下地幔布里基曼石的铁自旋态及其地球物理意义

<正>根据地幔岩模型,下地幔主要由于布里基曼石[(Mg,Fe)(Fe,Si,Al)O3)]、铁方镁石[(Mg,Fe)O]、Ca-钙钛矿组成。Badro et al.,2003利用X光发射光谱发现,下地幔铁方镁石中的铁在高压下会经历电子的自旋转变[1]。随即发现,铁在下地幔矿物中的自旋转变会带来一系列物理性质的改变,如密度、弹性模量、波速、热传导系数以及电导率等[2]。在过去的十几年中,研究铁在下地幔矿物中的自旋态,以及自旋转变对下地     

雅鲁藏布江蛇绿岩中超高压矿物硅尖晶石的研究

从西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的罗布莎蛇绿岩的铬铁矿中，发现一个由70-80种奇异矿物组成的地幔矿物群，其中包括一种成分特殊的尖晶石类矿物。该种尖晶石呈包裹体分布在毒砂中，28粒该矿物的平均化学成分：Na2O 1.58％，MgO7．52％，Al2O3 36．59％，SiO2 44．45％，FeO 8．72％，并含少量CaO和TiO2。经激光拉曼谱仪测试，一部分颗粒具有Franclinite（锌铁尖晶石ZnFe2O4）拉曼谱。根据尖晶石结构和化学成分，可以得出两种分子式：（Mg0．52Na0．14Fe0.32Al0.74）1.72（Si2.00Al1.20）3.20O8和（Mg0.52Na0.14Fe0.32Si0.50）1.48相（Si1.50Al1.94）3．44O8。两种分子式都表明阳离子Si呈六配位占据尖晶石八面体晶格位置。Si离子呈六配位的硅酸盐。实验证明具有超高压性质，来自相当于过渡带400-670km的深部。表明西藏雅鲁藏布江蛇绿岩（古大洋岩石圈）的岩浆活动达到过渡带。可能是地幔柱活动将硅尖晶石类等超高压矿物搬运到上地幔浅部的。     

下地幔矿物研究及其进展

文中综述了20世纪90年代以来对下地幔矿物高温高压研究的进展,详细评论了下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的稳定性、(Mg, Fe)SiO3 钙钛矿和(Mg, Fe)O镁方铁矿的高压状态方程和热弹性及高压熔化、核幔边界温压下铁和硅酸盐的化学反应等几个热点问题;探讨了下地幔的矿物学组成,对下地幔的地震波速异常给出了可能的矿物学解释;介绍了国内同领域的研究工作;展望了下地幔矿物研究的发展方向。     

热处理电气石的物相转变

通过差热分析（DTA）、热处理和X射线衍射分析（XRD）等手段，研究我国西北某地区产的黑色电气石在热处理过程中的相转变过程，实验发现850℃热处理2h，电气石晶体结构的[Si6O18]复三方环和[BO3]三角结构已开始破坏，并出现新的物相－莫来石（Al2.35Si0.64O4.82)，铝硼氧化物（Al5BO9)和赤铁矿（Fe2O3)；890℃时，电气石分解形成的莫来石（Al2.35Si0.63O4.82)和赤铁矿（Fe2O3)量增加，并有新物相（Al2O3)9。97(B2O3)1.99形成；1010℃时，莫来石合成体系的Si、Al和O的原子个数比发生了变化（Al4.868Si1.132O9.566)，出现矽线石（Al2SiO5)、镁橄榄石（Mg2SiO4)、顽辉石（Mg(SiO)3)和镁铝硅硼酸盐（Mg2Al4Si4B4O37)等新物相。     

西藏蛇绿岩豆荚状铬铁矿中简单氧化物矿物组合及其超高压成因

最近在西藏罗布莎蛇绿岩豆荚状铬铁矿中,发现包括金刚石、柯石英和某些简单氧化物,诸如SiO2、MgO、Fe2O3、Cr2O3、Al2O3以及(Si,Ti)O2等组成的矿物群。这些矿物是非常复杂的由70~80种矿物组成的地幔矿物群的一部分。这充分证实在地幔中存在简单氧化物。高压-高温相平衡实验表明,硅酸盐矿物在下地幔条件才可分解成FeO、MgO和SiO2等简单氧化物(>670km)。因此有理由认为罗布莎简单氧化物可能来自下地幔深部。     

