从随州陨石研究探讨地幔的高压矿物组成

随州陨石母体在30 Ma前遭遇一次其他星体的撞击后,矿物发生了冲击变质作用,产生了几条宽度仅为0.02～0.09 mm的冲击熔脉.我们在随州陨石熔脉内和熔脉边部先后发现了多种冲击成因的高压相矿物,如粗粒的、由固态相变形成的林伍德石、低钙辉石的镁铁榴石相、钛铁矿相和钙钛矿玻璃相、NaAlSi3O8-锰钡矿相、涂氏磷钙石和铬铁矿的两种后尖晶石高压多形—CaFe2O4结构相和CaTi2O4结构相（其中后三种为首次发现的高压相新矿物）,以及细粒的、在高压下从硅酸盐熔体结晶的镁铁榴石-镁铝榴石固溶体、镁方铁矿和林伍德石微晶集合体.此外,在陨石主体中还见有斜长石的高压熔体相—熔长石.熔长石和多种高压相矿物的存在,限定了随州陨石主体所受压力、温度分别为20 GPa和1100℃,熔脉内则高达23～25 GPa和2000～2300℃.上述撞击产生的压力与地球内部地幔转换带下部到下地幔顶部的压力相当.大量天然产出的高压相矿物在随州陨石中的发现,对了解深部地幔的矿物组成和元素地球化学行为具有重要理论意义.     

动态高压下陨石矿物的冲击熔融和分离结晶及其地球化学意义

应用近代微束矿物学分析测试技术,对在中国陨落的随州、寺巷口和岩庄等三块球粒陨石中矿物的冲击熔融和分离结晶作用进行了较系统的研究。查明存在有硅酸盐单矿物熔体、硅酸盐矿物混合熔体和全岩熔体三种组成不同的冲击熔体。研究结果显示:(1)三种熔融相与未熔相之间在主成分和微量元素组成上没有明显差别,说明它们是原地熔融的产物,但在较大的冲击熔块中,也发现冲击熔融作用引发了一部分元素,如亲铁元素、硒元素和轻重稀土元素的分异现象;(2)查明Al2O3、Cr2O3、Na2O和CaO等优先进入从冲击熔体结晶的辉石常压相或辉石的高压相——镁铁榴石(属地幔过渡带矿物)中;(3)Al元素能进入阿基莫石(即辉石的钛铁矿结构相,属下地幔矿物)中,以固熔体形式稳定下来。ELNES的测定查明,其氧化铁组分中Fe3+/∑Fe的比值高达0.67(3);(4)陨石全岩熔体中硅酸盐相与金属-硫化物相之间为完全不混熔,后者以孤立的共结体团块产于硅酸盐熔体之中,除Zn、Na、Cr、Co和Cu在硫化物相中和Na在金属相中有明显富集外,其他元素的浓度则无明显变化;(5)在寺巷口陨石熔脉的金属-硫化物共结团块内发现了FeNi金属-硫化铁-磁铁矿组合,进一步证实了S和O等轻元素可以加入到以Fe-Ni金属为主要组成的地核成分中去;(6)在岩庄陨石的FeNi金属-硫化铁共结体团块的硫化铁内发现了Na、Mn和Fe的磷酸盐矿物小球体,说明P和Na、Mn等元素也能成为地核的组成元素。以上研究在行星演化、地幔矿物学和地球化学,以及陨石学研究上均有着重要的科学意义。     

天然高压矿物研究的新进展及其在地幔矿物学中的意义

对地表陨石坑岩石和陨石的冲击变质效应的研究, 是以往发现天然高压矿物的主要途径。α-PbO2 超斯石英、(Na,K,Ca)AlSi3O8-锰钡矿以及磷灰石高压同质多像变体等是几个近期在陨石中发现的天然高压相,这些高压相很可能存在于地幔之中。天然高压矿物的发现对地幔矿物学研究和发展起了推动作用。     

