上地幔的氧逸度与金刚石的成因

过去认为温度和压力对金刚石的形成起着主要的控制作用,现在研究证实除了温度和压力外,氧逸度在金刚石的形成过程中同样起着不可缺少的作用。本文收集总结了国内外在这方面研究的最新成果,包括上地幔的氧逸度及其测定方法,形成金刚石的碳的来源、金刚石形成时的流体状态、金刚石的最新成因模式、氧逸度与金刚石的保存等等。最后认为岩石圈的底部,即氧化还原状态变化较大的岩石圈—软流圈的结合处是最有利于天然金刚石形成的部位。这一点已被天然金刚石包裹体的研究所证实。     

地幔氧化状态和氧逸度简介

本文介绍了80年代有关地幔氧化状态和氧逸度的确定方法、基本原理和氧逸度的测定结果,并对各种方法存在的问题、影响fo_2测定值的主要因素等作了简要介绍.     

地幔氧逸度的研究进展

通过对目前国际上诸多有关地幔氧逸度的研究结果的系统分析和总结 ,提出了地幔中自由氧对地幔物质的性质、状态及运动过程产生影响的基本作用方式 ;介绍了目前地幔氧逸度研究的主要研究手段 ,包括本征氧逸度的实验室测量、模拟氧逸度的实验室测量、地幔氧逸度计及理论计算等及其优缺点 ;定性探讨了地幔氧逸度的时空分布规律 ,获得了地幔随时间的推移变得愈来愈氧化 ,随深度的增加变得愈来愈还原 ,以及在横向上不同大地构造部位的地幔区域具有不同的氧逸度等诸多结论。结合目前人们对地幔物质组成、性质、状态、运动过程及地球的起源与演化历史等的认识 ,初步提出了地幔不同圈层氧逸度的约束机制。最后 ,针对目前地幔氧逸度的研究现状 ,为今后提出了一些参考性的研究方向。     

地幔氧逸度的时空变化

地幔氧逸度是反映地幔氧化还原程度的参量,由温度、压力、岩石化学成分、矿物结构等共同作用控制.目前对上地幔氧逸度的研究主要针对镁橄榄石-磁铁矿-石英体系、含角闪石的橄榄岩体系和玄武岩(熔体)体系,通过实验岩石学方法进行.地幔氧逸度在垂直深度上随深度增加而减小受到普遍认可.天然样品和理论研究认为,岩石圈地幔底部的软流圈氧逸...     

流体包裹体的氧逸度计算公式及其应用

目前，某些研究者推出几种流体包裹体的氧逸度计算公式和相应的图表。由于这些图表精确度较低，在详细的研究和对比时不能应用。此外，对于导出的这些分步计算公式，因不能直接计算也造成了实际应用的不便。我们根据流体包裹体中含Ｏ２组分参加的化学反应，利用热力学原理，推导出只含Ｔ、ｐ和ｘ三种参数而直接计算氧逸度的公式。由化学分析包裹体中各组分的摩尔分数，再由其他方法获得包裹体形成温度和压力，代入公式可直接计算出形     

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.     

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。     

锆石Ce 氧逸度计和早期地球的氧化还原状态

氧逸度可以用于定量描述一个体系的氧化还原状态,是地球科学非常重要的一个热力学指标。早期地球的氧逸度及其变化趋势的重建,对大气圈、水圈、生物圈乃至整个地球的起源和演化具有重要的科学意义,也是地球科学长期探索的重要目标。锆石提供了地球上已发现的最古老天然样品,几乎是目前研究早期(冥古宙)地球的唯一可靠对象。近年来的研究发现,锆石中Ce的含量对其母岩浆体系的氧逸度很敏感,并由此发展出了锆石的Ce氧逸度计。这一技术对认识早期地球的氧化还原状态十分关键。文章对锆石Ce氧逸度计进行了简单介绍,进而对早期地壳和地幔的氧化还原状态进行了综合评述。在此基础上,对早期地球几个重要圈层(大气圈、大陆地壳和上地幔)氧逸度的演化及相互间的耦合关系进行了讨论。     

YSZ传感器用于超临界水中氧逸度原位测量的研究

无论在自然界还是生产实践中,人们经常遇到处于一定温度和压力下的各种水热体系.高温高压下水热体系的氧逸度是体系的温度、压力以及化学组成的系统描述.     

中国东部新生代玄武岩及其地幔包体的氧逸度

地幔环境的氧逸度与温度和压力一样,是控制许多地幔过程的一个重要参数。本文计算了中国东部几个具有代表性地区的玄武岩和尖晶石二辉橄榄岩的氧逸度,尖晶石二辉橄榄岩的氧逸度变化不大,均位于１ｏｇ（ｆｏ２）＝ｌｏｇ（ｆｏ２ＦＭＱ）＋０．０左右,而各地区玄武岩的氧逸度却变化很大,其平均值从尚志地区的ｌｏｇ（ｆｏ２ＦＭＱ＋０．６到长白山地区的ｌｏｇ（ｆｏ２ＦＭＱ）＋３．３左右（其中东北地区钾质玄武岩的氧逸度比除尚志以外其它地区的低）,并且总体具有比地幔橄榄岩高得多的氧逸度。推测钾质玄武岩和尚志地区破性玄武岩的氧逸度比中国东部其它地区玄武岩的氧逸度低的可能原因是,前二个地区的玄武岩来源于更深部的（金云母）石榴石二辉橄榄岩,而其它地区的玄武岩来源于略浅部的尖晶石二辉橄榄岩。     

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.     

