气体混合炉中氧逸度控制

氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。     

四川米易海塔地区粗粒晶质铀矿氧逸度计算及其意义北大核心CSCD

晶质铀矿是一种副矿物,在花岗岩中广泛产出。铀离子价态变化和比值对岩浆氧逸度,有一定的指示意义。本次研究以四川米易海塔地区混合岩中石英质脉体中的粗粒晶质铀矿为研究对象,借助X射线粉晶衍射和X射线光电子能谱测试两种方法,分析样品铀元素价态变化以及对氧逸度的指示意义。X射线粉晶衍射获得样品主要成分为晶质铀矿和少量石英,样品的晶胞参数分别为0.5487 nm和0.5441 nm,计算其含氧系数分别为2.00和2.23。X射线光电子能谱测试分析得到,样品中四价铀的峰值结合能介于380.15~380.46 eV,半峰宽介于1.93~1.94 eV;六价铀的峰值结合能介于381.49~381.98 eV,半峰宽介于1.51~1.92 eV,U^(6+)/U^(4+)比值介于(U^(6+)/U^(4+)=0.13~0.31)。氧逸度热力学计算得到米易海塔地区粗粒晶质铀矿形成时的氧逸度(lgfo_(2))介于-22.12~-21.36。依据近似温度和计算出的氧逸度值,做lgfo_(2)-T协变曲线图。米易海塔地区粗粒晶质铀矿形成时的氧逸度投图数据结果落入FMQ平衡线之上,较为接近MH平衡线。可以推测米易海塔地区与粗粒晶质铀矿共生的石英脉形成时为还原环境。     

中酸性侵入岩的氧逸度计算

氧逸度是岩石物理化学的1个重要参数,对岩浆演化、岩石成因和岩浆热液成矿具有明显的控制作用。含有变价元素的矿物常被用来计算成岩与成矿过程中的氧逸度,但是不同方法之间的对比研究较少,各种方法的适用性还不明晰。作者对晋东北黑狗背花岗岩体的氧逸度进行了较为系统的研究,通过黑云母、角闪石、磁铁矿-钛铁矿矿物对和锆石的Ce异常的氧逸度计算,发现不同方法的估算结果存在较大的差异,甚至会得出完全相左的结论。其中,基于Fe~(3+)/Fe~(2+)比值的黑云母和磁铁矿-钛铁矿氧逸度计计算结果吻合度较高,可适用于中酸性侵入岩的氧逸度研究,而基于Fe/(Fe+Mg)比值的氧逸度计算方法可能受到母岩浆化学成分的影响,不适合应用于低镁侵入岩的氧逸度估算。     

地幔氧逸度与俯冲带深部碳循环

地幔氧逸度通过改变含碳相的存在形式和迁移方式来影响深部碳循环。本文结合最新的地幔氧逸度实验模拟和岩石学研究成果,探讨了地幔氧逸度时空分布对深部碳循环的影响。文章重点结合地幔减压熔融形成洋壳、新生洋壳蚀变、洋壳俯冲变质、深俯冲洋壳熔融以及俯冲洋壳物质(流体和固体)通过岩浆(岛弧和地幔柱)作用循环出地表等重要地质过程,探讨了伴随洋壳俯冲作用的深部碳循环过程。由于地幔氧逸度的时空变化,俯冲带含碳相表现出不同的存在形式和迁移能力。通过对西南天山俯冲带碳循环的岩石学和实验研究,我们认为应当进一步深入研究俯冲带氧化还原状态及其对俯冲带深部碳循环的影响。     

高压水热体系中氧逸度/活度测量与控制技术的回顾与展望

高压水热体系在科学实验、工业过程和自然界中广泛存在.氧逸度/活度是高压水热体系最基本的物理化学参数之一,经常控制着体系的物质形态、性状以及过程的发生与发展,因此对高压水热体系氧逸度/活度的测量与控制具有极为重要的意义.本文首先对目前国际上流行的各种高压水热体系氧逸度/活度测量与控制技术从原理和基本特点等方面作了详细的介绍,接着对各种技术的优、缺点作了比较与评价,文末对未来高压水热科学与技术领域氧逸度/活度测量与控制技术的发展趋势作出了展望.     

