Walker型28 GPa多面砧压机及其在地球科学中的应用

高温高压实验是除地球物理和地球化学方法之外, 研究地球深部物质和性质的重要手段之一.多面砧压机是广泛使用的高温高压实验设备, 主要用来研究上地幔温压范围内的实验岩石学和矿物相变动力学等问题.主要介绍中国地质大学(武汉)地球深部研究实验室新引进的Walker型28 GPa多面砧压机的原理和结构、压力标定方法和常用的压力标定材料, 并根据金属铋在2.55和7.7 GPa(25 ℃)的结构相变, 以及石英在3.2 GPa、1 200 ℃向柯石英的转变对多面砧压机18/12装置(八面体传压介质边长/碳化钨截角边长)进行了压力标定, 该装置可实现的最高压力和温度约为8 GPa和2 000 ℃.最后还探讨了高温高压实验在地球科学中的应用.      

高温高压岩石流变仪的围压标定方法

高温高压岩石流变仪围压标定的主要方法为氯化盐类的部分熔融法和矿物相变法。利用氯化盐类进行压力标定时,不仅可以利用单一盐类,也可以使用多种盐类的混合物;常用的压力标定矿物相变及其适用温压范围如下:石英-柯石英,500~1200℃、2.5~3.2GPa;钠长石-硬玉+石英,600~1200℃、1.6~3.2GPa;铁橄榄石+石英-铁辉石,600~1200℃、1~1.7GPa;磷镁石-Mg3(PO4)2-Ⅱ,565~825℃、0.6~0.9GPa;方解石-文石,600~1200℃、0.5~2.5GPa。不同的标定方法具有不同的特征,文中将进行详细介绍。     

霞石NaAlSiO_4的压缩性及其机理研究

NaAlSiO_4高压相CF相的结构和性质近年来被广为关注,然而对其低压相霞石的高压行为研究并不深入。为进一步认识碱金属在CF相中的赋存状态,采用金刚石压腔和同步辐射X射线衍射,开展了霞石NaAlSiO_4(P63,Z=8)常温、20GPa时的压缩性质研究。结果显示,在实验压力范围内,霞石没有发生结构相变,其三阶等温状态方程参数为:V0=0.715(2)nm~3,K0=53(3)GPa,K'=4.1(3),a和c轴的压缩系数Ka=3.8(1)×10~(-3)nm/GPa,Kc=2.42(6)×10~(-3)nm/GPa。通过第一性原理计算模拟,印证了实验压缩性的结果,揭示了霞石的压缩机制,即SiO_4和AlO_4四面体呈刚性行为,这些四面体之间的扭转导致结构中伪正交空隙通道的畸变。     

