氧的地球化学——壳幔岩石中氧离子(O~(2-))不用动原理

文章阐发了地球内部壳幔岩石的质变基本规律:氧的地球化学——壳幔岩石中氧离子(O2-)不用动原理。笔者认为,自然界岩石尽管千变万化,具有种种成因和形成环境,但其主体含硅岩石基本上由两大部分组成:即阴离子O2-(占岩石体积的90%以上)和元素周期表中的其他数十种阳离子(仅占岩石体积的10%以下)。因此,壳幔岩石的主体是氧。矿物、岩石之间的反应千变万化,但氧离子(O2-)是不用动的,只是阳离子的带入、带出。氧离子影响到各种阳离子在晶格中的换位,决定了壳幔岩石的存在和变化。     

高压相变晶体化学:Ⅰ.高压下SiO_2物相氧硅离子的半径变化和迁移行为

高压下随着压力增加,氧化物及硅酸盐矿物中的阳离子会发生从配位数低的多面体向配位数高的多面体迁移的现象,这种迁移是由于阴阳离子半径的比值发生改变引起的。对SiO2在高压下形成的各种多形的氧和硅的离子半径进行计算,发现氧离子半径是随压力增加及相变的发生而逐渐缩小,但硅离子半径随压力增加及相变的发生而有明显的增大。这种现象可能是在高压下离子化合物逐渐向金属相化合物转变引起的。     

地球各圈层氧离子平均体积守恒规律的发现

在氧化物和硅酸盐晶体结构中,氧离子作某种形式的堆垒,金属阳离子则充填于堆垒的空隙之中。氧离子体积比阳离子体积大得多,而且数量也多。所以,作为“实体球”而言,氧的总体积比阳离子总体积是25:1～30:1。也就是说,实体体积中有95％是由氧占着。假若我们把整个晶体的体积都归属于氧,于是就可以算出每个氧离子平均体积Vo(简称氧平均体积)。这是一个很有意义的概念。叶大年在开展国家科学基金项目“硅酸岩矿物和岩石中某些统计结晶化学规律的研究”时,将这个概念引入结构光性矿物学和材料学的研究之中,揭示出一些定量的规律。最近,本文作者对氧平均体积的研究取得了很大进展,说明氧     

硅酸盐熔体微结构单元的探讨

为了深入了解熔融硅酸盐的各种性质，综合前人的资料并结合自己的实验结果，对硅酸盐熔体中的微结构单元进行了探讨。熔体中包含5种不同的硅氧四面体(以Qn表示，n为四面体中的桥氧数目)，不同的硅氧键中的电荷分布以及Qn在Raman谱图中的特征位移区有区别，熔态谱和玻璃态谱之间也存在差别，同组成熔体和淬冷玻璃中，同一Qn具有不同的摩尔分数、自由能和无序度，并且熔体中Q4的振动是非Raman活性的。     

膨胀蛭石的性质及其应用前景

蛭石是一种复杂的铁、镁含水硅铝酸盐类矿物,呈薄片状结构,由两层层状的硅氧骨架,通过氢氧镁石层或氢氧铝石层结合而形成双层硅氧四面体,"双层"之间有水分子层.高温加热时"双层"间的水分变为蒸汽产生压力,使"双层"分离、膨胀[1].蛭石在150℃以下时,水蒸气由层间自由排出,但由于其压力不足,蛭石难以膨胀.温度高于150℃,特别是在850～1000 ℃时,因硅酸盐层间基距减小,水蒸气排出受限,层间水蒸气压力增高,从而导致蛭石剧烈膨胀.     

高电荷密度阳离子在硅酸盐不混溶液相间的分配

在硅酸盐液相不混溶过程中,高电荷密度(HCD)阳离子优先进入较基性的不混溶熔体相中,这与它们在岩浆分离结晶过程中的行为正好相反.根据这个原理,可区分岩石(矿石)是液相不混溶成因还是结晶分异成因.HCD阳离子在两共轭液相中的分配主要由其聚合程度强弱决定.在基性熔体中,非桥氧(NBO)数较多,要求更多的HCD阳离子以求配位.两液相中结晶相的存在会严重影响HCD阳离子的配分性质.     