穆斯堡尔光谱仪在揭示地幔氧逸度研究中的应用

利用地幔橄榄岩包体中平衡矿物对的氧逸度计可以有效限定岩石圈地幔的氧化-还原状态.本文使用中国地质大学(武汉)新购置的WSS-10型常温穆斯堡尔光谱仪对华北地块西北部狼山地区橄榄岩包体的四相矿物开展了铁价态的直接测定.结果显示,斜方辉石Fe³⁺/∑Fe为0.05～0.11,单斜辉石的为0.16～0.25,尖晶石的为0.16～0.22,橄榄石为0.利用橄榄石-斜方辉石-尖晶石氧逸度计,获得狼山地区岩石圈地幔氧逸度为FMQ-0.82至FMQ-0.39(均值为FMQ-0.65).该值略高于依据电子探针测试数据计算获得的氧逸度值(FMQ-1.49至FMQ-0.8,均值为FMQ-1.25),造成这一差异的原因可能是后者忽略了尖晶石晶格中Fe³⁺过剩和阳离子空位导致的非化学计量比.与全球克拉通岩石圈地幔氧逸度值(均值为FMQ-0.35)相比,华北地块西北缘狼山地区岩石圈地幔整体表现为较还原状态,推测与深部地幔低fO₂熔体上升交代有关.     

活塞圆筒和多面砧高压装置中常用的氧逸度控制和原位监测方法

氧逸度是定量表示一个体系氧化还原能力的指标，反映了体系中氧气的分压或者逃逸能力。在地球科学中，它反映了岩石和矿物中变价元素的氧化还原状态，指示了不同岩石矿物氧化性/还原性的相对强弱。相同岩石矿物不同氧逸度可以导致其物理化学性质发生大的改变，因此在实验地球科学中准确控制并监测高温高压实验条件下的氧逸度具有非常重要的意义。本文从实验技术角度出发，首先介绍了活塞圆筒和多面砧高压装置中利用双胶囊技术在不含水和含水体系中控制氧逸度的方法、原理、装置和注意事项；接着描述了用过渡金属合金固溶体和惰性金属合金作为氧传感器原位测量氧逸度的原理、注意事项和地质应用，然后展示了氧离子固体电解质法控制和监测氧逸度的原理、装置和局限，提出了可能的改进方法。目前由于技术限制，氧逸度在高压实验中的控制和监测方法还不成熟，导致其对矿物和岩石物理化学性质的影响极可能被低估甚至错估。因此积极研究发展并推动高压下氧逸度的控制和监测技术非常重要且必要。     

小秦岭草滩碳酸岩型铁矿床形成机制SCIEI北大核心CSCD

草滩碳酸岩体出露于小秦岭北端,与黄龙铺碳酸岩体直线距离约18km,但二者矿化特征显著不同,前者以铁矿化为主,后者则以钼-稀土多金属矿化为特征。已有的研究认为,草滩碳酸岩是富集地幔部分熔融的产物,它不但含方解石碳酸岩,还含有早期结晶的白云石碳酸岩,但有关铁矿化机制的研究则鲜有报道。本文对草滩碳酸岩和铁矿石进行了元素地球化学和Sr-Nd-Pb同位素组成研究,并对两类样品中磁铁矿和磷灰石进行了原位微量元素组成分析,旨在约束碳酸岩型铁矿床的形成机制。通过岩相学和地球化学的综合研究,本文在草滩碳酸岩体中厘定出了磁铁橄磷岩,它也是母岩浆早期结晶的产物,这表明该碳酸岩体实际上是一个由方解石碳酸岩、白云石碳酸岩、磁铁橄磷岩和铁矿体组成的碳酸岩杂岩体。铁矿石的Sr-Nd-Pb同位素组成与磁铁橄磷岩相近,暗示铁矿化是富铁碳酸质岩浆自身演化的产物。草滩磁铁橄磷岩与铁矿石中磁铁矿和磷灰石的微量元素地球化学特征显示,铁矿化发生在岩浆阶段;但与磁橄磷岩相比,铁矿石的母岩浆演化程度更高,不但明显富集挥发分,且体系氧逸度也明显增加。     