球粒陨石金属相在热变质及熔融条件下的组成变化

作者运用仪器中子活化分析法(INAA)和放射化学中子活化分析法(RNAA)分析测定了吉林陨石(H群)高温高压实验产物金属相中元素Ni,Co,Cu,Cr,Mn,Ga,Ir,Au,As,Ru,Pd,O_s和P_t的含量,根据这些结果讨论了母体热变质和熔融作用对球粒陨石金属相组成的影响,并提出了元素熔融贫化因子f来定量描述这些影响的大小。     

南极陨石GRV 022115冲击熔融脉矿物学研究

文章主要通过电子探针、扫描电镜、激光拉曼光谱、透射电镜等微区微分析技术研究GRV 022115球粒陨石的基础矿物学特征和冲击变质矿物学特征，探讨陨石冲击熔融脉的形成机制和界定其母体的冲击条件。陨石主岩主要由橄榄石、辉石、熔长石、铁镍金属和硫化物等矿物组成。根据主岩的硅酸盐矿物学特征，确定GRV 022115是风化程度较低（W1） 的L6型普通球粒陨石，与前期分类结果一致。根据熔融脉内含有大量林伍德石的现象，修正GRV 022115陨石的冲击级别为S6，比原定的S5高一个级别。GRV 022115球粒陨石中有多条冲击熔融脉，熔融脉由基质和主岩碎块包裹体两类岩相组组成。熔融脉基质的主要组成是微米级粒状镁铁榴石与纳米级的含铁方镁石，是在平衡冲击压力下结晶的产物。冲击熔融脉主岩碎块包裹体中的橄榄石、低钙辉石、长石碎块已部分或全部转为相对应的高压相。橄榄石相变为林伍德石；个别低钙辉石相变为钙钛矿结构布里奇曼石微晶的集合体；长石主要相变为熔长石与玲根石。几乎所有的主岩碎块都有高温熔融的圆滑边界。熔融脉内外同类矿物的主量和微量元素具有一定的差异性，该差异性可以反映高温高压下混溶作用和扩散作用的影响。结合陨石冲击熔融脉形成机制和结晶模型，根据熔脉基质中镁铁榴石+方镁石矿物组合及静态高温高压实验相图，界定该陨石经受的冲击压力为23~27 GPa。     

矿物在静、动态高压下相变P-T历史的比较研究

通过对球粒陨石的静态高压淬火实验和人工动态高压实验的研究和综合分析，以及对在太空中经受过撞击的随州陨石中矿物发生高压相变的研究，查明了自然界的冲击事件，如星体的相互碰撞和陨石对地球表面的撞击中，矿物发生相变的P-T务件与人工冲击波实验的结果并不一致，而与静态高压淬火实验的结果相似，即前者类似静态高压淬火实验，保压时间较长。能产生高压矿物，后者保压时间极短，无高压矿物形成。因此，能够用静态高压淬火实验的结果来推定天然冲击事件中矿物的P-T历史。     

肇东陨石高压加热—熔融实验研究

在30kbar压力下进行了肇东陨石的加热-熔融实验。实验结果表明。从840℃至2050℃,陨石中的金属-硫化物相经历了熔融—两相混溶的过程,最终形成一种Fe、Ni、Co、S之比不相等的多相混合物。而陨石中的硅酸盐相经历了热变质—熔融—熔融分异的过程。初熔温度为1610℃,2050℃时熔体发生分异,有富Si、Al的硅酸盐新相分离出来。以上述结果为依据,本文对类地行星早期层圈构造的形成机制进行了探讨和推论。     