硅酸盐中金属离子对Si—O键影响的量子化学研究

本文用CNDO/2法,研究了不同金属离子对硅桥氧键(Si—O~(br))及硅端氧键(Si-O~(ter))的影响。得到了硅酸盐骨架中硅氧键的性质与氧的成键状态、配位数以及金属离子影响之间的规律性。用得到的这些规律,可望较好地研究矿物学、地球化学、硅酸盐材料及冶金炉渣结构等同题。     

高温硅酸盐熔体粘度与网络分数维值的相关性研究

对高温硅酸盐熔体粘度的估算一直是国际地学界热点问题之一,本文在研究了高温硅酸盐熔体网络分数维值的基础上,建立了估算熔体粘度的新模式 (简称 FD模式 ) ,阐明了熔体粘度值除了与温度成反比外,还与分子网络介观尺度的自相似比 ri 和分数维值 D相关,即与分子网络 (纳米尺度以上 )中的桥氧数 Ni成正比 (Ni∝ ) , 与单位硅氧四面体中的非桥氧数成反比.经对 4个硅酸盐系列高温熔体的粘度测定证实, FD模式的理论计算值与实测值吻合,且优于现今国际通用的 VTF模式.为探索岩浆迁移演化规律和完善新型低维材料的性能提供了新的理论依据.     

结构矿物学的新成果

四、矿物大孔洞骨架结构的分类 (接上期) 矿物中大孔洞骨架构造首先是在沸石族矿物中发现的。沸石是一类架状构造铝硅酸盐,具有很空旷的硅氧骨架,结构中有许多孔径均匀的孔道和内表面很大的孔穴,其中含有水分子,这些水分子在加热时可以被赶出,硅氧骨架并不破坏,在合适的湿度下水分子也可重新进入骨架,此种水称为“沸石水”。结构的孔道和孔穴中还可存在有一些阳离子,这些阳离子常是电价较低、半径较大的碱金属或碱土金属离子,结构中的这些离子可以与矿物所处的溶液中的离子发生交换,因此称为“交换性阳离子”。由于沸石结构具有上述特点,它可以作为吸附剂、分离剂(分子筛)、催化剂、离子交换剂而被应用,工业上称之为分子筛。由于沸石分子筛具有很高的活性、较好的选择性和热稳定性,使得沸石分子筛在化工、石油、冶金、建材、医药等方面得到广泛的应用。一般所说的分子筛就是指的沸石分子筛。     

结构矿物学的新成果(续)

六、硅氧骨干的分类问题硅酸盐矿物的结构是人们比较关心的课题,下面分五部分来介绍:(一)硅酸盐矿物的结构研究的几个阶段:第一阶段,以W.L.Bragg为代表,在三十年代他研究了一些最重要的硅酸盐造岩矿物,形成了硅酸盐体系:岛状:[SiO_4],[Si_2O_7],[Si_3O_6],[Si_6O_(12)]链状:单链[siO_3]_n;双链[Si_4O_(11)]_n层状:[Si_4O_(10)]_n如云母架状:[Si_2O_4]_n如Na[ALSi_3O_8]在矿物学中形成了这样的概念,硅酸盐的结构以硅氧骨干为主体,矿物的性质,如解理,形态特征,光学性质,阳离子种类与硅氧骨干有关.这是硅酸盐研究的奠基阶段.     

Behaviour of Silicate Melts in Respect of Volume

The volumes per oxygen of some silicate melts have been calculated and then compared with those of silicate glasses.It is suggested that the volume of a silicate melt can be divided into two parts.One is contri buted by the silicon-oxygen network and the other by the “oxides”.Variation patterns of VPOs suggest that the volume of the Si-O network generally remains unchanged and the expansion of the melt is caused mainly by the locat expansion of the “oxides”.It is further proposed that the radius of O^2- shows little variation,in striking contrast to the radius of cations.The mechanism governing the expansion is discussed in detail.     