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。     

高温高压和不同氧逸度下二辉橄榄岩电导率实验研究

在一定热力学条件下矿物和岩石电导率的实验室就位测量能够帮助对已有的大地电磁测深结果进行合理解释,从而一方面为人们探索地球内部物质的化学组成、矿物组成和相态组成,地球内部物质的结构构造,以及地球内部的热结构等地球内部物质的组成和性状提供大量信息,另一方面,亦是人们认识地球内部物质的相变、熔融、脱水、扩散、流变、能量传输以及物质间相互作用等过程极为重要的研究手段.     

中国东部新生代玄武岩及其他幔包体的氧逸度

地幔环境的氧逸度与温度和压力一样,是控制许多地幔过程的一个重要参数。本文计算了中国东部几个具有代表性地区的玄武岩和尖晶石二辉橄榄岩的氧逸度,尖晶石二辉橄榄岩的氧逸度变化不大,均位于１ｏｇ（ｆｏ２）＝ｌｏｇ（ｆｏ２ＦＭＱ）＋０．０左右,而各地区玄武岩的氧逸度却变化很大,其平均值从尚志地区的ｌｏｇ（ｆｏ２ＦＭＱ＋０．６到长白山地区的ｌｏｇ（ｆｏ２ＦＭＱ）＋３．３左右（其中东北地区钾质玄武岩的氧逸度比除尚志以外其它地区的低）,并且总体具有比地幔橄榄岩高得多的氧逸度。推测钾质玄武岩和尚志地区破性玄武岩的氧逸度比中国东部其它地区玄武岩的氧逸度低的可能原因是,前二个地区的玄武岩来源于更深部的（金云母）石榴石二辉橄榄岩,而其它地区的玄武岩来源于略浅部的尖晶石二辉橄榄岩。     

气体混合炉中氧逸度控制北大核心CSCD

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。     

高温高压和控制氧逸度条件下透辉石电导率的各向异性实验研究

在1.0～4.0GPa 和1073～1373K 及控制氧分压条件下,借助于 YJ-3000t 紧装式六面顶固体高压设备和1260阻抗/增益-相位分析仪,就位测定了沿着不同晶轴方向的透辉石的电导率。氧逸度控制是由 Ni+NiO 固体缓冲剂完成的。实验结果表明:(1)在选择的频率范围,无论从复阻抗的模与频率还是从相角与频率关系上,部可以看出复阻抗对频率具有很强的依赖性;(2)随着温度升高,阻抗降低,电导率增大,Logo 与1/T 之间符合 Arrenhius 线性关系式;(3)随着压力升高,[001]方向的透辉石电导率降低,活化焓和指前因子亦随之减小,并首次获得了透辉石中主要载流子的活化能和活化体积分别为1.80±0.04eV 和0.035±0.015cm~3/mol;(4)在2.0GPa 下按照[001]、[100]、[010]的顺序,样品的电导率和指前因子降低,活化焓依次升高,高压下的透辉石电学性质存在各向异性;(5)小极化子导电机制可为透辉石在高温高压下的导电行为提供合理的解释。     

岩浆冷凝成岩阶段的氧逸度与华南热液型铀矿的成矿类型

文章根据多年积累的资料,着重分析了岩石氧化系数与岩浆冷凝成岩阶段的氧逸度以及与岩石铀含量之间的关系,得出岩浆冷凝成岩阶段的氧逸度,是造成华南以酸性岩浆岩为成矿母岩的铀矿床成矿类型差异的主因的结论.从理论上找出了各类型铀矿之间的内在联系,深化了成矿机理的认识,确认了华南存在岩浆热液型铀矿的可能性.     

华南花岗岩类中铁钛副矿物组合与氧逸度关系

华南花岗岩中存在两类矿物组合:(1)铁透闪石 钛铁矿 榍石 磁铁矿 石英;(2)钛铁矿 方解石 石英 磁铁矿 榍石。可通过以下关系分别计算上述两组矿物组合的岩浆氧逸度。组合(1)为: logfo_2=-24940.31/T 9.25 243.43(P-10~5Pa)/T 0.86logfH_2O-0.86logα铁透闪石组合(2)为: logfo_2=-3673.68/T-37.73 590.53(P-10~5Pa)/T 6logfco_2岩浆作用过程的氧逸度(fo_2)是控制磁铁矿、钛铁矿、榍石等铁、钛副矿物形成和稳定的重要因素。