随州陨石熔脉中微粒矿物的同步辐射X射线衍射原位研究

为同步辐射X射线衍射原位研究新添加了两个用于陨石冲击熔脉中微细矿物鉴定的成功事例, 它们是: (1) 随州陨石熔脉中极细粒基质矿物组成的X射线衍射测定; (2) 陨石熔脉内被基质矿物包裹的细粒新矿物——涂氏磷钙石的X射线鉴定. 研究结果表明, 熔脉基质是由结晶很好的石榴石、铁纹石和陨硫铁3种矿物组成, 而对微米级大小的涂氏磷钙石的研究, 也获得了相当理想的粉晶衍射图, 包括17条谱线的d值、强度、相对强度和缪勒指数. 石榴石等微细矿物是在上地幔的温压条件下稳定的矿物相, 其中涂氏磷钙石是大离子半径亲石元素(如Na, K, Sr, Ba等)和稀土元素的载体相, 它能够载带这些元素在地球深部保持下来.     

俯冲带及转换带中含水硅酸盐矿物的晶体结构和状态方程

地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一方面,俯冲板块向下运动,其中的蛇纹石在高温下分解,产生一系列的高含水硅酸盐矿物(如相A、粒硅镁石和斜硅镁石),这些矿物是潜在的"搬运工",将水进一步带入地幔深部,乃至转换带中;另一方面,橄榄石在转换带中的高压相(瓦兹利石和林伍德石)具有较高的储水能力,使得转换带成为了地球深部最重要的储水层,并且水也对地幔转换带的物理化学性质产生了显著影响.本文主要讨论以下两方面内容:(1)含水的硅酸盐矿物晶体结构,为微观上认识地球深部水的赋存机制和循环过程提供实验依据;(2)水对硅酸盐矿物热力学状态方程的影响,为约束地球动力学过程以及水的影响提供重要参数.     

球粒陨石天然和实验冲击特征对小行星冲击事件P-T条件的启示

通过对球粒陨石的天然和实验冲击特征加以比较,探讨用实验结果来校正Ｈ－ 和Ｌ－群球粒陨石天然冲击特征的可行性．实验中对吉林陨石（Ｈ５）样品施加的冲击载荷 分别为 １２, ２７, ３９,５３, ７８, ８３, ９３和 １３３ ＧＰａ．当压力大于 ７８ ＧＰａ时球粒陨石质熔体开始 产生,压力达１３３ ＧＰａ时形成占体积约６０％的熔体．在所有受冲击样品中,无论在陨石 的变形区或熔融区,均未发现高压相矿物．实验冲击样品的结构特征和矿物组合可与 天然受强烈冲击岩庄陨石（Ｈ６）相比较,但显然与天然受强烈冲击的Ｌ６球粒陨石不相同． Ｌ６球粒陨石冲击脉体包含橄榄石和辉石的高压多型以及高压液态相。     

宁强碳质球粒陨石中不透明矿物集合体的矿物岩石学分析及其成因

宁强碳质球粒陨石的球粒和基质中存在大量圆形的不透明矿物集合体. 其中的主要矿物为富镍金属、磁铁矿和铁镍硫化物, 另有少量磷酸盐、富磷橄榄石、辉石及微量的铂族金属颗粒. 这种矿物组合与难熔包体中的不透明矿物集合体非常相似, 因此, 它们具有相似的成因机制. 富磷橄榄石是自然界十分罕见的矿物相, 它是液态含磷金属与橄榄石晶体之间在快速冷却过程中发生非平衡反应的产物. 富磷橄榄石出现在不透明矿物集合体, 说明不透明矿物集合体的金属前身是从组成球粒的硅酸盐熔体中出溶结晶而成, 而不是直接从星云中凝聚而成. 宁强陨石中不透明矿物集合体的矿物岩石学特征表明, 不透明矿物集合体是由内生的均匀金属在陨石母体上受到低温水蚀变作用形成的.     