高温高压和不同氧逸度条件下斜方辉石电导率的实验研究

在1．0～4．0GPa和1073～1423K及不同的氧分压条件下，借助YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和Sarltron-1260阻抗／增益-相位分析仪，就位测定了斜方辉石的电导率。氧逸度控制由Ni＋NiO、Fe＋Fe3O4、Fe＋FeO和Mo＋MoO2四种固态氧缓冲剂完成的。实验结果表明：①在所选择的频率范围内（10^-1～10^6Hz），复阻抗对频率有很强的依赖性;②随着温度（T）升高，电导率（σ）增大，logσ与1／T之间符合Arrenhius关系；     

俯冲带硫的地球化学行为及硫循环SCIEI北大核心CSCD

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。     

高温高压和不同氧逸度条件下斜方辉石电导率的实验研究

在1.0～4.0GPa和1073～1423K及不同的氧分压条件下,借助YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和Sarltron-1260阻抗/增益-相位分析仪,测定了斜方辉石的电导率。氧逸度控制由Ni NiO、Fe Fe3O4、Fe FeO和Mo MoO24种固态氧缓冲剂完成的。实验结果表明:1在所选择的频率范围内(10-1～106Hz),     

热力学计算模拟对初始月幔结构的约束SCIEI北大核心CSCD

月球岩浆洋结晶形成的初始月球内部结构是其后续演化过程的开端,其结晶过程受月球岩浆洋的初始深度和物质组成这两个参数的制约。由于缺少直接来自月球深部的岩石样品,目前关于月球岩浆洋演化过程的探讨主要依赖实验和计算模拟手段。岩浆洋模型中形成的月壳厚度是否与探测结果一致是月球岩浆洋演化模型合理性的重要约束。最新的GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory)探测数据推算月壳厚度为34~43km,低于阿波罗时期认为的约70km,这对已有的月球岩浆洋演化模型提出了挑战。本文采用并修正FXMOTR程序包,针对月球岩浆洋在不同的初始深度和物质组成情况下的结晶过程,进行了一系列热力学计算模拟。通过量化月球岩浆洋的初始深度和物质组成对月壳厚度的影响,结合关于月球内部微量元素分配的研究结果,对比了月球岩浆洋结晶后期的残余熔体与原始克里普组分(urKREEP)的成分。本文的模拟结果显示,一个全月幔熔融且初始成分为月球初始上月幔组成(LPUM)的岩浆洋将在其深部结晶2.5%石榴子石,形成的月壳厚度符合GRAIL的约束,并且结晶出了合适的urKREEP成分。在此模型的基础上获取了月球初始的内部成分和密度结构,并对后期月幔翻转(Overturn)的程度进行了探讨。     

地幔转换带的金属铁限制了硅酸盐的水化作用北大核心CSCD

在地幔转换带条件下,瓦德利石和林伍德石最多可以携带3%质量的水。地球物理和地质学观测表明,地幔转换带的含水量可能高度不均一,该区域富水或贫水仍然存在巨大争议。而同时前人研究也显示地幔转换带的氧逸度很低,其还原环境对应着金属铁的析出。在地幔转换带,富水的硅酸盐矿物能否与金属铁稳定共存呢?     

