关注(如Smyth和Jacobsen,2006)[1],但是对于NAMs中H的结合机理及其在晶体中的具体位置的认识还十分肤浅.     

安徽女山新生代玄武岩中橄榄岩包体矿物的含水性研究

本文对15个来自安徽女山新生代玄武岩的橄榄岩包体矿物（橄榄石、单斜辉石和斜方辉石）进行了详细的微区傅立叶变换红外光谱（Micro-FTIR）分析。结果显示，所有被测的橄榄石颗粒都没有明显的OH吸收峰，这表明橄榄石要么不舍结构水，要么结构水含量〈2ppm（H2Owt．下同）；所有的单斜辉石和斜方辉石颗粒都含有以OH形式存在的结构水。辉石矿物颗粒内部的结构水含量要么是均一的，要么表现出中心高边缘低的不均一分布。这种不均一分布的特征应该来自于包体上升过程中由于压力降低而引起的H扩散。如果用每个样品多个测定颗粒的中心部位的平均值来代表该样品的话，15个样品的单斜辉石水含量为6～356ppm，斜方辉石水含量6～139ppm。单斜辉石与斜方辉石之间水含量的比值为-2．5，和文献中报道的分配系数吻合，表明女山单斜辉石和斜方辉石之间达到了H平衡。女山的橄榄岩分成低温（〈950℃）和高温（〉1050℃）两组，所有的含角闪石的样品都在低温组。高温组的斜方辉石和单斜辉石表现出H2O含量和Al含量的正相关、和Mg含量的负相关，表明Al^3＋H^←→Si^4＋和Al^＋H^＋←→2Mg^2＋是辉石中H的主要结合机制，同时也表明这些样品有效地保存了其在源区的原始结构水含量。而低温组的辉石偏离了相关趋势，结合该组部分样品含有角闪石的特征，我们提出一个流体（本文中采用广义的概念，即包括熔体和流体）上升交代的模式来解释女山橄榄岩的特征：流体从下向上运移，与高温组（下部）橄榄岩先发生反应，由于水含量较低，既没有影响橄榄岩矿物的原始水含量，也没有能形成角闪石，在上升的过程中由于发生名义上无水矿物（橄榄石，辉石等巨晶）的结晶分离，流体中的水含量不断增加，积累到一定程度，即与低温组（上部）橄榄岩反应时。不仅影响了橄榄岩矿物的原始水含量，也在部分样品中形成了角闪石。     

地幔中水的存在形式和含水量

水以含水变质矿物、无水硅酸盐矿物(橄榄石、辉石等)及其高压结构相(β橄榄石、γ橄榄石、钙钛矿相、方镁铁矿等)、高密度含水镁硅酸盐和熔体的形式存在于地幔各层圈中。根据各类玄武岩水含量推断出的上地幔源区的水含量,和由地幔岩主要矿物———橄榄石的水含量估算出的上地幔水含量(质量分数)很接近,在0.02%左右。以橄榄石和辉石高压相的水含量为依据,进行了过渡带和下地幔水含量的估算,其结果是:过渡带和下地幔上部的水含量(质量分数)为1.48%,下地幔下部水含量(质量分数)为0.21%。据此,计算出的地幔各层圈的总水量表明,地幔水的74%以上存在于过渡带和下地幔上部。将地幔总水量和现代海洋总水量之和作为地球总水量,计算出现代海洋总水量约占全球总水量(质量分数)的6.6%,这个结果与笔者根据地球的球粒陨石成分模型计算出的总水量(6%)十分接近。     

深部地球中水的分布和循环

深部地球中的主要物相(橄榄石、辉石、石榴石等及其高压相变产物)是理想化学式中不含H的“名义上无水矿物”,以缺陷形式存在于它们结构中的OH/H2O(统称为结构水)的发现是近二十年来地球科学领域最重要的进展之一。从天然样品的观察和高温高压实验结果来看,深部地球矿物中普遍含有结构水,其总量可能远远超过了水圈。水在深部地球不同层圈中的分布可能具有时间上和空间上的不均一性。在板块俯冲过程中,即使温压条件超过了含水矿物的稳定范围,名义上的无水矿物(如石榴石、辉石等)也可以携带大量的水(质量分数至少数百10-6)进入深部地球,构成了壳幔之间水循环的重要途径。     

镁—贵橄榄石磁化率的测定及应用

矿物的磁性是矿物的一个很重要的物理性质,在普查勘探、选矿、矿物的分离和鉴定等方面都已应用了这一性质。尤其是深入研究矿物的磁性,对有用矿物的寻找及矿物的直接利用是有很大意义的。橄榄石是超基性岩的重要造岩矿物,而镁—贵橄榄石又是橄榄石中最常见的一种。因而     