甘肃花牛山铅锌银矿床成因：来自原位S、Pb同位素及微量元素的约束

甘肃花牛山铅锌银矿床位于中亚造山带中段的甘肃北山地区。本文在详细的野外观察和室内鉴定的基础上,将花牛山铅锌银矿床成矿阶段划分为石英-毒砂-黄铁矿(第Ⅰ成矿阶段)和石英-多金属硫化物(第Ⅱ成矿阶段)两个阶段;进一步将黄铁矿划分为三种类型,分别为第一种类型的胶状黄铁矿(Py0)、第二种类型的热液叠加交代特征的黄铁矿(Py Ⅰ)及第三种类型的热液黄铁矿(PyⅡ)。黄铁矿、磁黄铁矿的原位硫同位素研究表明,成矿从早到晚硫化物δ~(34)S值呈递增的规律,具有逐渐向岩浆硫演化的趋势;胶状黄铁矿δ~(34)S值为-9.37‰～-8.10‰,具有沉积(生物成因)硫的特征;成矿第Ⅰ阶段硫化物δ~(34)S值为-9.03‰～-7.03‰,成矿第Ⅱ阶段硫化物δ~(34)S值为-5.77‰～-4.88‰,成矿阶段具有沉积硫与岩浆硫混合来源的特征。黄铁矿、磁黄铁矿的原位铅同位素研究表明,成矿期硫化物的~(206)Pb/~(204) Pb值、~(207)Pb/~(204) Pb值、~(208) Pb/~(204) Pb值以及μ、ω等铅同位素特征值组成范围较窄,铅源为与岩浆作用有关的壳幔混合来源,且与壳幔混合来源的晚三叠世花岗岩中长石铅及其控制的矽卡岩型金矿硫化物铅同位素组成类似。黄铁矿原位微量元素研究表明,胶状黄铁矿(Py0) Co/Ni和S/Se 比值分别为0.004～0.34和3.43 × 10~4～34.84 × 10~4,Se含量为1.558 × 10~(-6)～15.82 × 10~(-6),表现为沉积成因黄铁矿的特征。具有热液叠加交代特征Py Ⅰ的Co/Ni和S/Se 比值分别为0.05～3.38、0.05 ×10~4～5.38 ×10~4,Se含量为10.09 × 10~(-6)～1070 × 10~(-6),数值分布范围广,总体上有别于沉积成因黄铁矿,类似于热液成因黄铁矿的特征。热液黄铁矿(Py Ⅱ)的Co/Ni和S/Se 比值分别为0.60-68.88、1.46 × 10~4～9.15 × 10~4,Se含量为5.938 × 10~(-6)-35.91 × 10~(-6),表现为热液成因的特征。综上研究,认为花牛山矿床经历了南华纪-震旦纪沉积胶状黄铁矿形成期和晚三叠世岩浆热液成矿期,胶状黄铁矿在成矿过程中提供了部分硫,成矿金属物质主要来自晚三叠世岩浆成矿热液,并认为矿床成因为岩浆热液型矿床。     

昌平台钻孔应变资料地震前兆分析与研究

一、前言昌平台装有TJ-1A型体积式应变仪、YRY-2型压容应变仪、RDJ-1型多道压容应变仪等三种形变测量手段,距京张公路250m,周围500m没有抽水深井,地表黄土覆盖8m,3000m内没有大型用电设备,没有强电磁场干扰。上述手段能达到的性能指标为:静态应变灵敏度:10~(-9);动态应变灵敏度:10~(-10);量程:10~(-5)～10~(-4);一次量程:10~(-6)10~(-7);频响:0～10Hz;稳定性:10~(-6)～10~(-7)/a。     

珲春小西南岔白垩纪花岗岩的地球化学及岩浆源区特征

珲春小西南岔地区白垩纪花岗岩主要有英云闪长岩和花岗闪长岩两种类型。英云闪长岩属于中钾钙碱性系列(Na₂O/K₂O=1.99~2.76),具有高Al₂O₃(15.46%~17.13%)、Sr(559×10^-6~731×10^-6)、Sr/Y(40~78)、La/Yb(16~21),低Y(9×10^-6~14×10^-6)、Yb(0.8×10^-6~1.3×10^-6)的特征,与埃达克质岩石地球化学特征类似。花岗闪长岩为高钾钙碱性系列,Na₂O/K₂O=1.01~1.56,w(Sr)=312×10^-6~410×10^-6、w(Yb)=1.23×10^-6~2.13×10^-6、Sr/Y=13~32,属正常的高钾钙碱性花岗岩。两类花岗岩的源区均为玄武质下地壳物质,英云闪长质岩浆形成压力较高(> 1.0 GPa),深度大于33 km,花岗闪长质岩浆形成压力相对较低(0.8~1.0 GPa),岩浆来源深度为26~33 km。     

单晶菱锰矿的压缩性研究及方解石型碳酸盐的高压行为

碳酸盐矿物在地幔温压条件下的稳定性和结构变化对理解地球内部碳的存在形式、建立深部碳循环模型具有重要的指示意义。本文利用金刚石对顶砧装置,借助同步辐射X射线衍射和拉曼光谱技术,对天然菱锰矿单晶的结构稳定性和弹性性质进行了研究。结果表明:菱锰矿在压力达到~10 GPa时结构保持不变,但c轴方向的压缩性大于a轴。菱猛矿的等温状态方程参数为V_0=308.8(2)~3、K_0=104(1)GPa和K'_0=4(fixed)。[CO_3]~(2-)基团对称伸缩振动(ν_1)和平面内振动(ν_2)引起的拉曼峰分别位于1 087.9 cm~(-1)和720.5 cm~(-1),基团外振动峰(ν_3)出现在293.8cm~(-1),三者的拉曼位移均与压力呈良好的线性正相关关系,且外振动对压力的响应比内振动敏感。计算得到内振动的模式Grüneisen参数γ_(ν_1)=~0.29和γ_(ν_2)=~0.26,远小于外振动γ_(ν_3)=~1.57。进一步证明菱锰矿的压缩取决于[MnO_6]体积的减小而非[CO_3]~(2-)基团的压缩。结合前人的研究结果,本文对方解石型碳酸盐的弹性性质及其变化规律进行了总结。     