岩庄陨石中冲击成因的气成晶体

在宇宙空间受过强烈碰撞的岩庄球粒陨石中发现了与冲击变质有密切关系的气相成因晶体.这些气成晶体具有特殊的产状:(1)亚自形的低钙辉石产出在冲击温度高于1500℃的陨石熔体块内部孔洞壁上.(2)铁镍针(镍纹石)产在冲击温度850～1300℃的陨石部分熔融相区内裂隙中.(3)含丰富微孔道的陨硫铁形成在冲击温度小于850℃的陨石角砾化相区及弱变形球粒陨石相区裂隙中.气成晶体的产状和矿物特征表明,高能冲击作用可以导致陨石中矿物发生气化以及就地或近地少量的沉淀再结晶.     

两相矿物蠕变:探讨俯冲带深源地震机制

本文利用数值模拟方法研究了橄榄石-单斜辉石、瓦兹利石-单斜辉石、林伍德石-石榴石三种两相矿物模型在俯冲带温度应力条件下的蠕变,分析了剪切应力在俯冲带两相矿物模型中的发展,结果显示矿物蠕变差异在俯冲带剪切应力发展过程中起到了重要作用.尤其是林伍德石的快速蠕变率及其与石榴石的蠕变差极大地加速了俯冲带剪切应力的发展过程,可能是600km深度附近地震数量急剧增多的重要原因.我们的结果可以从一个新的角度理解俯冲带深源地震机制.     

球粒陨石冲击脉体冷却速率对(Mg,Fe)_2SiO_4多型转变的制约

发生在寺巷口陨石冲击脉体的较大冷却速率 ( >1 0 0 0 0℃·s-1)使得橄榄石(α 相 )的高压多型γ相被保存了下来 ;冷却速率中等的和平河陨石冲击脉体 ( 1 0 0 0～ 2 0 0 0℃·s-1) ,γ相部分逆转为β相 ,但β相向α相的进一步逆转受阻 ,脉体保存了β相 ;冷却速率较慢的蒙巴喇陨石冲击脉体 ( <5 0 0℃·s-1) ,γ相几乎全部逆转为α相 .冲击脉体的热散失滞后于陨石母体冲击压缩阶段 ,发生在陨石母体崩解成碎块以后 .脉体的冷却速率制约了 (Mg ,Fe) 2 SiO4高压多型的逆向转变过程 .     

大别山超高压变质带镁铁-超镁铁岩的岩石学与高压矿物组合

大别山毛屋、碧溪岭、南山岭镁铁-超镁铁岩与榴辉岩的关系代表了3种不同的产出关系,其原岩是基性岩浆结晶分异形成的层状堆晶岩,随扬子板块与华北板块碰撞俯冲进入120～150km以上的地幔条件下发生超高压变质作用,钛斜硅镁石+钛粒硅镁石+菱镁矿+贫铝辉石是镁铁-超镁铁岩典型的高压矿物组合,同时揭示含H_2O和CO_2等挥发份流体参与了超高压变质作用.     

钙钛矿蠕变对俯冲带震源深度极限的约束

本文利用林伍德石、钙钛矿两种矿物在不同差应力下随温度变化的蠕变曲线,通过约束温度条件和板块俯冲引起的弹性应变率,得到了俯冲带670 km深度可能的应力范围. 结果显示,在俯冲带670 km深度基于林伍德石蠕变得到应力大小可能超过100 MPa,而相变为钙钛矿后仅为0.1~10 MPa. 通过分析认为钙钛矿的Si扩散引起的快速应变率使得670 km更深深度的俯冲带无法支持较大的应力,可能是下地幔地震终止的原因,而不需要考虑亚稳态相变导致反裂隙断层的消失或林伍德石分解后超塑性等影响.     

合肥盆地碎屑石榴石组成及其对源区恢复和地层对比的意义

合肥盆地侏罗系碎屑成因石榴石的化学组成是相当复杂的．镁铝榴石组分含量范围０～４３％;钙铝榴石组分含量范围从小于１％到５０％;铁铝榴石组分含量２％－９２％;锰铝榴石组分含量为０～８８％．部分相对富镁铝榴石组分的石榴石有可能来源于大别造山带高压－超高压的变质岩．由于现今大别山变质岩（包括佛子岭群绿片岩）的石榴石中锰铝榴石成分含量较低（小于３０％）,它们不可能是合肥盆地保罗系富锰铝榴石成分碎屑石榴石的物源．合肥盆地保罗系沉积岩中石榴石的组成具有一定的时－空展布特征,它们可用于沉积盆地充填序列和地层对比的分析．     