Na_2O或Na_2SiF_6影响硅酸盐熔浆粘度值的实验研究

本文通过不同的熔融温度下Na_2O或Na_2Si F_6影响硅酸盐熔浆粘度值的实验研究,分析了火山岩熔浆分异的机制,提出了富铁高钠质硅酸盐熔浆分异为富铁熔浆甚至硫铁矿“流”的可能性。这一论点合理地解释了云南大红山矿区Ⅱ富铁矿体的成因。     

同结线附近AbxAnxDiy系列硅酸盐熔体结构及其结晶相的光谱研究

通过高温熔融，对同结线附近一系列硅酸盐熔体进行淬冷或不同速度冷却，实验获得的样品经过显微拉曼光谱分析，对比研究了AbxAnxDiy系列熔体在不同结线附近熔体结构跨相区变化情况，以及析出晶体对相应熔体结构的继承特点，熔体结构单元相对含量，在相界线两侧有某种程度的突变，熔体结构的变化对熔体的粘度，密度影响不同，拉曼光谱检测显示，硅酸盐玻璃的结构对降温速度变化不敏感，晶体对其相应熔体结构的部分继承作用，可能意味着晶体生长单元与熔体结构单元密切相关。     

硅酸盐熔体包裹体均匀化过程的动力学性质

硅酸盐熔体包裹体的研究,和以模拟实验为主的实验岩石学,实验矿物学一样,已经成为现代岩浆岩石学,尤其是理论岩浆岩石学研究的一个必不可少的组成部分。均匀化测温研究,是硅酸盐熔体包裹体研究的一个重要组成部分。其方法是对于呈封闭系统的硅酸盐熔体包裹体进行加热,在反方向上,再造这些包裹体从结晶到熔融的所有阶段,直至其完全均匀化,也就是恢复到它们被生长着的矿物包含、捕获时的状态,借以测量矿物近液相线或固相线的结晶温度。     

The role of carbonate-fluoride melt immiscibility in shallow REE deposit evolution

The Lugiin Gol nepheline syenite intrusion, Mongolia, hosts a range of carbonatite dikes mineralized in rare-earth elements(REE). Both carbonatites and nepheline syenite-fluorite-calcite veinlets are host to a previously unreported macroscale texture involving pseudo-graphic intergrowths of fluorite and calcite. The inclusions within calcite occur as either pure fluorite, with associated REE minerals within the surrounding calcite, or as mixed calcite-fluorite inclusions, with associated zirconosilicate minerals. Consideration of the nature of the texture, and the proportions of fluorite and calcite present(～29 and 71 mol%,respectively), indicates that these textures most likely formed either through the immiscible separation of carbonate and fluoride melts, or from cotectic crystallization of a carbonatefluoride melt. Laser ablation ICP-MS analyses show the pure fluorite inclusions to be depleted in REE relative to the calcite. A model is proposed, in which a carbonate-fluoride melt phase enriched in Zr and the REE, separated from a phonolitic melt, and then either unmixed or underwent cotectic crystallization to generate an REE-rich carbonate melt and an REE-poor fluoride phase. The separation of the fluoride phase(either solid or melt) may have contributed to the enrichment of the carbonate melt in REE, and ultimately its saturation with REE minerals. Previous data have suggested that carbonate melts separated from silicate melts are relatively depleted in the REE, and thus melt immiscibility cannot result in the formation of REE-enriched carbonatites. The observations presented here provide a mechanism by which this could occur, as under either model the textures imply initial separation of a mixed carbonate-fluoride melt from a silicate magma. The separation of an REEenriched carbonate-fluoride melt from phonolitic magma is a hitherto unrecognized mechanism for REE-enrichment in carbonatites, and may play an important role in the formation of shallow magmatic REE deposits.     

新疆喀拉通克Y1含矿岩体的岩石化学特征及其与成矿的关系

喀拉通克Ｙ１含矿岩体岩石类型属铁质基性岩类，岩体为单式岩体，具富镁、铁、碱、低钙贫铝的特点。组成岩体的各岩相是同一母岩浆结晶分异的产物。原始岩浆为来自上地幔的拉斑玄武岩浆。岩体锶初始比值约为０．７０３３，形成时代约为２９１Ｍａ。在岩浆结晶分异作用下，氧化物组分的变化使硫化物熔浆与硅酸盐熔浆发生分离，并在重力作用下聚积形成铜镍硫化物富矿。     

Postshock annealing and postannealing shock in equilibrated ordinary chondrites: implications for the thermal and shock histories of chondritic asteroids