西拉木伦多金属成矿带鸡冠山斑岩钼矿富氟高盐度高氧逸度流体包裹体研究

鸡冠山斑岩钼矿床位于西拉木伦多金属成矿带南侧、内蒙古赤峰市北东约35km处,大地构造位置属于华北板块北缘造山带中段。辉钼矿化主要呈浸染状、细脉浸染状分布在花岗斑岩中,部分成细脉浸染状分布在流纹质角砾凝灰岩中,同时,在矿区出露的辉绿岩和流纹岩中也有少量的细网脉状钼矿化。矿石矿物主要有辉钼矿、黄铁矿和少量黄铜矿、闪锌矿、磁铁矿,脉石矿物主要有石英、长石、绢云母和少量方解石、萤石。矿脉穿插关系和矿物组合显示了早、中、晚3个阶段的矿化:(1)石英-辉钼矿阶段;(2)萤石-(石英)-辉钼矿多金属硫化物阶段;(3)贫矿萤石阶段。各阶段广泛发育流体包裹体,包裹体类型众多,包括气液两相水溶液包裹体(W型),H2O-CO2包裹体(C型)及含子矿物多相包裹体(S型),其中以大量发育含子矿物多相包裹体为特征。子矿物种类有石盐、钾盐、赤铁矿、石膏、辉钼矿、方解石等及其他未鉴别透明、不透明子矿物,有时一个包裹体含有多达4～5个子矿物。包裹体大量的赤铁矿、石膏和金属子矿物的出现,说明含矿流体具有高的氧逸度和很强的金属携带能力。包裹体岩相学、激光拉曼和显微测温结果表明,成矿流体主要为来自高温、高盐度、高氧逸度的岩浆流体和部分天水与岩浆热液混合所形成的中低温、低盐度流体两个端员组份。高温、高盐度流体以含子矿物多相包裹体为代表,其形成温度大于440℃,盐度变化范围为:28%～76%NaCleqv,部分高于76%NaCleqv。中低温、低盐度流体主要源自矿化后期天水与岩浆热液的混合,温度在322℃以下,盐度变化范围为:0.9%～20.3%NaCleqv。实验结果表明鸡冠山矿区含矿硫化物主要沉淀温度区间在310～400℃之间,其次为210～320℃,钼矿化主要形成于高温、高盐度、高氧逸度及富氟元素的H2O-NaCl流体体系,温度降低、流体沸腾作用及流体混合是该钼矿床的主要成矿机制。     

扬子西缘丹巴水子乡辉石岩年代学和岩石成因研究SCIEI北大核心CSCD

扬子克拉通西缘在~260Ma发生短期内大规模峨眉山玄武岩溢流喷发。攀西地区发育的镁铁-超镁铁质岩被广泛认为是峨眉山大火成岩省的产物,但在北端松潘-甘孜岩区一直缺乏该类岩石的报道。本文首次报道扬子西缘丹巴水子乡单斜辉石岩的准确年龄,其锆石LA-ICP-MS U-Pb加权平均年龄为260.7±3.3Ma,表明其为峨眉山大火成岩省北端松潘-甘孜岩区镁铁-超镁铁质岩的组成部分。通过与攀枝花钒钛磁铁矿含矿岩体边缘相带苦橄岩和上部相带浅色辉长岩进行锆石微量元素对比显示,水子乡单斜辉石岩具有相近的高氧逸度,其ΔQFM为0~3,Ce_(N)/Ce_(N)平均为~30,该性质可能同样源自扬子西缘洋壳板片俯冲交代形成的较高氧逸度地幔源区。尽管如此,水子乡辉石岩体并未因高氧逸度而有明显的含钛磁铁矿饱和结晶,可能由其较低结晶分异程度造成。相比之下,攀枝花岩体经历了更高程度的含钛磁铁矿和斜长石分离结晶作用,伴随大规模的钒钛磁铁矿成矿。     

广西德保矽卡岩型铜锡矿床成矿流体演化特征

位于右江盆地的德保铜锡矿床是广西最大的铜矿床,目前仅有少量年代学和矿物学等方面的研究,对于该矿床流体特征、流体环境、矿床元素组成等所知甚少。通过矿石矿物的探针分析、流体包裹体岩相学和显微测温、平衡热力学计算约束了该矿床成矿流体的地球化学参数,分析了成矿阶段的流体环境。与典型矽卡岩型铜锡矿床不同的是,德保铜锡矿的石榴子石以镁铝榴石和钙铝榴石为主,含少量钙铁榴石;锡主要以类质同象富集在黄铜矿、黄铁矿等硫化物中,含量达96×10-6～627×10-6;石榴子石的流体包裹体均一温度182～249℃,平均值219℃;方解石包裹体均一温度109～215℃,平均值157℃;平衡热力学计算模拟表明,德保铜锡矿床硫逸度和氧逸度范围分别是:logf_S2>-20,-44O₂<-25。早期成矿流体温度的降低为黄铜矿沉淀提供了有利条件,锡元素伴随黄铜矿沉淀;成矿流体的氧逸度高于世界典型锡矿的氧逸度,这种高氧逸度的成矿流体环境不利于锡元素的运移及再富集,这可能是德保铜锡矿中锡较少以锡石存在的重要原因...     