动态熔融过程中辉长岩主要矿物的熔融序列及其熔融动力学研究

本文以高温高压动态熔融条件下的实验辉长岩样品为研究对象,系统研究了主要矿物的熔融序列和熔融现象,并从熔融动力学的角度对其进行了解释。通过对熔融条件和熔融机制的复杂性和作用机理进行的深入分析,澄清和得出了以下几点重要认识：（1）在具体的熔融环境条件下,斜方辉石可以比单斜辉石先熔;（2）熔融阶段、熔融速率不同,矿物的熔融机制也不同,从而导致熔融现象,熔融产物不同;（3）化学因素、或者说元素交代作用．在地质条件下的熔融过程中可能起着重要作用,这和纯物理学上强调的物理熔融有很大不同;（4）一种熔融现象或熔融序列．可能是受多种熔融奈件制约的,要进行综合分析对比,才能确定其具体的熔融性质,从而为理解和认识具体的地质过程服务。     

西藏日喀则地区拉斑玄武岩的高压熔融实验研究

压力5—47 kbar,温度800—1345℃范围内,对西藏日喀则地区拉斑玄武岩进行熔融实验研究,确定了熔融曲线和高压矿物相关系。低压下(低于13 kbar)斜长石和橄榄石为稳定相。固相线以上,压力高于13 kbar,斜长石、橄榄石相继消失。压力超过25kbar,出现了石榴石。用电子探针法分析熔融样品中的玻璃成分,发现液相成分随着压力升高而变化,Na_2O和K_2O的含量增长。     

玄武岩的高压熔融—结晶实验研究

在13.5—38.0kbar压力下,对福建闽清碱性玄武岩进行了高压熔融曲线的测定和干、湿两种体系的熔融-结晶实验。根据实验结果,讨论了压力以及水的加入对于玄武岩熔体的晶出温度、晶出矿物的种类、矿物化学成分、自形程度的影响。还对玄武岩中巨晶矿物的形成条件做了探讨。     

Laser Ablation ICPMS study of trace element partitioning between plagioclase and basaltic melts: an experimental approach

Plagioclase-melt partition coefficients (D) for 34 trace elements at natural concentration levels were determined experimentally in a natural MORB composition at atmospheric pressure using thin Pt-wire loops. Experiments were carried out at three temperatures (1,220, 1,200, and 1,180°C), and at three different oxygen fugacities (fO₂ = IW, QFM, air) in order to assess the effect of fO₂ on the partitioning of elements with multiple valence (Fe, Eu, Cr). Run products were analyzed by laser-ablation ICP-MS. Most trace element Ds increase slightly as temperature decreases, except for D _Zr, D _Fe, D _Eu and D _Cr that vary systematically with fO₂. Applying the Lattice Strain Model to our data suggests the presence of Fe²⁺ entirely in the octahedral site at highly to moderate reducing conditions, while Fe³⁺ was assigned wholly to the tetrahedral site of the plagioclase structure. Furthermore, we provide a new quantitative framework for understanding the partitioning behaviour of Eu, which occurs as both 2+ and 3+ cations, depending on fO₂and confirm the greater compatibility of Eu²⁺, which has an ionic radius similar to Sr, relative to Eu³⁺ in plagioclase and the higher Eu²⁺/ Eu³⁺ under reducing conditions. For petrogenetic basaltic processes, a combined fractionation of Eu²⁺–Sr and Fe–Mg by plagioclase has considerable potential as an oxybarometer for natural magmatic rocks.     

Dislocation generation, slip systems, and dynamic recrystallization in experimentally deformed plagioclase single crystals

Three samples of gem quality plagioclase crystals of An60 were experimentally deformed at 900 °C, 1 GPa confining pressure and strain rates of 7.5–8.7×10⁻⁷ s⁻¹. The starting material is effectively dislocation-free so that all observed defects were introduced during the experiments. Two samples were shortened normal to one of the principal slip planes (010), corresponding to a “hard” orientation, and one sample was deformed with a Schmid factor of 0.45 for the principal slip system [001](010), corresponding to a “soft” orientation. Several slip systems were activated in the “soft” sample: dislocations of the [001](010) and 110(001) system are about equally abundant, whereas 110{111} and [101] in ( 31) to ( 42) are less common. In the “soft” sample plastic deformation is pervasive and deformation bands are abundant. In the “hard” samples the plastic deformation is concentrated in rims along the sample boundaries. Deformation bands and shear fractures are common. Twinning occurs in close association with fracturing, and the processes are clearly interrelated. Glissile dislocations of all observed slip systems are associated with fractures and deformation bands indicating that deformation bands and fractures are important sites of dislocation generation. Grain boundaries of tiny, defect-free grains in healed fracture zones have migrated subsequent to fracturing. These grains represent former fragments of the fracture process and may act as nuclei for new grains during dynamic recrystallization. Nucleation via small fragments can explain a non-host-controlled orientation of recrystallized grains in plagioclase and possibly in other silicate materials which have been plastically deformed near the semi-brittle to plastic transition.     