2~100GPa压力下D_2O冰相变的低温红外吸收光谱研究

在2~100 GPa和12~298 K的温度压力范围内系统地研究了D2O冰Ⅷ以及冰Ⅶ-Ⅷ和Ⅶ-Ⅹ相变的红外吸收光谱特征。我们发现冰Ⅷ的伸缩振动(v1,v3)和转动振动(vR,vR′)的频率及其压力依赖与冰Ⅶ基本一致,但弯曲振动(v2)频率存在明显差异,在6 GPa压力以上时位于约1100 cm-1,较冰Ⅶ低约80 cm-1。在10 GPa压力以下,冰Ⅶ及冰Ⅷ的弯曲振动频率随压力升高而降低,显示出异常的软模行为,可以用结构弛豫来解释。在100 K温度以下,冰Ⅷ在74 GPa相变为非分子相的平动无序冰Ⅹ,该相变以转动振动(vR)向变形振动(vD)的转化为特征。所观察到的冰Ⅶ-Ⅹ相变的红外光谱特征可以用来确定Ⅶ-Ⅹ相变压力。在平动无序冰Ⅹ中,氢原子(H或D)沿氢键束缚O-H(D)···O轴的发生隧道效应,隧道效应使得围绕着一个氧原子可以形成由4个氢原子构成的四面体,从而导致红外活性的变形振动(vD)的产生。     

地幔不同深度单斜辉石含水量的高压实验

在1.5~5GPa、1100~1200℃条件下开展了含水大陆碱性玄武岩的熔融实验研究。通过红外光谱分析其中单斜辉石的结构水,计算得到其量为1173(153)×10-6～2049(197)×10-6。结果表明:当P<3GPa时,随着压力增大,单斜辉石的含水量逐渐增加,在3GPa附近达到峰值,之后随着压力的增大单斜辉石含水量又逐渐减少。单斜辉石含水量随压力的这种变化关系可能受单斜辉石中Al含量的影响。该研究为了解上地幔不同深度处水的分布提供了实验证据。     

阿尔金南缘中段清水泉斜长花岗岩同位素年龄及成因研究

阿尔金南缘清水泉地区与基性-超基性岩伴生的花岗岩为斜长花岗岩。岩石地球化学显示该花岗岩高硅、富铝和钠,低镁和钾;轻稀土富集,具有Eu的正异常(δEu为1.01~2.01)。岩石富Rb、Ba,特别高Sr(779×10-6~864×10-6),低Y(1.17×10-6~1.51×10-6)及Yb(0.15×10-6~0.20×10-6),强烈亏损Nb、Ta等。斜长花岗岩锆石振荡环带清晰,Th/U和Nb/Ta比值分别为0.38~0.52,2.92~5.04;具有明显的Ce正异常和Eu负异常,为典型的岩浆锆石,利用LA-ICP-MS微区原位定年获得该花岗岩206Pb/238U-207Pb/235U谐和年龄为465Ma,206Pb/238U加权平均年龄为451±4Ma。锆石饱和温度计和锆石Ti温度计演算结果显示锆石的结晶温度分别为783~811℃和693~821℃。推测花岗岩源区压力范围为1.8~2.0GPa,形成深度在60km以上。综合分析清水泉花岗岩主、微量元素地球化学特征,并结合区域地质,认为该花岗岩属"I"型花岗岩,由地幔基性岩浆上侵分异形成,产于伸展环境。     