锆石氧逸度对义敦岛弧南段中甸矿集区斑岩型矿床差异性成矿控制因素的指示

中甸铜钼多金属矿集区位于义敦岛弧南段,区内绝大多数矿床与晚三叠世和晚白垩世岩浆活动有关,目前两期斑岩锆石氧逸度及差异性成矿研究薄弱.对4个斑岩体5类岩石的锆石开展LA-ICPMS微量元素分析,数据经筛选检验后进行了氧逸度估算.氧逸度结果由高到低为:地苏嘎铜矿晚三叠世石英闪长玢岩(Ce4+/Ce3+比值为515)、休瓦促...     

早期的硫化物饱和并不妨碍斑岩Cu-Au矿的形成北大核心CSCD

斑岩型铜(金和钼)矿床提供了世界上约75%的Cu、50%的Mo和20%的Au的产量。该类型矿床通常与汇聚板块边缘的下地壳以及中性火山-侵入岩浆体系相关。然而,尽管经过近十年的研究,目前对造成富矿岩浆体系和贫矿岩浆体系的控制因素仍然不完全清楚。一些研究认为,富矿岩浆比贫瘠岩浆更加富集金属成矿元素,而另一些研究则指出,斑岩型铜矿可以通过正常岩浆形成,并指出岩浆的硫含量、氧逸度、水含量或者上地壳岩浆房的规模都能决定其成矿。     

埋藏氧的上升和地球早期大气形成北大核心CSCD

埋藏在地下深部岩石中的氧或许在几十亿年前促进了地球岩石地幔的搅动,并改变了早期行星的大气成分。耶鲁大学,亚利桑那州立大学,和德国的巴伐利亚地质研究所的研究表明,地表下地热引起岩石缓慢的运动,即地幔对流是由矿物中氧的分布不均引起的。     

Magmatic control on the contrasting Sn feritility of different granite plutons in the giant Gejiu orefield.SCIEI北大核心CSCD

云南个旧锡矿是全球最大的锡多金属矿床之一,但矿区内同时代花岗岩成锡矿潜力差异显著,其控制因素仍不清楚。本文选取贫矿的龙岔河似斑状花岗岩和成锡矿的老厂-卡房(后文简称老-卡)花岗岩为研究对象,通过全岩地球化学成分和黑云母成分分析,系统研究个旧矿区不同花岗岩成锡矿潜力差异的控制因素。测试结果表明,龙岔河花岗岩和老-卡花岗岩具有相似的、以表壳物质为主的岩浆源区以及较高的初始熔融温度,表明岩浆源区和熔融条件不是控制二者成矿潜力差异的主要原因。黑云母成分显示老-卡花岗岩和龙岔河花岗岩均具有较低的氧逸度,岩浆演化过程中锡为不相容元素,有利于锡在残余熔体中富集,表明氧逸度条件也不是导致成矿潜力差异的关键因素。龙岔河花岗岩发育角闪石、榍石、黑云母,而老-卡花岗岩发育岩浆白云母,指示后者分异程度更高。此外,与龙岔河花岗岩相比,老-卡花岗岩具有富硅,贫钛、铁、镁、钙和稀土元素特征,稀土元素呈现“海鸥式”配分模式,并且具有较低的Nb/Ta、Zr/Hf、K/Rb和较高的Rb/Sr比值,同样指示老-卡花岗岩具有更高的结晶分异程度。并且相比于龙岔河花岗岩为准铝质的特征,老-卡花岗岩的过铝质特征有利于锡分配进入岩浆出溶的流体相中富集成矿。因此,岩浆性质和演化程度是导致个旧地区不同花岗岩成矿潜力差异的主要原因,龙岔河花岗岩形成锡矿化的潜力较小。