构造附加动力对煤变质过程的影响

本文从固体力学、构造物理化学的角度分析了煤岩所受应力的来源、性质以及应力在煤变质过程中的影响方式。作者在前人研究基础上,阐述了构造动力影响过程中煤岩能量的转换形式,分析了应力在烟煤分子团聚过程中的影响。研究认为,煤岩所受的各种应力(压应力、拉应力、剪应力)为地层压力与构造动力所造成的附加内力。这种附加内力可以分解为构造附加静水压力与偏应力两部分。构造附加静水压力主要影响煤岩的物理性质,如孔隙度、颗粒性质与瓦斯吸附特征,并对煤的化学煤化过程有缓慢促进作用。偏应力主要使煤岩发生变形和位移。煤化过程中,由构造运动所产生的动能转化为各种形式的热能、表面能、弹性变形能以及声、光、电、磁等形态能量。     

南极月球陨石MIL05035矿物学、岩石学及演化历史

月球陨石MIL05035岩石类型上属于普通辉石低钛玄武岩,粗粒辉长结构,无角砾化。主要矿物为辉石(60.2%)、斜长石(27.3%)和橄榄石(6.05%),次要矿物为石英(4.36%)、钛铁矿(1.25%)和陨硫铁(0.84%),含极少量富Ti、Fe尖晶石和磷灰石,广泛发育由钙铁辉石+铁橄榄石+石英组成的后成合晶三相集合体。辉石颗粒具有明显的化学成分不均匀性和出溶片晶,核部相对贫铁钙富镁(Fs30.2-60.8Wo14.2-35.0),边部富铁钙贫镁(Fs47.5-64.9Wo22.8-44.3)。熔长石化斜长石具有微弱的成分环带,边部相对富碱金属元素(Ab9.3-12.3,Or0.31-1.03),核部则相反(Ab7.6-10.6,Or0.12-0.36),含有未熔长石化的残留斜长石。橄榄石具有粗晶橄榄石(Fa95.5-96.6)和后成合晶中细粒橄榄石(Fa88.9-93.5)两种产状。石英具有脉状、团块状和蠕虫状等产状:脉状石英大部分转变为二氧化硅玻璃,核部石英具有较宽的拉曼谱特征峰(448~502cm-1),证明其经历了冲击变质与退变质作用;团块状石英分布于粗粒橄榄石颗粒间或橄榄石与斜长石和辉石接触边界上,与斜长石构成充填结构;蠕虫状石英分布于细粒后成合晶中。粗粒辉石边部铁辉石和后成合晶中辉石成分的继承性、结构上的延续性、光学特征上的冲击暗化现象、与冲击熔脉结构上的相关性和后成合晶中发育与粗粒辉石方向几乎一致的解理等方面的证据,认为后成合晶可能由于铁辉石在冲击压力释放与温度降低后的退变质作用下分解形成。根据岩石矿物结构观察、成分分析和MELTS模拟表明该陨石母岩的岩浆演化过程可能为:母岩浆在温度降低后首先产生极少量钛铁尖晶石、其次是普通辉石和钙长石先后结晶;随着温度下降,贫钙铁普通辉石、铁钙铁辉石和铁普通辉石等在普通辉石边部大量结晶,钙长石边部分异结晶少量培长石或拉长石;随着温度继续下降,早期结晶的普通辉石析出易变辉石等出溶片晶,橄榄石在辉石和斜长石边部结晶;其后,钛铁矿和陨硫铁析出,石英沿橄榄石和钙长石等先结晶矿物裂隙充填。出露月表后强烈的冲击变质作用使斜长石几乎全部转变为熔长石、石英大部分转变为二氧化硅玻璃,并具有一系列面状变形,冲击熔脉发育,冲击变质程度至少为S5。本研究为月球的岩浆演化和冲击变质过程提供了重要证据。     