金刚石中的矿物包裹体

山东、辽宁金伯利岩区金刚石中的矿物包裹体是单晶相及多晶相的。大部分原生矿物包裹体为橄榄石,也有铬尖晶石、镁铝榴石、单斜辉石、斜方辉石、自然铁、针镍矿、柯石英、方解石及石墨。云母为后生包裹体矿物。橄榄石包裹体矿物富含Fo及Cr_2O_3。镁铝榴石矿物包裹体为紫红色,含Cr_2O_3,MgO及镁铬榴石分子高,形成压力为7.5GPa。单斜辉石包裹体矿物为绿色,形成温度和压力分别为:1531℃和4.5GPa。铬尖晶石包裹体矿物含Cr_2O_3及Cr/(Cr+Al)比值高,而含Al_2O_3低。柯石英的SiO_2含量为99.15％。自然铁含有少量的Co,Ni。针镍矿在金刚石中较常见。在橄榄石矿物包裹体内,见有方解石产出,其为同生矿物包裹体。     

西秦岭礼县地区新生代钾霞橄黄长岩系的单斜辉石

对西秦岭礼县地区钾霞橄橄黄长质火山岩系中单斜辉石进行了矿物化学研究，斑晶相单斜辉石类型复杂，成分变化范围大，具有多源属性，基质相单斜辉石可以分为高Ti铝透辉石和含Ti透辉石两种基本类型，它们是同源岩浆演化结晶的产物。结晶顺序前者晚于后者，岩系中透辉石Ca(Mg,Fe)Si2O6结晶过程中广泛存在于CaTiAl2O6分子替代，晚期熔体富Ti,Al贫Si,Mg，熔体有向富Ti,Al,Fe,Na贫Mg,Si演化的趋势，在透辉石成分上表现为CaTiAl2O6和NaFe^3 Si2O6端员分子对Ca(Mg,Fe)Si2O6的替代，本区基质相透辉石与世界上典型地区的钾霞橄黄长岩系的透辉石具有不同程度的可比性。     

岩石圈地幔中的金刚石及其矿物包裹体的研究进展

金刚石及封存于其中的矿物包裹体对于研究金刚石的成因以及古老岩石圈地幔、超深地幔的性质和地幔过程具有重要的研究意义,是国内外地质学家们的研究热点。大多数金刚石来源于岩石圈地幔,根据包裹体相对于寄主金刚石形成的时间可分为先成包裹体、同生包裹体和后生包裹体,包裹体属于哪种类型直接关系到数据所代表的意义,根据包裹体源区的岩石类型,通常将包裹体分为P/U型和E型,介绍了2种类型包裹体包含的矿物种类,并对出现较多的橄榄石、单斜辉石、斜方辉石、石榴石、铬铁矿和硫化物包裹体的矿物学特征进行了详细描述,归纳了金刚石及其矿物包裹体的主要研究方向:包裹体矿物的化学成分、金刚石的碳同位素组成、金刚石形成的温度、压力及年龄,综述了克拉通岩石圈地幔金刚石及其矿物包裹体的成因,总结了我国金刚石中包裹体的研究成果,分析了国内研究工作与国际上的差距。     

西秦岭礼县新生代钾霞橄黄长岩系中的含钛透辉石

对西秦岭礼县新生代钾霞橄黄长岩系中的基质相含钛透辉石进行了矿物化学研究，根据透辉石中Ti和Al的含量划分出低Ti—透辉石和高Ti—铝透辉石两种基本类型，它们作为同源岩浆演化结晶的产物，结晶顺序前者先于后者。火山岩系的透辉石[Ca(Mg，Fe)Si2O6]结晶过程中广泛存在着CaTiAl2O6(钛辉石)分子替代，晚期熔体富Ti、Al贫Si、Mg。百草山岩筒是演化岩浆结晶的产物，熔体向富Ti、Al、Fe^3 、Na，贫Mg、Si趋势演化；在透辉石成分上表现为CaTiAl2O6和NaFe^3 Si2O6(锥辉石)端元分子对Ca(Mg，Fe)Si2O6的替代。本地区基质相透辉石与世界上典型地区的钾霞橄黄长岩系的透辉石具有不同程度的可比性，反映了这种特殊的岩浆熔体成分在一定程度上控制着透辉石的结晶过程和阳离子在矿物晶格中的占位。     