新疆西准噶尔包古图金矿微量元素地球化学研究

包古图金矿由石英脉型和蚀变岩型矿体组成,该矿的热液成矿期可以划分为4个阶段:粗粒石英脉阶段(Ⅰ)、含金细粒硫化物-石英脉阶段(Ⅱ)、含金粗粒自然砷-辉锑矿-石英脉阶段(Ⅲ)以及方解石脉阶段(Ⅳ),其中阶段Ⅱ和Ⅲ是主要的金矿化阶段,形成自然金赋存于毒砂、含砷黄铁矿中,银金矿被自然砷、辉锑矿包裹。阶段Ⅰ石英脉的稀土元素总量(0.83×10-6~3.67×10-6)明显低于阶段Ⅱ(11.01×10-6~30.18×10-6),轻重稀土元素分馏[(La/Yb)N=8.53~21.89]较阶段Ⅱ[(La/Yb)N=6.90~10.40]明显,但总体具有与区内中酸性侵入岩相似的稀土元素配分模式;阶段Ⅰ石英脉具有弱Eu正异常(δEu=1.09~1.80),阶段ⅡδEu主要集中于1.36~0.67之间;所有样品显示弱Ce负异常或无Ce异常(δCe=0.87~1.01)。矿化围岩和含矿石英脉中的黄铁矿均显示右倾型稀土元素配分模式,但石英脉中黄铁矿轻重稀土元素分馏更明显[(La/Yb)N=24.0~36.1],所有黄铁矿均具有明显Eu负异常(δEu=0.50~0.64)。不同阶段石英脉和黄铁矿中Ce、Eu异常表明成矿流体逐渐向较还原的状态演化。黄铁矿的Co/Ni比值(1.60~10.50)指示初始成矿流体为中温。包古图金矿含矿石英脉与区内广泛发育的中酸性斑岩体、岩脉在时间和空间上密切相关,具有相似的稀土元素配分模式,以上特征指示包古图金矿成矿作用与区内晚石炭世中酸性岩浆活动有关。     

辉绿岩脆-塑性变形转化的高温高压实验研究

以天然叶腊石为传压介质, 在温度800~100 0℃、围压0.6~1.0 GPa和应变速率10-4~10-5 s-1条件下, 对Maryland辉绿岩的脆性-塑性转化进行了实验研究.实验结果表明, 在10-4~10-5 s-1应变速率和固定围压1.0 GPa条件下, 当温度低于800℃时, 岩石变形为典型脆性破裂; 温度高于1000℃时岩石变形以准稳态蠕变为主; 温度在800~950℃之间, 岩石变形从脆性破裂向准塑性流动转化.温度变化对岩石脆-塑性转化影响敏感度高于压力变化对变形的敏感度.显微构造观察显示, 辉绿岩脆-塑性转化以稀疏弥漫状共轭塑性流动网络为特征.      