高低压下不同力学特性的砂土统一模型

为构建能够反映砂土高低压下不同力学特性的统一模型,分析了砂土在较大的压力范围内的力学试验结果并获取其强度、等向压缩以及临界状态特性参数。通过引入应力路径相关因子来修正塑性应变增量中与应力路径相关的部分,从而使得模型硬化参量能够反映密实砂土在常压下的剪胀特性。同时,基于砂土的临界状态特性提出能够与砂土内部状态相对应的潜在状态面概念,由屈服面与潜在状态面间的动态关系确定加载过程中的动态密实参数及潜在强度,进而使得硬化参量也能够反映密实砂土在常压下的软化特性及高压下的剪缩、硬化特性。分析模型屈服面及潜在状态面间的演化规律并对不同压力等级下的砂土受荷力学行为进行模拟预测,证实了该模型能够反映密实砂土常压下剪胀软化及高压下剪缩硬化的特性。     

Insights into chondrule formation process and shock-thermal history of the Dergaon chondrite (H4-5)

The Dergaon fall represents a shock-melted H4-5(S5) ordinary chondrite which includes at least ten textural varieties of chondrules and belongs to the high chondrule-matrix ratio type.Our study reveals that the chondrules are of diverse mineralogy with variable olivine-pyroxene ratios(Type Ⅱ),igneous melt textures developed under variable cooling rates and formed through melt fractionations from two different melt reservoirs.Based on the experimental analogues,mineralogical associations and phase compositions,it is suggested that the Dergaon chondrules reflect two contrasting environments:a hot,dust-enriched and highly oxidized nebular environment through melting,without significant evaporation,and an arrested reducing environment concomitant with major evaporation loss of alkali and highly volatile trace elements.Coexistence of chlorapatite and merrillite suggests formation of the Dergaon matrix in an acidic accretionary environment.Textural integration and chemical homogenization occurred at ~ 1 atmospheric pressure and a mean temperature of 765 C mark the radiogenic thermal event.Equilibrated shock features(olivine mosaicism,diaplectic plagioclase,polycrystalline troilite) due to an impact-induced thermal event reflect a shock pressure 45 GPa and temperature of 600 C.By contrast,the local disequilibrium shock features(silicate melt veins comprising of olivine crystallites,troilite melt veins and metal droplets) correspond to a shock pressure up to 75 GPa and temperature950 ℃.     

赣杭构造带相山火山侵入杂岩的岩浆演化特征——来自斜长石和黑云母的化学成分研究

黑云母、斜长石等矿物可作为寄主岩石的岩浆演化的指示剂。本文借助电子探针微区分析技术,通过对赣杭构造带中相山盆地火山侵入杂岩中这些矿物的化学组成进行定量分析发现:碎斑熔岩、花岗斑岩及石英二长斑岩的斜长石环带不明显,并且主要是中长石;石英二长斑岩中黑云母矿物成分为镁质黑云母和铁质黑云母,化学成分更为接近研究区镁铁质微粒包体中黑云母的成分,而碎斑熔岩及花岗斑岩中黑云母的镁含量较低。结合黑云母、斜长石矿物的化学特征及前人的工作研究,相山碎斑熔岩和花岗斑岩的物质来源主要是壳源,没有明显地幔物质的加入,而石英二长斑岩有一定量的地幔物质的加入,并且这个地幔物质的加入发生在石英二长斑岩的黑云母开始结晶之前。