硅酸盐熔体状态方程的理论模型和实验测定方法

硅酸盐熔体是地球和其他类地行星内部非常活跃的、物质和能量迁移的重要载体.测定硅酸盐熔体的状态方程,获得其摩尔体积(或密度)与温度、压强和成分之间精确的定量关系,对于模拟岩浆的产生、运移、喷发过程和地球及其他类地行星形成早期岩浆海阶段的演化过程,计算和模拟硅酸盐熔体参与的相平衡,以及揭示硅酸盐熔体的微观结构随压强的变化都至关重要.但由于硅酸盐岩石的液相线温度较高,而且熔体容易与样品仓物质发生反应而改变熔体成分,以及熔体易于流动,在高温高压实验中容易发生泄漏等一系列问题,在高温高压条件下原位测量其体积性质一直是实验的难题,目前积累的硅酸盐熔体高压密度数据仍然十分有限.近年来,相关高温高压实验技术得到了快速发展,不仅可达到的温度和压强范围扩大,测定结果的精确度提高,而且出现了新的原位测量方法.文章系统总结了目前广泛使用的硅酸盐熔体的常压和高压状态方程理论模型,并举例介绍了本领域内一些亟待解决的问题:(1)含铁和钛硅酸盐熔体的常压状态方程仍需要进一步完善;(2)含挥发组分硅酸盐熔体中的H_2O和CO_2组分的偏摩尔性质可能随熔体成分发生明显变化,其高压状态方程仍有待于进一步研究;(3)各种高压状态方程的形式和适用范围如何对应熔体结构和压缩机制的变化需要进一步研究.之后重点介绍了硅酸盐熔体状态方程的各种测定方法的基本原理和应用范围,对比了双球阿基米德法、熔融曲线分析、冲击压缩、沉浮法、落球法、X射线吸收、X射线衍射和超声干涉法的优缺点.本领域研究未来的发展趋势一方面是发展高温高压原位测量熔体密度或声速的实验技术,积累更多实验数据,另一方面是结合硅酸盐熔体微观结构和压缩机制方面的研究,改进熔体状态方程的理论模型.     

大青山高级变质岩中复晶石英条带成因的显微构造和流体包裹体证据

大青山高级变质岩中复晶石英条带是地壳深部变形的特征性显微组构, 记录了地壳深部变质变形作用信息. 边界平直的复晶石英条带平行片麻理分布、延伸稳定, 穿切周围其他矿物颗粒,内部包有透镜状、定向排列的细粒围岩矿物颗粒, 条带末端经常出现分叉现象. 流体包裹体分析结果表明, 复晶石英条带中流体包裹体类型复杂, 分布不均, 它们无论在成分和物理条件方面与麻粒岩相条件下捕获的包裹体明显不同. 依据显微组构和流体包裹体分析, 复晶石英条带是富SiO₂流体沿着平行片麻理的显微裂隙充填形成的, SiO₂来源于变形岩石内部. 流体存在对岩石流变特征、破裂作用和石英条带形成起着重要的作用.     

贺根山镁铁-超镁铁岩与缝合带的关系——来自地球物理的证据

长期以来,对内蒙古贺根山缝合带中的镁铁-超镁铁岩,有着"蛇绿岩"、"岩浆岩"、"幔源熔-流体"等不同认识.近年来在铬铁矿中发现了金刚石等深部地幔矿物,如何认识携带这些物质的幔源熔-流体的上涌?缝合带在镁铁-超镁铁岩的形成过程中起到什么作用?解决问题的关键之一是弄清镁铁-超镁铁岩的深部产状,这需要来自地球物理观测数据的依据.本文基于航磁和重力数据的研究表明,贺根山地区的蛇绿岩块均呈现高磁异常特征,其中贺根山岩块埋深明显大于其他岩块,表现为高磁异常与低重力异常,与地表出露的蛇纹石化的镁铁-超镁铁岩带对应.对航磁化极异常与布格重力异常数据做了向上延拓处理,进行了磁源形态及底界深度的估算,并利用基于相异度算子的边缘增强方法辅助识别断裂.结果表明,贺根山岩块贯穿地壳,且附近存在超壳断裂.地表至中地壳主要由蛇纹石化的镁铁-超镁铁岩组成,下地壳主要为超镁铁质岩组成,它们充填在一组宽约30km的NEE向断裂带中,大地电磁测深剖面揭示的壳-幔电性结构进一步证实控制缝合带的是岩石圈断裂,贺根山缝合带具有明显的根部.由此推测,在地幔底辟上涌的背景下,幔源熔-流体沿着岩石圈断裂持续上升到达浅表,暗示该区板块的拼合可能是通过深部幔源物质的侵入而成的.     