再论花岗岩按照Sr-Yb的分类:标志

2006年作者曾经按照Sr=400×10~(-6)和Yb=2×10~(-6)作为标志将花岗岩分为埃达克岩、喜马拉雅型花岗岩、浙闽型花岗岩和广西型花岗岩,在浙闽型中又分出南岭型(Sr100×10~(-6)和Yb2×10~(-6)),于是花岗岩被分为5类。Sr=400×10~(-6)和Yb=2×10~(-6)是根据阿留申群岛中的Adak岛的资料得出来的。本文统计了全球花岗岩6000多个数据(其中,埃达克型花岗岩为2810个,喜马拉雅型花岗岩636个,浙闽型花岗岩1183个,南岭型花岗岩1518个,广西型花岗岩142个,总共6289个),统计的结果,各类花岗岩的地球化学特征大致如下:(1)埃达克型花岗岩富Al_2O_3和Sr,贫Y和Yb,具较高和变化的铕异常,绝大多数样品的Sr300×10~(-6),Yb2.5×10~(-6)(当Sr=400×10~(-6)～600×10~(-6)时Yb值最大,Sr超过600×10~(-6),Yb降低至2×10~(-6)),Al_2O_3在14%～18%之间,Eu/Eu~*大多在0.6～1.2范围;(2)喜马拉雅型花岗岩贫Sr和Yb,具中等的Al_2O_3和变化的Eu/Eu~*,Sr300×10~(-6)和Yb2×10~(-6)(少数Sr300×10~(-6)),Al_2O_3为13%～17%,Eu/Eu~*为0.2～1.0;(3)浙闽型花岗岩贫Sr富Yb,Sr在40×10~(-6)～400×10~(-6)之间,Yb1.5×10~(-6),Al_2O_3和Eu/Eu~*的变化类似喜马拉雅型花岗岩,Al_2O_3为12%～17%,Eu/Eu~*为0.4～1.0;(4)南岭型花岗岩以很低的Sr、Al_2O_3和Eu/Eu~*以及很高的Yb而不同于上述各类花岗岩,通常Yb1.5×10~(-6),Sr100×10~(-6)(Yb变化大,绝大多数2×10~(-6);当Yb在2×10~(-6)～8×10~(-6)时,部分样品Sr可100×10~(-6),但很少200×10~(-6));Al_2O_314%,集中在11%～13%之间,Eu/Eu~*0.7,大多0.4;Yb越大,Sr越低,负铕异常越明显。文中讨论了花岗岩Sr-Yb分类的意义,指出本分类适用于产于大陆和海洋的绝大多数中酸性岩浆岩(可能不适用于一部分特别富铁和钾的花岗岩,如具有高Sr和Yb特征的广西型花岗岩)。不同类型的花岗岩主要反映了源区压力的不同,而源区成分、温度、部分熔融程度、水和挥发分的加入以及岩浆混合等的影响可能是次要的。文中指出,该分类的依据、其实质,是熔体与残留相平衡的理论。与浙闽型花岗岩平衡的残留相是斜长石,与喜马拉雅型花岗岩平衡的是斜长石+石榴石,与埃达克型花岗岩平衡的是石榴石,与南岭型花岗岩平衡的是富钙的斜长石。文中指出,加强实验岩石学研究,将年代学和地球化学研究密切结合起来是深化花岗岩研究的关键。     

石榴石钇(Y)元素电子探针分析及应用——以佛子岭石榴云母片岩为例SCIEI北大核心CSCD

石榴石是最重要的造岩矿物之一,通常能够保留早期的矿物结构和物质并记录较为晚期的变形和变质反应。石榴石钇(Y)元素环带特征丰富、复杂,不同的环带特征通常暗示不同的形成环境或经历了不同的变质事件,是变质演化历史研究的重要媒介之一。以往的研究中,多以LA-ICP-MS作为石榴石Y元素的主要分析手段,EPMA主要用于主量元素的分析。但是,LA-ICP-MS的束斑尺寸(44μm)和基底效应较EPMA(0~5μm)大,当石榴石颗粒小、包体和裂隙发育或成分环带以微区尺寸内存在较大变化时,大束斑更容易覆盖某些特殊信息。通过对石榴石Y元素测试参数的调试和标样验证,最终确定峰位测试时长和背景测试时长分别为140s和70s,并进行了PHA谱峰干扰剥离,降低检测限至54×10^(-6)。本文将通过对比佛子岭石榴云母片岩(LD025)4颗石榴石的EPMA主、微量原位分析(Ca、Mg、Mn、Fe、Y、Al、Si、Cr、Ti、Na)和LA-ICP-MS石榴石Y元素分析结果,论证EPMA分析Y元素的可行性。石榴石X-ray Mapping和主量成分剖面揭示该4颗石榴石均为生长环带,Mn呈钟形分带,Y与X Sps呈强烈正相关性,与X Grs、X Alm、X Prp相关性不清晰。EPMA和LA-ICP-MS分析结果显示Y含量曲线在核部和幔部具有良好的一致性,Grt1~Grt3中Y均表现出自核部(500×10^(-6)~1200×10^(-6))向幔部(200×10^(-6)~500×10^(-6))逐渐降低,极边部Y含量低(20×10^(-6)~200×10^(-6))且变化复杂;Grt4中Y含量差异相对较小(180×10^(-6)~450×10^(-6)),仅在边部出现不同程度的升降。因EPMA对于Y元素含量较低(<200×10^(-6))时灵敏度不够或者LA-ICP-MS束斑尺寸大容易掩盖边部窄带成分真实变化等原因,二者在边部Y元素差异较大。分别对EPMA和LA-ICP-MS的分析结果应用Grt-Xtm温度计和Grt单矿物压力计获得的变质PT结果显示Grt1~Grt3(核-幔-边)和Grt4(核-边)均记录较为完整、统一的温压演化过程。M1→M2→M3的变质温压变化分别为T=530~544℃、P=0.78~0.82GPa→T=577~616℃、P=0.89~0.98GPa→T=631~661℃、P=1.01~1.07GPa,表现为顺时针演化型式,M1至M3反映的是一个“暖俯冲”过程。根据温度评价结果,Grt1~Grt3(1.2~1.4mm,自形程度高)形成时间应早于Grt4(0.8mm,自形程度低)。由此可知,大颗粒的石榴石Y元素含量及变化特征通常更容易揭示相对完整的变质演化历史。本次研究为变泥质岩演化历史、变质温压评价等研究提供了不同视角和思路,结合EPMA主量(矿物成分、X-ray mapping、BSE分析)和微量元素(Y等)分析能够更加精准、全面地解读地质信息。     