西藏马攸木地区雅江南带方辉橄榄岩的显微构造特征及其矿物结构水的初步研究

青藏高原地区广泛出露地幔橄榄岩体,但对其显微构造特征和矿物结构水的研究仍很缺乏。本文以马攸木地区雅江南带方辉橄榄岩为研究对象,采用光学显微镜、电子背散射衍射(EBSD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)对其进行系统分析。研究结果表明:(1)马攸木地区雅江南带方辉橄榄岩中橄榄石发育扭折带和波状消光,并具有显著的结晶学优选方位(A型组构),指示其主导变形机制为位错蠕变;(2)红外光谱测试表明,马攸木方辉橄榄岩中橄榄石几乎没有明显的结构水吸收峰,推断其经历了明显的H丢失。斜方辉石含水量处于85wt ppm~209wt ppm之间,代表地幔源区含水量或其下限值;(3)该区橄榄岩中橄榄石含水量低于包体和造山带橄榄岩中橄榄石含水量,斜方辉石结构水含量则与包体和造山带橄榄岩中斜方辉石的可以比较。我们的研究结果为了解青藏高原地幔橄榄岩中橄榄石的结构水和变形机制提供了初步资料。     

烟曲霉对蛇纹石和橄榄石风化作用的试验研究

含镁硅酸盐矿物是重要自然资源,国内外大都采用传统的化学方法进行开发利用,而微生物法释放含镁硅酸盐矿物中镁和硅的研究还未见报道。试验采用摇瓶培养与对照结合的方法研究烟曲霉(Aspergillusfumigatus)对含镁硅酸盐矿物——蛇纹石和橄榄石的风化作用。试验采用ICP-OES测定第5、10、20、30 d培养液滤液中Mg2+和Si的含量,同时对相应试样的pH值和代谢产物进行分析测定,采用SEM和TEM观察作用后的微生物-矿物聚集体。结果表明,烟曲霉作用蛇纹石和橄榄石试样滤液中的Mg2+和Si含量变化不仅与烟曲霉生长状况有关,而且与矿物的晶体结构相关,蛇纹石较橄榄石更易被烟曲霉风化;另外烟曲霉在生长过程中产生的酸性代谢产物有助于对矿物的风化;SEM和TEM观察结果直观地显示出烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用痕迹。综合分析认为,烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用应该是酸溶作用、菌丝对矿物的穿插包裹和菌丝体对养分的吸收等方式协同作用的综合效果。研究结果为探讨真菌与矿物相互作用的过程与机理以及为微生物法开发蛇纹石和橄榄石矿产资源提供了基础资料。     

大陆下地壳中水的演化及氢同位素组成:以华北克拉通为例

名义上无水矿物(NAMs,如辉石、橄榄石、长石和石榴石等)是近些年来地球科学研究中蓬勃发展起来的一个新领域,这些矿物为我们研究深部地球中的水和流体活动提供了新的途径.     

东马珠穆沁旗中铁陨石表面的角砾状橄榄石的特征

东乌珠穆沁旗中铁陨石中有二种橄榄石。一种是陨石中基质橄榄石，另一种是镶嵌在陨石表面的角砾状橄榄石。电子探针成分分析结果表明，两种橄榄石中的FeO和MnO比值，包体矿物种类，包体铁纹石和镍纹石中Fe,Ni的含量等，均有较大区别。陨石中基质橄榄石矿物是本陨石中原物质，而角砾状橄榄石是宇宙中物质。他们是两块自由翱于宇宙中的物质碰撞混合而形成的东乌珠穆旗陨石中这种现象。     

橄榄石中氢的实际溶解度及其对地幔中水储存的意义

水在地球上地幔的地球动力学过程中起着重要的作用，例如，氢（正如水）能影响部分熔融产生的岩浆的数量和组成，而微量氢（～０．００１ｗｔ％的水）可使上地幔的主要矿物—橄榄石弱化。氢离子的适移可能是造成软流圈异常高的电导率的主要原因，氢在地幔过程中的重要性必然取决于无水橄榄石中所储存的氢或水的数量以及氢在橄榄石晶格中所处的位置。本文报道了橄榄石单晶的水热实验结果，该实验表明，在１５７３Ｋ和５０－３００ＭＰ     