含水硅酸盐熔体和富水流体电导率实验研究及其意义

大地电磁测深与电导率测量相结合已经成为探索地球内部状态的有效手段.含水硅酸盐熔体和富水流体的电导率显著高于硅酸盐矿物,而且对成分和温压条件十分敏感,可以用于认识深部的部分熔融和流体活动.本文系统总结了含水硅酸盐熔体和富水流体电导率的实验研究现状,并介绍了相关研究结果的若干重要应用.硅酸盐熔体电导率随温度上升而增大,随压强升高而减小.在Na~+含量相当的前提下,钙碱性系列熔体电导率从玄武质到流纹质呈上升趋势,其活化焓呈下降趋势.水的加入令熔体电导率显著增大,其主要原因在于增强了阳离子的活动性.流体电导率研究主要集中在稀电解质溶液.溶液电导率随温度上升先增大后减小,随压强升高一般先增大,超过一定压强后基本保持不变.从电导率数据可以得到电解质的电离常数.为建立广泛适用的熔/流体电导率随温度、压强和成分变化的定量模型,还需要在实验方法创新的基础上,对更多具有代表性的体系开展大范围温压条件下的电导率实验研究.     

南天山榆树沟华力西期深地壳麻粒岩地体研究

新疆南天山榆树沟深地壳麻粒岩地体由麻粒岩和变质橄榄岩两部分共同组成 .普遍经受过 (高压 )麻粒岩相变质 .该相的特征变质矿物共生组合为 :Gar Cpx Pl Tit Ilm(±Qz) (SiO2 饱和及过饱和的镁铁质岩类 ) ,Gar Ky(假象 ) Pl Ru Ilm Qz(变泥质岩类 )和Spi Opx Cpx Ol(变超镁铁质岩类 ) .根据详细的矿物化学、矿物共生分析及变质温、压估算 ,确定其热峰期变质温、压条件分别为 795～ 96 4℃ ,0 .97～ 1.42GPa .热峰期变质矿物Sm Nd等时线年龄为 ( 315± 3 6 2 )Ma .表明该地体是曾在晚古生代中期俯冲于 40～ 5 0km深度 ,经 (高压 )麻粒岩相变质后 ,又经构造抬升剥露于地表的深地壳地质体     

流体渗透下蓝闪石岩的榴辉岩化作用

榴辉质脉充填于黝帘蓝闪石岩岩枕之间．沿裂隙贯穿于块状黝帘蓝闪石岩之 中和呈通道状穿透榴辉岩布丁等特征结构说明,西天山高压变质带蓝闪石岩的榴辉岩 化作用伴随自由流体相的出现．榴辉质脉中绿辉石保存平行于ｃ轴的非面状原生流体 包裹体．显微测温结果表明流体为低盐度的水流体（１％－４％ ＮａＣ１）．榴辉质脉和相关寄存主岩的常量、微量、稀土元素结果表明,蓝闪石岩的榴辉岩化作用需要外来Ｓｉ和Ｎａ 的加入,并伴随大离子亲石元素／稀土元素和水的流失．西天山高压变质带保存了全球 首例流体渗透下蓝闪石岩沿裂隙和高渗透带发生榴辉岩化作用的记录．     

含矿辉长岩液态不混溶作用实验研究

利用高温高压多功能三轴实验装置对四川省攀枝花辉长岩进行了部分熔融实验研究, 实验的围压为450~500MPa, 温度区间为900~1200℃. 实验产物的透射电镜研究表明, 辉长岩部分熔融的初始熔体主要分布在不同矿物的颗粒边界和三联点, 熔体存在明显的不混溶的现象, 两相熔体的成分亦具有明显差异, 基质相富Si, Al, K,贫Mg, Fe, Ca, Na, Ti, 而球体相则恰好相反. 辉长岩的部分熔融产生的熔体各相的自由能值计算表明, 本区辉长岩岩浆不混溶是有其热力学内在原因的, 不混溶作用符合熔体体系向自由能降低方向发展的要求. 野外观察亦证明攀枝花钒钛磁铁矿的含矿岩浆发生过岩浆不混溶作用.为攀枝花钒钛磁铁矿的成矿机制提供了实验依据.     

