橄榄岩蛇纹石化过程中氢气和烷烃的形成

蛇纹石化过程中形成氢气、烷烃和有机酸,为海底热液区生命活动提供物质和能量来源,可能对地球和其他行星早期生命起源和演化有重要影响。目前关于蛇纹石化过程中氢气和烷烃形成的研究大多以橄榄石为初始物,且温度和压力较低(≤300℃,500bar)。本研究通过一系列的水热实验,研究300~500℃、1~3kbar时橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、橄榄岩、玄武岩以及玄武岩与橄榄岩混合物发生蛇纹石化反应后氢气和烷烃的生成。300℃、3kbar时,橄榄石蛇纹石化后产生的氢气远大于辉石蚀变后产生氢气的量。随着温度的增加,400~500℃、3kbar时,橄榄石蚀变程度极低,产生氢气的量低于斜方辉石。单斜辉石实验后没有发生蚀变,不产生氢气和烷烃。400~500℃、3kbar时,橄榄岩蛇纹石化后产生的氢气和烷烃远高于橄榄石、斜方辉石和单斜辉石。玄武岩蛇纹石化后生成氢气和甲烷的量低于橄榄岩,但与玄武岩和橄榄岩混合物相当。这是因为玄武岩的单斜辉石蚀变后形成富铁的透辉石(~8.1%FeO),透辉石的Fe以Fe2+为主,这降低了Fe3+和氢气的量。以上表明,橄榄岩的蛇纹石化不同于橄榄石和斜方辉石。不仅是海底热液蚀变产生氢气和甲烷,洋壳俯冲过程中地幔楔橄榄岩蛇纹石化也会生成氢气和甲烷,但由于洋壳玄武岩的加入,氢气和甲烷的量会远小于橄榄岩蚀变时的量。     

基性和超基性岩蛇纹石化的机理及成矿潜力

蛇纹石化是指基性岩（例如玄武岩）和超基性岩（橄榄岩、科马提岩等）在中、低温条件下产生的含蛇纹石的水热蚀变。蛇纹石化可以出现在不同的地质构造环境中,例如大洋底、扩张洋脊和俯冲带。蛇纹石化的特别之处在于：蛇纹石化过程中产生氢气,这可能解释地球早期生命起源的问题;蛇纹石化生成磁铁矿;蛇纹石富水（可达13%）;蛇纹石富Cl、Li、Sr、As等元素。蛇纹石在高温下（>700℃）脱水形成橄榄石,Li、Sr、As等元素富集在流体中,流体交代地幔楔可改变地幔的微量元素组成。此外,铁矿、金矿和银矿等可赋存于蛇纹岩中,矿床的形成可能和基性或超基性岩的蛇纹石化相关。本文从以下4个方面探讨蛇纹石化的机理：（1）蛇纹石化的产物,主要介绍和蛇纹石化相关的热液流体的组成,蛇纹石化过程中产生氢气的量,利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石的形成条件,水镁石的形成条件,以及磁铁矿的形成;（2）蛇纹石化的反应速率;（3）蛇纹石化过程中元素的迁移;（4）蛇纹石化的成矿潜力。     

蛇纹石化过程中铁活动性的高温高压实验研究

蛇纹石化过程中铁的活动性影响铁氧化物的形成和体系的氧逸度。然而,关于橄榄岩蛇纹石化过程中各矿物(橄榄石、斜方辉石和单斜辉石)蚀变过程中铁的活动性仍没有详细的研究。本文报道了80~200℃、饱和蒸气压下,不同的初始流体、水岩比条件下,橄榄岩蛇纹石化过程中铁的活动性。结果表明,蛇纹石化流体的铁含量较低(0.0~0.7mmol/kg),没有形成铁氧化物或铁氢氧化物,铁主要富集在蛇纹石和未反应的初始矿物中(例如,橄榄石和辉石)。由橄榄石蚀变形成的蛇纹石和由斜方辉石蚀变生成的蛇纹石化学组成相差较大,前者富铁而贫铝,后者贫铁而富铝。但当初始流体为碱性的0.5mol/L Na Cl(aq)时,两种不同来源的蛇纹石组成相差不大。尤为重要的是,单斜辉石蚀变生成的蛇纹石铁含量较高,8.1%~10.2%Fe O,远高于单斜辉石的铁含量(2.6%Fe O)。以上表明,低温蛇纹石化过程中,铁不能够大规模、长距离的运移,但在微米尺度上是活动的。     