橄榄石有序度的X射线粉晶测定法及其应用

一、序言橄榄石是与铬铁矿成因有关的主要造岩矿物,其中Fe~(2+)的有序—无序分布与矿物形成条件和矿物结晶后的冷却历史有关。为此,七十年代以来不少学者对橄榄石的有序—无序问题进行了探讨。Bancroft Gibbs & Smith (1968)采用X射线单晶结构分析,认为橄榄石中Fe~(2+)的分布是无序的,伯恩斯(1971)通过电子吸收光谱的测定,表明Fe~(2+)在M_2位稍有富集;(?) (1972)用穆斯鲍尔谱分析测定橄榄石的有     

橄榄石有序度的X射线粉晶测定法及其应用

一、序言橄榄石是与铬铁矿成因有关的主要造岩矿物,其中Fe~2+的有序—无序分布与矿物形成条件和矿物结晶后的冷却历史有关.为此,七十年代以来不少学者对橄榄石的有序—无序问题进行了探讨.Bancroft Gibbs & Smith(1968)采用X射线单晶结构分析,认为橄榄石中Fe~2+的分布是无序的,伯恩斯(1971)通过电子吸收光谱的测定,表明Fe~2+在M_2位稍有富集;     

巴基斯坦橄榄石宝石学及矿物谱学特征研究

采用常规宝石学仪器并结合电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪、(显微)红外光谱仪、紫外-可见吸收光谱以及拉曼光谱仪等测试方法,对巴基斯坦橄榄石进行了常规宝石学、化学成分和谱学特征等研究,并探讨了其产地鉴别方法和依据。结果表明,巴基斯坦橄榄石含有针状"硼镁铁矿-硼铁矿"、点状磁铁矿等特征矿物包裹体组合;与美国、中国、埃塞俄比亚、越南、马达加斯加等地所产的橄榄石相比,巴基斯坦橄榄石的微量化学元素组成相对富Li、B、Sc,贫Zn、Cu,同时V/Sc值偏低;巴基斯坦橄榄石红外吸收光谱中普遍存在的3 580 cm~(-1)附近吸收谱带与[Si]=(4H)~X_(Si)替代机制有关,指示其晶体中含有一定量的结构水;紫外-可见吸收光谱中的380、450、490、635 nm附近强吸收峰分别与O~(2-)→Fe~(3+)电荷转移带,Fe~(3+)的~6A_1→~4A_1+~4E(~4G)电子跃迁和Fe~(2+)的~5T_(2g)→~3T_(2g)、~5T_(2g)→~3T_(1g)电子跃迁有关。综合分析认为,包裹体、微量化学成分和结构水致红外吸收谱带特征组合可视为巴基斯坦橄榄石的产地鉴别依据。     

超高压相含水硅酸盐与下地幔水循环

<正>"水"在地幔的矿物中主要以晶格缺陷中的结构水形式存在,尽管其含量可能只有"10-6"的量级,但是这些微量的结构水会强烈的影响深部地幔矿物与岩石的化学物理性质,如矿物结构、岩石应变强度、部分熔融温度等,进而影响地幔的动力学性质和地球物理特征。大洋板块俯冲是"水"进入深部地幔的重要途径,各种高压、超高压含水相矿物是俯冲过程中"水"进入地幔的重要载体。因此,合成与研究超高压含水相硅酸盐矿物及其相变过程一直是实验岩石学的热点。     

铁橄榄石-莱河矿组矿物的热力学研究

自从莱河矿作为一个富含Fe~(3+)的正硅酸盐新矿物被研究以来,已有可能将铁橄榄石-莱河矿,看成一个新的矿物系列。在这个系列中已报道的有铁橄榄石、变铁铁橄榄石,高铁铁橄榄石和莱河矿。 此组矿物除铁橄榄石外,热力学性质目前还没有实验资料。为此本文运用了一些近似计算的方法对该组矿物(重点是莱河矿)的热力学参数作了估算,对莱河矿的可能成因和生成条件提出了一些初步看法。     

云南鸡街碱性超基性岩杂岩体中橄榄石的矿物化学

分析了云南鸡街碱性超基性岩杂岩体主体岩石及包体中橄榄石矿物的化学成分。结果显示,不同类型岩石中橄榄石的矿物化学成分之间具有较好的线性关系;橄榄辉石岩包体中橄榄石的Fo值最高,其亚种属靠近镁橄榄石端元的贵橄榄石;从霞霓钠辉岩→霓霞岩→磷霞岩,橄榄石的Fo值逐渐降低,其亚种从靠近镁橄榄石端元的贵橄榄石→靠近透铁橄榄石端元的贵橄榄石→低铁镁铁橄榄石。这些特征表明,本区三类主体岩石为岩浆结晶分异作用的产物;橄榄辉石岩包体为Ⅱ类包体,可能为杂岩体原始岩浆早期结晶分异作用所形成的堆积岩碎块。