岩石压剪性断裂特性及Ⅰ—Ⅱ型复合断裂判据

本文系统阐述了岩石压剪性断裂的特性,认为金属断裂力学复合断裂判据基本上不适用于压剪状态下的岩石斯裂;在此基础上,提出了新的岩石压剪性断裂判据:2COSθ_0/2(cosθ_0-1)[(1+1/f~2)~(1/2)-1]K_Ⅰ+[(sin θ_0/2-3sin 3θ_0/2)(1+1/f~2)~1/2+4sin θ_0/2]K_Ⅱ=4K_(Ⅰc),推导了起始断裂角ψ_0,说明了实验验证结果,指出了该判据在工程地质领域中的应用途径。     

夹皮沟金矿区太古代麻粒岩相岩石的矿物学及其变质作用条件研究

本文对吉林夹皮沟金矿区太古代麻粒岩中斜长石、钾长石、单斜辉石、斜方辉石、黑云母、铁铁氧化物矿物、角闪石及石榴石等进行较系统的矿物学研究和电子探针分析,并运用一系列共生矿物地质温度计和压力计估算本区麻粒岩相变质作用的温度为800—850℃,压力为1.0—1.2GPa,氧逸度fo_2为10~(-5)—10~(-8)Pa,水分压p_((H_2)o)为43.6—128.8MPa(平均72.7MPa)。     

冲绳海槽浮岩的高温高压纵波速度

对采自冲绳海槽中部海底的浮岩样品和邻近陆地樱岛火山的安山岩样品进行了温度 (常温 - 15 0 0℃ )与压力 (常压 - 2 .4 GPa)实验 ,测得在较低温度 -压力条件下 (<1GPa,<80 0℃ )浮岩样品的纵波速度小于安山岩样品的纵波速度 ,在较高温度 -压力条件下 (>1GPa,>80 0℃ )二者的纵波速度接近一致 (5 .9km /s)。 1GPa/80 0℃是浮岩样品和安山岩样品的热动力相变点 ,推测该点的深度大于 18km。     

岩石中的压力影形成的实验观测研究

野外地质观察发现,在大陆地壳变质岩中可以广泛观察到围绕一个大的单晶或者硬质点的两端区域填充低粘度相物质形成的压力影。为了定量研究岩石材料中压力影的形成条件,本文利用高精度Paterson气体介质变形装置,对含有刚性球的圣卡罗橄榄石和洋中脊玄武岩(MORB)的混合物圆柱型样品进行了高温高压扭转变形试验。变形实验前样品的初始熔融均匀分布,比例为φ≈0.05,变形试件尺寸为D8.9mm×L5.5mm,内含8粒直径约1mm的刚性球。扭转变形试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为γ≈1×10~(-4)s~(-1),最大剪切变形为γ≈4。实验结果表明,岩石受到扭转力的作用产生变形之后,当局部剪切应变达到γ≈1时,可以在刚性球周围形成熔融富集带和熔融贫乏带,即压力影构造,围绕刚性球对称分布。由于熔融分布的不均一性,富集带熔融比例上升,最高可以达到φ_(high)=0.1~0.3,熔融贫乏带熔融比例下降,含量为φ_(low)=0.01~0.02。由于刚性球对其周围的压力分布的扰动区域大约为刚性球的尺度范围,因此,在离开刚性球一定距离后,熔融趋于均匀分布。     