岛弧橄榄岩包体从地幔楔到地壳的旅行

岛弧岩浆作为俯冲作用的产物不仅可以理解大陆地壳的形成,而且对指示大陆地壳的循环作用具有重要的意义。目前关于岛弧岩浆的源区交代作用和分异深度等相关问题一直存在争议。其中,弧岩浆的结晶分异究竟发生在莫霍面附近并伴随着堆晶岩的拆沉,还是发生在更浅的地壳深度?     

新疆库地蛇绿岩中变质橄榄岩的结构、矿物组合及其成因——兼论地幔部分熔融及其产物的正确表述

新疆库地蛇绿岩中的变质橄榄岩具有呈网络状的二级粒序结构。第一级粒序由发育地幔塑性变形组构的粗粒橄榄石、斜方辉石及少量单斜辉石和尖晶石组成。第二级粒序由充填在第一级粒序颗粒之间的微粒矿物组成，在这种粒序中发现了四种含透闪石的矿物组合，它们是由残余地幔岩经过地幔交代作用和部分熔融作用形成的。同时还研究了铬铁矿中的矿物化学组成和成因。在此基础上，提出了上地幔岩初始熔体和部分熔融特征表述的设想     

新疆库地蛇绿岩中变质橄榄岩的结构、矿物组合及其成因——兼论地幔部分熔融及其产物的正确表述

新疆库地蛇绿岩中的变质橄榄岩具有呈网络状的二级粒序结构。第一级粒序由发育地幔塑性变形组构的粗粒橄榄石、斜方辉石及少量单斜辉石和尖晶石组成。第二级粒序由充填在第一级粒序颗粒之间的微粒矿物组成，在这种粒序中发现了四种含透闪石的矿物组合，它们是由残余地幔岩经过地幔交代作用和部分熔融作用形成的。同时还研究了铬铁矿中的矿物化学组成和成因。在此基础上，提出了上地幔岩初始熔体和部分熔融特征表述的设想。     

西藏泽当地幔橄榄岩中的异常矿物及其指示意义

雅鲁藏布江蛇绿岩带内多个地幔橄榄岩体产有金刚石、碳硅石等异常矿物组合,为了进一步探讨这些异常矿物形成的物理化学条件,在前人已有的研究基础上,对泽当地幔岩体中526 kg的方辉橄榄岩样品开展人工重砂矿物学研究工作。研究表明,同雅鲁藏布江蛇绿岩带内的其他岩体相似,泽当地幔橄榄岩也选出了包含金刚石、碳硅石、锆石等30余种矿物。异常矿物组合指示泽当地幔橄榄岩中存在局部的超高压、极还原环境,可能经历了复杂的演化过程:即古老地壳物质通过深俯冲或者折沉作用,进入地幔甚至是地幔过渡带(410~660 km),随后经历了超高压、极还原环境的改造,在后续的地幔柱或地幔对流作用中从洋中脊上升至浅部环境并返回到地壳中。该过程中地幔橄榄岩中的异常矿物组合记录了岩石的演化信息,因此开展地幔橄榄岩中异常矿物组合的精细矿物学研究,对认识壳-幔物质交换以及深部地幔动力学过程都有重要的研究意义。     