5GPa、1500～1750℃条件下微量元素在柯石英与含水硅酸盐熔体之间分配行为的实验研究

对5GPa、1500～1750℃条件下柯石英与含水硅酸盐熔体间的微量元素分配行为开展研究.通过高压实验成功合成与大面积硅酸盐熔体共存的大颗粒柯石英晶体(少数情况下有蓝晶石、刚玉共存),通过扫描电子显微镜和显微拉曼光谱对实验产物进行形貌观察和物相确定,电子探针测定不同相中的主量元素,激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)分析微量元素.最终,本研究共得到33种元素的分配系数.总体而言,柯石英是一种极其纯净的矿物相;可能除少数元素如Sc、Ti和V外,几乎其他所有元素在柯石英中均表现为不相容.此外,除四价阳离子外的其他所有元素的分配行为都难以用晶格应变模型来解释,这可能暗示着阳离子大小在柯石英与硅酸盐熔体间的微量元素分配过程中起的作用较小.将本研究的结果与文献数据结合,可以观察到温度、压力会对部分元素的分配行为产生影响:温度似乎对不同的微量元素发挥不同的作用,但压力基本上与所有元素的分配系数呈负相关.考虑到柯石英在俯冲的大陆地壳物质中所占比例较大,其可能在某些元素的分配中扮演重要角色,例如Ti元素.     

蛇绿岩铬铁矿成矿新模型:流体不混溶作用

尽管富水流体参与蛇绿岩豆荚状铬铁矿形成过程已被广泛提及,但流体的作用和机制仍缺乏天然样品的证据证实.文章对保存完好的土耳其K?z?lda?蛇绿岩和研究程度较高的西藏罗布莎蛇绿岩的铬铁矿床进行了岩石学、矿物学和地球化学的系统总结,展示了流体活动的证据,探讨了铬铁矿结晶与岩浆演化过程中流体不混溶的关系,进而建立了铬铁矿成矿的新模型.在该模型中,侵入大洋岩石圈地幔的岩浆通过岩浆通道相连接进而形成一系列的小岩浆房,铬铁矿微晶吸附岩浆中的流体形成含铬铁矿的不混溶液滴,这种不混溶铬铁矿液滴由于密度较小在岩浆房中悬浮并随岩浆向上运移.在岩浆混合、对流及运移过程中,分散的含铬铁矿的液滴不断聚合形成更大的富铬铁矿不混溶液滴.大的不混溶液滴从边部向核部逐渐结晶铬铁矿,捕获或圈闭的熔/流体发生结晶作用形成各种各样的矿物包裹体.不混溶的含铬铁矿的液滴在岩浆房中大量聚集则形成“不混溶液滴池”,此时大量铬铁矿原地结晶形成豆荚状铬铁矿,同时释放吸附的流体导致岩浆房中流体的富集.释放的流体由内向外逐渐渗滤到围岩纯橄岩和方辉橄榄岩中,造成矿体与围岩中矿物内部和矿物间的元素变化和同位素分馏.因此,玄武质岩浆上涌过程中流体不混溶作用对铬铁矿的成矿作用至关重要.     

1600 K和20 GP温压条件下的顽火辉石电导率

在温度750～1600 K和压力10～20 GPa条件下,借助于Kawai-5000多面顶砧高温高压设备,就位测量了(Mg_0.9Fe_0.1) SiO₃ 顽火辉石的电导率.实验结果显示,顽火辉石的电导率在高温区以小极化子机制为主,在低温区以质子导电为主,因为实验后的样品中有一定的水含量.另外,X射线衍射实验表明压力（20 GPa）诱发了顽火辉石向林伍德石的相变,这是我们首次在顽火辉石的电导率实验中观测到林伍德石含水相变,而且含水林伍德石的电导率与已有的实验结果相当一致.