橄榄石的等温状态方程

利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置产生高压,使用16∶3∶1的甲醇、乙醇和水混合液体作为传压介质,在室温下,40 GPa的压力范围内,对橄榄石(olivine)进行了原位高压同步辐射能量色散X射线衍射(EDXRD)研究。实验结果表明,在所研究压力范围内,采自张家口大麻坪天然新鲜橄榄石的结构稳定,未见相变和压致非晶现象发生。用Birch-Murnaghan方程对测得的V-p数据进行了数值拟合,当K′T0=4时,橄榄石的零压体弹模量为KT0=141.3±3.2 GPa。     

天然黝帘石原位高压X射线衍射和拉曼光谱

黝帘石属于绿帘石族矿物[Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH)],产出于各种不同地质环境(比如大陆碰撞带和俯冲带)的高压和超高压变质岩中。不同于其他绿帘石族矿物属于单斜晶系矿物,黝帘石属于斜方晶系(空间群Pnma)。本文采用金刚石压腔装置(DAC)结合同步辐射X射线衍射及拉曼光谱技术对天然黝帘石[Ca2(Al2.71Fe0.29)(Si O4)(Si2O7)O(OH)]进行了原位常温高压实验研究,以期增进对黝帘石在常温高压下的稳定性以及Fe含量的不同对于其弹性性质影响的认识。原位常温高压X射线衍射实验在上海同步辐射装置(SSRF)的BL15U线站上完成。实验采用DAC高压装置结合单晶X射线衍射实验技术,实验最高压力约为30 GPa,衍射谱图采用黝帘石标准谱(JCPDS85-1631)进行指标化,衍射斑点的位置用来计算其在不同压力下的晶胞参数。随着实验压力的升高,所有的衍射晶面间距逐渐减小,当压力达约15.2 GPa,在衍射图谱上出现一新的衍射晶面信号(晶面间距d=2.238 3),并在之后的压力范围内一直存在。此外当压力达约22.6 GPa,又有一晶面间距d=2.689 6的新衍射信号出现,并一直保持存在到最高压力。据此推断黝帘石在压力约15 GPa时存在结构的变化。同时,在常温最高压力约为40 GPa条件下,对黝帘石进行了拉曼光谱测量。随着实验压力的增加,黝帘石的拉曼振动峰向着高波数方向移动,在压力约为15.7 GPa,低压下存在的波数为1 083 cm-1和1 098 cm-1的两个振动峰消失,与此同时,在波数为247 cm-1、303 cm-1、339 cm-1、和379 cm-1位置分别出现了新的拉曼谱峰,其中,339 cm-1峰于27.6 GPa时消失,其余新峰一直保持到实验最高压力值。因此,本文推测天然黝帘石样品在15~16 GPa压力范围内存在有结构的变化。对于变化后的结构和性质还有待于进一步研究。另外,本文利用三阶Birch-Murnaghan状态方程拟合了发生结构变化前(0~14.4 GPa)的p-V数据,得到V0=908.1(9)3、K0=108(2)GPa和K'0=6.5(6),其中V0、K0和K'0分别表示零压晶胞体积、等温体积模量及其压力导数值。综合上述获得的实验结果并结合前人对黝帘石的研究成果,本文探讨了含Fe量的不同对于黝帘石弹性性质以及晶体结构性质的影响。与不含Fe黝帘石的等温体积模量[Ca2Al3Si3O12OH(]122.1(7)GPa,123.4(4)GPa)以及低含Fe量的黝帘石[Ca2Al2.88Fe0.12Si3O12OH]的体积模量(119.1(7)GPa)相比,本次实验样品黝帘石[Ca2(Al2.71Fe0.29)(Si O4)(Si2O7)O(OH)]的体积模量(108(2)GPa)明显偏小,说明含Fe会增加黝帘石矿物的可压缩性,并且,含铁量越大其体积模量越小。