洋壳俯冲过程中的地幔楔上升对流：来自芝麻坊石榴子石二辉橄榄岩早期变质的证据

苏鲁超高压变质地体中发现了大量包裹在超高压（UHP）变质片麻岩和混合岩中的造山带石榴橄榄岩。根据它们的野外产出特征和全岩地球化学成分,其中一部分石榴橄榄岩的原岩来自于亏损地幔,后来被卷入俯冲陆壳并经受过俯冲陆壳产生的熔/流体的交代。但是,对这些岩石早期的亏损过程尚缺乏清晰的认识。本文报道了东海芝麻坊石榴子石二辉橄榄岩早期变质演化的新证据。根据详细的变质反应结构观察和矿物成分研究,芝麻坊石榴子石二辉橄榄岩在经历高压低温俯冲带型超高压变质之前经历了至少两期变质演化。其原岩矿物组合由石榴子石变斑晶的高Ca-Cr核部及其中包裹的高Mg单斜辉石、高Al-Cr斜方辉石和高Mg-Ni橄榄石所记录;指示芝麻坊石榴子石二辉橄榄岩的原岩为高温-高压的富集石榴子石二辉橄榄岩。第二期矿物组合为包裹在低Cr变斑晶石榴子石幔部和细粒新生石榴子石核部的大量富Al铬铁矿和高Mg低Ni橄榄石以及少量高Mg斜方辉石。该期组合未发现单斜辉石,表明岩石随后被转变为高温低压的难熔尖晶石方辉橄榄岩或尖晶石纯橄岩。芝麻坊石榴子石二辉橄榄岩的早期变质演化记录了它们被卷入大陆板片俯冲带之前的地幔楔上升对流过程。笔者认为芝麻坊石榴子石二辉橄榄岩的原岩来源于早期俯冲大洋板片之上的深部高温富集地幔楔,洋壳俯冲过程中的地幔楔对流导致其上升到弧后或岛弧之下的地幔楔浅部,减压部分熔融使原本富集的石榴子石二辉橄榄岩转化为难熔的尖晶石方辉橄榄岩或尖晶石纯橄岩。     

缅甸含硬玉的蛇纹石化橄榄岩及其围岩的岩石学研究

以缅甸帕敢地区含硬玉岩的蛇纹石化橄榄岩及其围岩－未细分的变质岩为研究对象，较详细地研究了各类岩石的岩相学，岩石化学及主要矿物的组成，认为该区超基性岩为含铬铁矿的蛇纹石化纯橄岩，它的围岩由含多硅白母蓝闪石片岩，石榴斜长角闪岩，大理岩及透辉石大理岩，石英岩等构成。通过其中典型的变质反应分析与计算，认为围岩的变质程度分别为蓝闪石片岩相和的高角闪岩相，其中蓝闪石片岩相的压力大于0．8－1．0GPa，斜长角闪岩相的温度为582度，通过对比分析世界上不同产地硬玉岩的特征，认为硬玉岩，尤其是优质者，产出环境如下：（1）容矿岩体属超基性岩，以含铬铁矿的纯橄岩为最佳；（2）围岩中存在低温高压变质岩，即蓝闪石片岩－榴辉岩类；（3）位于与俯冲带有关大地构造单元内。     

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。     

波速测试技术在岩土工程勘察中的应用

波速测试在岩土工程勘察中可快速获取岩土体的弹性波速,为建筑工程设计及施工提供科学依据。本文主要在单孔速度检层法的工作原理基础上,以合肥新型轨道交通产业园试验线研发基地为例,阐明该技术在工程实践中的应用效果,不但可以计算土层的等效剪切波速、卓越周期,而且在此基础上,还可以完成建筑场地类别的评判。     

波速测试技术在岩土工程勘察中的应用

波速测试在岩土工程勘察中可快速获取岩土体的弹性波速,为建筑工程设计及施工提供科学依据.本文主要在单孔速度检层法的工作原理基础上,以合肥新型轨道交通产业园试验线研发基地为例,阐明该技术在工程实践中的应用效果,不但可以计算土层的等效剪切波速、卓越周期,而且在此基础上,还可以完成建筑场地类别的评判.     