金刚石包裹体矿物化学特征与华北东部克拉通岩石圈地幔属性

华北地台金刚石的包裹体中含有丰富的地幔信息.对山东蒙阴、辽宁复县两地金刚石中包裹体矿物包括橄榄石、石榴石、单斜辉石和铬铁矿的化学成分进行了深入分析,金刚石包裹体矿物的主量元素显示华北地台至少在古生代金伯利岩侵位时具高度亏损玄武质的难熔克拉通岩石圈地幔特征.应用适用于石榴石橄榄岩相的单斜辉石温压计对金刚石包裹体中透辉石进行了计算,得出华北地台金刚石形成于1 083～1 194℃、5.3-6.1 GPa的地质环境下.蒙阴和复县两地金刚石包裹体所反映的古老岩石圈地幔虽然都表现为克拉通岩石圈地幔特征,但也存在一定的不均一性.同时,通过对华北东部古生代与新生代地幔矿物的主量元素及地幔热状态的对比,结合现有的地幔岩石学和地幔地球化学的研究成果,认为软流圈物质对古老岩石圈地幔的侵蚀作用能较好地解释华北岩石圈减薄.     

低温绿泥石成分温度计Fe/(Fe+Mg)校正的必要性问题

绿泥石是沉积岩、低级变质岩和水热蚀变岩中的常见矿物,基于四次配位Al含量的绿泥石成分温度计是确定古成岩或变质温度的最主要的手段之一。介绍了四种应用最为广泛的绿泥石成分温度计的原理,并从离子替代规律和比较研究的角度着重讨论了近年来关于绿泥石成分温度计校正的必要性。研究表明,在铝饱和的条件下,根据绿泥石中的Fe/(Fe Mg)值对绿泥石温度计进行校正并不能使计算值与实际值更为接近,而且从晶体化学的角度看,全岩的Fe/(Fe Mg)主要影响的是绿泥石中六次配位Fe与Mg的占位,而且偶合置换(Si4 )Ⅳ(Mg2 )Ⅵ—(Al3 )Ⅳ(Al3 )Ⅵ和(Si4 )Ⅳ(Fe2 )Ⅵ—(Al3 )Ⅳ(Al3 )Ⅵ共同控制着四次配位Al的占位。所以在铝饱和的岩石体系中可不必进行Fe/(Fe Mg)值的校正。     

金刚石的优化处理

金刚石宝石名:钻石,化学式:C,空间群:Oh~7Fd3m,属立方面心格子,C-C以共价键相连,化学成分以碳为主,此外还含Si、Al、Ca、Mg、Mn、Fe、Ti、B、N、Ni等杂质。金刚石常因含各种带色离子而呈各种颜色。金刚石的颜色一般有:黄、蓝、绿、灰白、天蓝、金黄、红、粉红、紫、褐色、无色等。我国金刚石以无色、淡黄、浅棕色为主,偶尔也有绿、灰、桔黄色。产地主要有山东、辽宁、贵州、湖南等。湖南沅江流域金刚石的颜色有黄色、黄褐色等。金刚石常含有包裹体,这不仅影响其透明度,而且还会降低其宝石品级。包裹体一般     

钙钛矿型硅酸盐的热膨胀及地幔分层

位于地下670公里深处的地震不连续带是上、下地幔的分界面,其压强为24GPa,温度为2—3千K。在这样的条件下,上地幔的主要矿物——橄榄石〔(Mg、Fe)_2SiO_4〕、辉石〔(Mg、Fe)SiO_3〕和石榴石〔(Mg、Fe、Ca)_3Al_2Si_2O_2〕将转变为斜方畸变的具钙钛矿结构的〔(Mg、Fe)SiO_3〕矿物或以钙钛矿为主的矿物组合。由于钙钛矿型的硅酸盐至少在70GPa压力下还是稳定的,因而它被认为是下地幔(或许是整个地球)中最主要的矿物。尽管钙钛矿型的硅酸盐很重要,但直到1976年才被发现,而且由于合成这种矿物所需的压力和温度条件很难达到,所以对其物理性质还不甚了解。例如,钙钛矿热膨胀系数对下地幔可能存在的成分模式起着重要的制约作用。最近我们合成了足够量的钙钛矿型的(Mg_0.9,Fe_0.1)SiO_2以便用X射线衍射法测定其在温度达840K时的无压热膨胀。在高温下测得的平均热膨胀系数为4×10~(-6)K~(-1)。这么大的热膨胀系数表明:根据土地幔组分(如地幔岩或石榴石橄榄岩,Mg值≈0.89)的标准模式求得的无压密度,要比推断的下地幔在无压条件下的密度低大纣2%。这一结果显示:上地幔与下地幔的化学性质是不同的;这与地幔热对流的分层模式是一致的。     