In addition to shock effects in olivine, plagioclase, orthopyroxene and Ca-pyroxene, petrographic shock indicators in equilibrated ordinary chondrites (OC) include chromite veinlets, chromite-plagioclase assemblages, polycrystalline troilite, metallic Cu, irregularly shaped troilite grains within metallic Fe-Ni, rapidly solidified metal-sulfide intergrowths, martensite and various types of plessite, metal-sulfide veins, large metal and/or sulfide nodules, silicate melt veins, silicate darkening, low-Ca clinopyroxene, silicate melt pockets, and large regions of silicate melt. The presence of some of these indicators in every petrologic type-4 to -6 ordinary chondrite demonstrates that collisional events caused all equilibrated OC to reach shock stages S3-S6. Those type-4 to -6 OC that are classified as shock-stage S1 (on the basis of sharp optical extinction in olivine) underwent postshock annealing due to burial beneath materials heated by the impact event. Those type-4 to -6 OC that are classified S2 (on the basis of undulose extinction and lack of planar fractures in olivine) were shocked to stage S3-S6, annealed to stage S1 and then shocked again to stage S2. Some OC were probably shocked to stage ≥ S3 after annealing. It seems likely that many OC experienced multiple episodes of shock and annealing.Because ⁴⁰Ar-³⁹Ar chronological data indicate that MIL 99301 (LL6, S1) was annealed ∼ 4.26 Ga ago, presumably as a consequence of a major impact, it seems reasonable to suggest that other equilibrated S1 and S2 OC (which contain relict shock features) were also annealed by impacts. Because some type-6 S1 OC (e.g., Guareña, Kernouvé, Portales Valley, all of which contain relict shock features) were annealed 4.44- 4.45 Ga ago (during a period when impacts were prevalent and most OC were thermally metamorphosed), it follows that impact-induced annealing could have contributed significantly to OC thermal metamorphism.     

水在硅酸盐熔体中的溶解度及研究意义

水是岩浆中主要的挥发份 ,而且其溶解作用强烈影响着熔体的物理和化学性质 ,因此对水在硅酸盐熔体中溶解度及溶解机制的研究是非常重要的。近年来研究表明 ,水在硅酸盐熔体中溶解度与压力、温度及熔体组分密切相关。具体而言 ,压力升高可使水的溶解度增大 ,而温度对溶解度的影响则与熔体组成有关。对于AbOrQ体系 ,在压力低于 4 0 0MPa时 ,溶解度与温度呈反相关 ;而在压力高于 50 0MPa时 ,则呈现出正相关。但是 ,温度对溶解度的影响要明显弱于压力的影响。至于水的溶解度与熔体组分的关系 ,通过对碱金属组分的研究表明水的溶解度按K ,Na ,Li的次序而增加。此外 ,根据碱金属组分对水在硅酸盐熔体中溶解度的影响对水的溶解机制进行了论述 ,这与Sykes等通过分子轨道计算和拉曼、红外光谱研究得出的水在铝硅酸盐熔体中的溶解机理是一致的。     

富F熔体-溶液体系流体地球化学及其成矿效应--研究现状及存在问题

高度演化花岗岩类多为富F的熔体溶液体系 ,具有鲜明的、不同于其他体系的地球化学行为。富F岩浆固相线和液相线的降低和岩浆寿命的延长 ,使残余熔体与热水热液的性状差异减小 ,模糊了岩浆与热液之间的界线。最近对于富F、B和P伟晶岩中熔融包裹体的研究获得了新的进展。在约 70 0～ 5 0 0℃的温度和 1 0 0 0× 1 0 5Pa的压力下 ,在伟晶岩石英中发现两种不同类型的熔体包裹体 ,一种是富硅酸盐、贫水的熔体包裹体 ,另一种是贫硅酸盐、富水的熔体包裹体。两种熔体在硅酸盐 (+F +B +P) 水体系的溶离线边界上同时被圈闭。这表明 ,在地壳浅部侵位的侵入体 ,当温度≥ 70 0℃时 ,水在富F、B和P的熔体中可以无限混溶 ;而一旦温度降低 ,就会分离为两种共存的熔体并伴随强烈的元素分异作用。在溶离线的富水一侧形成与正常硅酸盐熔体有很大不同的高度富挥发份的熔体 ,这种致密、高粘度、高扩散性以及高活动性的超富水 (hyper aqueousmelt)熔体 ,可以与水溶液流体相类比。这为岩浆热液过渡性流体的假说提供了新的有利的证据。此外 ,在这种具有超富水和熔体特征的过渡性流体中 ,微迹元素可能具有特殊的地球化学行为 ,如在许多晚期花岗岩包括淡色花岗岩和伟晶岩中稀土元素配分模式所显示的四分组效应等。富F熔体溶液体?