湘西桑页1井页岩弹性波速实验研究

随着页岩气勘探开发工作的不断深入,地震相关勘探技术在页岩气钻井部署和页岩气富集带或"甜点"区评价中发挥重要作用。不同应力环境下岩石的弹性波速及其各向异性实验数据是地震资料叠前反演的重要约束性基础资料,对深部页岩气地球物理探测、储层评价及甜点预测具有重要意义。本文以湘西桑页1井龙马溪组页岩、五峰组页岩及底板泥灰岩钻孔岩芯为研究对象,实验测量了不同应力条件下岩芯的弹性波速特征,计算了应力环境下的波速差异,并对比了页岩与泥灰岩的波速各向异性。结果表明,在5~100 MPa应力环境下,粉砂质、硅质和含粉砂页岩的纵波速度分别为4.8~5.1 km/s、5.1~5.3 km/s和5.2~5.5 km/s,泥灰岩的纵波速度在5.9~6.4 km/s之间;原位应力环境下,页岩与泥灰岩的纵波速度差异介于14.9%~21.7%之间;受微裂缝和层理面的影响,页岩垂直层理方向纵波速度明显低于平行层理方向,而泥灰岩的纵波速度为平行层理方向明显高于垂直层理方向。     

冀西北万全地区大麻坪地幔岩包体高温高压弹性波研究及其地质意义

对河北大麻坪碱性玄武岩及其内的辉石岩和二辉橄榄岩包体进行了不同温压条件下的弹性波速测定。结果表明,岩石波速与压力正相关,与温度负相关;相同条件下二辉橄榄岩的弹性波速最大,辉石岩次之,玄武岩最小。在1.4GPa压力下获得二辉橄榄岩和辉石岩的弹性波速分别为7.87km/s和7.47km/s,最接近壳幔过渡带的弹性波速。而现代地球物理资料显示该地区莫霍面深度为32km,认为26Ma以来,该地区发生了大规模的岩石圈减薄地质事件。     

铬在橄榄石中的赋存状态：西藏罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中的富铬橄榄石及对深部地幔成因的启示

西藏罗布莎蛇绿岩的地幔橄榄岩和铬铁矿中含有目前世界上已知最富铬的包裹体橄榄石(Cr2O3含量最高达1.49%)和富含铬铁矿出溶体的变形残晶橄榄石。通过对富铬橄榄石产出特征和其中Cr与其他元素相关关系的分析,结合前人的研究,指出铬是以还原态的Cr2+进入橄榄石晶格的,Cr2+可能以占据空位和部分替代Fe2+的方式稳定于富铬橄榄石初始相的晶格中。鉴于前人在罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中大量超高压强还原相矿物的发现,认为这些富铬橄榄石的初始相可能为形成于地幔过渡带或下地幔的瓦兹利石或林伍德石,富铬橄榄石的产出也反过来证明了罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中部分物质的深部地幔来源。     

波速测试技术在场地抗震评价中的应用研究

波速测试技术是地震勘探方法之一,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。它通过获取的地震波在经过不同深度的岩、土层的直达波旅行时,求得纵波、剪切波波速,进而通过弹性波理论,计算出岩、土层动弹性力学参数,同时也可以根据剪切波的波速,来划分场地土类型和建筑场地类别,以及计算卓越周期,这些参数可以为场地抗震设计及地震安全性评价提供依据。这里简述了波速测试技术的工作原理和野外实测技术,以及数据处理和资料解释全过程,并且结合某一建筑场地的实例,说明了波速测试技术在场地抗震评价中的应用及其效果。     

地幔橄榄岩部分熔融及相转变（尖晶石相→斜长石相）过程中的固相化学成分演化──Ⅰ．实验研究

在温度为ｌｌ３０─ｌ４５０℃，压力为０．４─２．０ＧＰａ条件下，实验研究了地幔橄榄岩部分熔融及相转变（尖晶石相→斜长石相）过程中的固相化学成分演变。在部分熔融中，随熔融度的增大，橄榄石的Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ｆｅ）尖晶石和斜方辉石的Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ｆｅ）及Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）逐渐增大；而橄榄石中的Ｃａ含量增至单斜辉石消失后逐渐降低；尖晶石中的Ｔｉ以较低的含量（ＴｉＯ２＜０．１５％）保持不变或稍有降低；斜方辉石中的Ｔｉ含量及单斜辉石的Ｎａ和Ｔｉ含量逐渐降低，直至非常小的值。在从尖晶石橄榄岩向斜长石橄榄岩的相转变过程中，尖晶石强烈富Ｔｉ，且其Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）逐渐增大；斜方辉石中的Ｔｉ含量和Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）同时逐渐增大；单斜辉石中的Ｎａ含量降低而Ｔｉ含量升高或保持不变。当斜长石橄榄岩经受了部分熔融（即使很微弱），其在相转变过程中引起的各矿物相的化学成分特征要全部消失，而表现部分熔融作用的特征。这可作为判别橄榄岩在斜长石相域内是否经历了部分熔融的标志。关键词     

