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.     

安徽女山下地壳麻粒岩包体中的水：红外光谱分析

运用显微傅立叶变换红外光谱技术，对安徽女山新生代玄武岩中的10个麻粒岩包体的主要组成矿物（单斜辉石、斜方辉石、斜长石）进行了观察。结果显示，这些名义上的无水矿物中都普遍含有以OH一形式赋存的结构水，其含量（H10wt．）分别可以高达～2340ppm（单斜辉石）、～1590ppm（斜方辉石）和～910ppm（斜长石）。不同样品间矿物的结构水含量具有明显的不均一性的分布特点，这很可能是对其原岩性质的一种反映。根据单矿物的水含量和各自的体积分数计算出的全岩水含量为125～963ppm。根据二辉石温度计计算的女山麻粒岩包体的平衡温度为～800～900℃，对应于女山最下部地壳（-25～35km），因此本文数据为大陆下地壳含水与否提供了初步的最直接的证据，并且其水含量可能具有不均一性的分布特点。     

大陆岩石圈的流变学性质和矿物中的水

评述了近些年来岩石圈(尤其是大陆岩石圈)流变学研究中的主要进展。这些研究中最重要的一个发现是水的存在可以显著地增强岩石的变形,从而对其流变性质产生明显影响。大陆岩石圈的流变性质比大洋岩石圈要复杂得多,尤其是较深处的下地壳和岩石圈地幔之间流变性质的对比和差异成为近些年来人们争执较大的问题。大陆岩石圈的流变性质可能具有显著的不均一性,不仅体现在垂向上,也体现在横向上。根据流变学实验研究的进展和对深部壳幔捕虏体中主要构成矿物结构水含量的测定,对华北克拉通深部岩石圈的流变性质进行了定量计算。结果表明华北克拉通在重力梯度带两侧的岩石圈有着截然不同的流变特征,这种差异可能对两侧不同的岩石圈动力学过程有重要的影响。     

下地壳含水性的演化 ——来自不同时代麻粒岩中长石水含量的证据

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电子探针(EMP)分析了早古生代的松树沟麻粒岩和桐柏麻粒岩地体以及古元古代的莒南麻粒岩包体(其寄主岩石为新生代玄武岩)中长石的水含量和化学成分。结果显示,麻粒岩中的长石均含有以OH和H2O形式存在的结构水;3个地点的长石水含量分别为465×10-6~733×10-6、210×10-6~993×10-6和717×10-6~1 239×10-6。对比前人报道的中生代(道县和汉诺坝包体)和古元古代(女山包体、汉诺坝地体)的麻粒岩研究结果,发现早古生代样品和古元古代样品中长石的水含量都比中生代样品明显的高,而早古生代和古元古代样品之间却没有差别,指示了中国东部下地壳在中生代之前更加富水。     

大陆下地壳和岩石圈地幔含水性的差异——山东莒南玄武岩中深源包体的初步观察

对产于莒南晚中生代玄武岩中的镁铁质麻粒岩和橄榄岩包体矿物进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析.结果显示,麻粒岩矿物和全岩中水含量分别为:单斜辉石300×10-6～1 180×10-6,斜方辉石80×10-6～169×10-6,斜长石717×10-6～1 239×10-6,全岩525×10-6～855×10-6;橄榄岩矿物和全岩中水含量分别为:单斜辉石466×10- 6～746×10-6,斜方辉石187×10-6～304×10-6,橄榄石6×10-6～15×10-6,全岩81×10-6～245×10-6.从单矿物看,麻粒岩和橄榄岩之间水含量的差距不是很明显,但麻粒岩的全岩水含量明显高于橄榄岩,表明大陆深部岩石圈的水含量在垂向上具有不均一性.     

中国实验地球科学研究进展与展望(2011-2020)

过去十年,我国的实验地球科学快速发展,已成为国际高温高压实验领域的一支重要研究力量.代表性研究进展主要体现在地球深部重要挥发分的赋存与效应、成矿过程和机制、壳幔物质的物理化学性质和相互作用等方面.本文综述了实验地球科学2011-2020年间取得的主要研究进展和平台与技术建设情况,并展望了该领域未来的发展方向.     

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。     

辉石中结构羟基变温行为的红外光谱初步研究

运用显微傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR)技术观察了辉石(单斜辉石和斜方辉石)中结构OH在原位连续加热、降温和阶段加热过程中的行为,从而更清楚地了解了缺陷氢在晶体结构中的位置及其结合机制。样品为安徽女山新生代玄武岩中的普通辉石巨晶和橄榄岩包体中的斜方辉石。温度从室温升到500℃,间隔100℃。实验结果表明,单斜辉石和斜方辉石的红外谱图随温度变化的趋势相同,即:OH的伸缩振动峰位都是随温度升高而向低波数移动,而且这种变化是可逆的;峰位的移动主要受H所取代的阳离子的位置或晶格空隙的热膨胀的影响。     

实验地球化学的发展历史和研究展望

实验地球化学主要通过高温高压实验模拟,对元素和同位素在地球内部条件下的行为、性质和效应进行研究,从而对成岩成矿、岩浆演化、流体交代、壳?幔?核分异等地质现象和过程进行制约. 实验地球化学的最初诞生,主要是针对传统地球化学、岩石学和矿床学研究中遇到的难以解决问题进行正演辅助. 实验地球化学的发展,与高温高压实验设备和现代分析技术的成熟和完善密切相关. 近半个世纪以来,实验地球化学的不断成长壮大,极大促进了传统地球化学乃至整个地球科学相关领域的发展. 在未来的10到20年内,实验地球化学有望在以下3个方面进一步加强和取得重要科研成果:（1）深部地球和早期地球;（2）挥发分和地球宜居性;（3）行星形成演化实验模拟.      

湖南宁远早侏罗世玄武岩中橄榄岩包体的含水性和元素地球化学特征

运用电子探针(EMP)和激光熔蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)对湖南宁远早侏罗世玄武岩中的橄榄岩包体矿物进行了主要元素和微量元素的系统分析,结果表明这些橄榄岩是经历了小程度部分熔融的原始地幔残留,并经历了后期交代作用的影响,硅酸盐熔体可能是重要的交代介质。运用显微傅立叶变换红外光谱技术(Micro-FTIR)对宁远橄榄岩中的单斜辉石和斜方辉石进行了详细的观察,结果显示两种辉石均含有以OH缺陷形式存在的结构水,其含量(H2O的质量分数,下同)分别为147×10-6～461×10-6和40×10-6～126×10-6。根据矿物百分含量计算的全岩水含量为34×10-6～108×10-6,除1个样品外,其余样品的水含量均50×10-6。结合文献中的资料看来,由橄榄岩包体所代表的宁远中生代岩石圈地幔的含水量要明显高于华北克拉通新生代岩石圈地幔的含水量(多30×10-6)。宁远中生代岩石圈地幔和华北新生代岩石圈地幔之间的差异反映的可能是中国东部岩石圈地幔含水性的时代演化,即伴随着岩石圈减薄的进行,上涌软流圈的热烘烤使得岩石圈地幔的水含量不断降低。