金刚石分类、组成特征以及我国金刚石研究展望

金刚石由于其独特的物理化学性质,在经济生产与科学研究中均具有重要价值.金刚石形成于地球大于150 km的深度范围内,是人类可以获得的来自地球深部地幔乃至核幔边界的最直接的样品,因此可以为研究地球深部物质组成和物理化学条件提供重要的素材.金刚石由碳元素组成,还含有微量的杂质元素（如氮、硼、氢、氧等）,其中氮和硼元素对于划分金刚石的晶体结构类型发挥着重要的作用.根据金刚石的产出类型,金刚石可以划分为幔源型、超高压变质型、陨石相关型以及蛇绿岩型金刚石.全球约百分之一的幔源型金刚石含有包裹体,对这些包裹体的研究显示,金刚石主要来源于地球150~200 km深度的岩石圈地幔.这些含有包裹体的金刚石中,仅有1%的金刚石来自于地球深部的软流圈、地幔过渡带、下地幔、甚至核幔边界.我国的金刚石产出类型多样,但是,目前仅山东蒙阴、辽宁复县的金伯利岩矿床以及湖南沅水的砂矿具有经济价值.蛇绿岩型金刚石是近年来金刚石研究领域取得的重要进展,该类型金刚石分布在全球多个造山带不同时代、不同构造属性的蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,被认为是一种新的金刚石的产出类型.相对于其他国家和地区的金刚石的研究,我国的金刚石领域的研究程度相对较低,缺乏对金刚石结构、化学组成以及包裹体组成的系统研究,制约了对我国金刚石成因的认识,限制了我国的金刚石的找矿工作.因此,亟需结合先进的分析手段对我国的金刚石及其围岩做进一步的研究,以期揭示金刚石的形成过程,为金刚石的找矿提供理论基础.      

滇中昆阳群火成碳酸岩的发现及其意义

在武定西矿带发现的已大理岩化的滇中昆阳群（Pt2k)火成碳酸岩富含钠长石、更长石、金云母、黑云母等硅酸盐矿物，发育火成结构构造，如斑状结构、隐晶结构，流纹构造、带状构造、气孔、杏仁构造等，与沉积围岩相比，岩石高Si、Al、Fe、Mg、Mn、P，富K2O Na2O，低钙，轻稀土富集，富含Nb、Zr、Hr、U、Th、Sr、Ba、稀土等不相容元素，与粗面质、粗安质等碱性硅酸盐岩共生。（铁）白云石（＞５０％）内，含有粗面南、碳酸质熔融包裹体；流体包裹体均一温度可达４５０℃以上。其发现证明滇中元古代曾有碳酸质岩浆活动。     

深部地幔及深部流体

主要论述深部地幔的组成、地球化学及深部流体研究的进展。金刚石中含有下地幔矿物组合的包裹体，这一发现暗示，在６７０ｋｍ或更深处有“原金伯利岩浆”发生的可能性。经研究，地幔中的流体除与岩浆作用有关者外，还存在有深部来源的“超深流体”。金伯利岩中大量缺氧矿物的发现支持了这一观点。根据已有的资料，Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ为其主要成分，并含有碱金属、卤族元素、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ等元素。深部流体的研究将对地幔柱（羽）的活动、幔源岩浆的形成、全球动力学过程及成矿作用作出贡献。     

洋壳深俯冲过程中碳酸盐的稳定性与金刚石成因初探

<正>深部碳循环是全球碳循环体系的重要组成部分,它是指伴随洋壳俯冲作用,大量含碳矿物被带入地球深部,经历一系列地质作用后,再通过岩浆和火山作用将碳带回地表的过程。地震学、地质学和地球化学等研究表明,洋壳能够俯冲到地幔过渡带底部、甚至核幔边界;最近,Walter等人(2011)对产自巴西Juina金伯利矿床的"超深"金刚石进行了研究,发现该金刚石含有源自地表的轻碳同位素,而且其包裹体中含有洋壳玄武岩组分。这一发现有力地证实了碳循环可以深入下地幔1400 km[1]。     