地幔橄榄岩部分熔融及相转变（尖晶石相→斜长石相）过程中的固相化学成分演化──Ⅱ．在自然岩石中的应用

分析了全球一些有代表性的上地幔尖晶石橄榄岩和斜长石橄榄岩中各矿物的化学成分变化特征。发现在斜长石橄榄岩中，尖晶石和斜方辉石富Ｔｉ，且Ｔｉ含量随Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）的增大而增大；单斜辉石富Ｔｉ贫Ｎａ，其Ｔｉ含量随Ｎａ含量的增大而减少。据此，结合实验结果，可以肯定世界各地大多数斜长石二辉橄榄岩在斜长石相域内未经受部分熔融。岩体所曾经受的部分熔融只发生在尖晶石或石榴石相。它们的相对熔融度可以用下面两个指标来估计：（１）最贫Ｔｉ尖晶石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）；（２）单斜辉石的最高Ｎａ含量。对于尖晶石橄榄岩，从二辉橄榄岩、方辉橄榄岩到纯橄榄岩，其尖晶石和斜方辉石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）逐渐增大，而含量很低的Ｔｉ或Ｎａ在尖晶石、斜方辉石及单斜辉石中保持不变或趋向逐渐减小。尖晶石橄榄岩的相对熔融度可据尖晶石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）和单斜辉石的Ｎａ含量来判断。     

尖晶石在地幔橄榄岩部分熔融和亚固相平衡过程中的化学指示——实验研究及在自然岩石中的应用

以三组不同的重组的尖晶石橄榄岩为起始成分.在压力为0.10—0.15GPa和温度为1000—1380℃条件下,进行了系统的部分熔融和亚固相平衡实验。实验结果显示,在部分熔融过程中,尖晶石的Mg＃,即Mg/(Mg+Fe),和Cr＃,即Cr/(Cr+Al),随熔融度的增大而增大;在亚固相平衡过程中,尖晶石的Mg＃随温度的升高而增大,但Cr＃在纯橄榄岩中保持不变,而在二辉和方辉橄榄岩中稍有增大。尖晶石的Mg＃—Cr＃间反相近线性代表了一种非整体平衡的等热关系。计算模拟得到同样的结果。这同时被自然橄榄岩中尖晶石的Mg＃—Cr＃间的关系所证明。由于亚固相条件下平衡的结果,尖晶石的化学成分中只有Cr＃变化不大,故能用来衡量其所在岩体曾经受的相对熔融度。即尖晶石的Cr＃越大,所在岩体经受的熔融度越大。相反,尖晶石的Mg＃和Cr＃在岩浆结晶过程中应随温度的降低而减小;因此,可用玄武岩中尖晶石的Cr＃来指示其岩浆的原始Cr_2O_3/Al_2O_3特征,及用尖晶石的环带特征来探讨岩浆的演化(冷却速度,混染情况)。     

机器学习在地幔地球化学研究中的应用

高温高压条件下的热力学平衡是开展地幔地球化学研究的重要基础。目前,对地幔条件下矿物和熔体的热力学平衡的认识还存在一些不足,即地幔地球化学的实验和天然样品数据(压强、温度和成分等)构成的高维度矩阵中离散点之间的关系还未被充分厘清。机器学习是挖掘数据的有效工具,通过回归、分类等算法,可以为地幔条件下的热力学平衡提供新认识。已开展的实例研究包括温压计、熔体中元素的溶解度、矿物的三价铁含量、判断地幔捕掳体是否发生交代作用、判断样品是否发生氢扩散作用,等等。本研究方向的发展还需要机器学习方法的普及、基础数据库正确率和数据质量的提高以及算法的改进。