山东蒙阴金伯利岩中尖晶石族矿物特征及种类划分

山东蒙阴金刚石矿区金伯利岩中的尖晶石族矿物究竟是铬铁矿还是尖晶石一直倍受争议,为了确定山东蒙阴矿区形态复杂的尖晶石族矿物种类,项目组对矿区的尖晶石族矿物进行了系统的采样,利用电子探针对50件尖晶石族矿物MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3进行微区化学成分分析,结果显示,山东蒙阴金刚石矿区金伯利岩中尖晶石族矿物A、B端元成分复杂,不存在单纯的铬铁矿或尖晶石矿物种,以化学分子式分类为基础得到的尖晶石族矿物种类主要有:铁镁-铬铁钛、镁铁-铬铁铝钛、铁镁-铬铝铁、镁铁-铬铝铁、铁镁-铬铁钛铝、镁铁-铬铝、铁镁-铬铝7个亚种。山东蒙阴金伯利岩中尖晶石族矿物的主要端元组分为MgAl2O4、MgCr2O4、FeCr2O4,矿物化学成分分析表明,Mg质量分数较高(7.3%~11.8%),其中Fe、Mg离子数比近于1:1,构成富镁的铬铁矿。     

中国辽宁金刚石中高硅钙铁榴石(Majorite)等超高压矿物包裹体的发现及地质意义

在中国辽宁金刚石中获得的高硅钙铁榴石(Majorite)为一单晶碎片包裹体,与其共存的金刚石包裹体还有刚玉、碳化钛、红色金刚石碎片、钙钛矿、二氧化硅等。通过电子探针成分分析,确定该高硅钙铁榴石(Majorite)成分超硅高钙缺镁,8个分析点平均值计算的矿物分子式为(Ca2.35Fe0.49Mn0.15Mg0.02)3.01(Al1.08Fe0.48Si0.44)2.00(SiO4)3,根据Kenneth等(2000)提出的计算压力的公式得到该包裹体高硅钙铁榴石(Majorite)形成的压力为14GPa,估算形成深度达400km。用四圆单晶衍射仪测定了该石榴石的晶体结构,a=1.195 15(4)nm,求得了各原子的座标、占位度和各向异性温度因子,用I>2σ(I),计算得到R1=0.077 9,WR2=0.141 6,Goodness-of-fit(F2)=1.382。在该高硅钙铁榴石包裹体中还存在微米级二氧化硅(呈四边形断面)和氧化铁(含钠)的包裹体(析离体),它们可能是斯石英和方铁矿(或似沂蒙矿)。从高硅钙铁榴石(Majorite)的成分判断,其物质来源具壳源性质,由此推断的大陆壳俯冲深度要超过400km,这与地球物理探测郯庐断裂已切穿了上地幔、进入软流圈的看法相一致。     

金伯利岩:地球深部探测的重要探针

金伯利岩是一种偏碱性的超基性岩,来源于地幔深部,富含挥发份和钾质,属于火成岩类,金伯利岩中主要含有镁铝榴石、金刚石、橄榄石、铬铁矿、铬透辉石、镁钛铁矿,锆石、碳硅石等造岩矿物.同时金伯利岩也被认为是含金刚石最主要的岩石.本文通过文献调研方法,野外现场表明金伯利岩中含有深源包裹体;全球金伯利岩主要分布在俄罗斯、博茨瓦纳、加拿大、安哥拉、南非、刚果民主和纳米比亚;中国金伯利岩主要分布在华北地台,在山东、辽宁、吉林、山西、河南和新疆等地.这些金伯利岩常常与深大断裂甚至地幔深部地质作用关系密切,常出现标志性矿物橄榄石、石榴石、高铬磁铁矿,伴有烃类或氢气.但含金刚石金伯利岩主要沿郯庐断裂带分布,如辽宁瓦房店、山东蒙阴等地.从时代上看,以往认为的早古生代的金伯利岩,更可能都是在早期形成于华北地台之岩石圈底部,而在中生代白垩纪时期才在大规模岩石圈拆沉的地质背景下的以快速上升的,尤其是那些含金刚石的金伯利岩岩管更是快速上升的典型代表,其标型矿物是镁铝榴石、高铬磁铁矿、钙钛矿等.国内辽宁瓦房店含金刚石金伯利岩产于郯庐断裂带东侧,有着与同期金伯利岩相同的岩石矿物学特征,其中的以50号岩管为代表的金刚石矿床是我国重要的战略矿产.金伯利岩及其中的金刚石带来众多直接的深部地幔信息,中国瓦房店、蒙阴一带的金刚石来自上地幔,而一些含硼蓝色金刚石则来自下地幔,不同层圈的金刚石携带不同的标志矿物,以橄榄石为例:来自上地幔金刚石携带的橄榄石为橄榄石;过渡带金刚石携带的主要为瓦兹利石和林伍德石;下地幔的金刚石则为布里奇曼石,它们是深部探测的重要探针.