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。     

俯冲带变质过程中的含碳流体

俯冲带含碳岩石通过俯冲过程的变质反应生成了含碳水流体、富硅酸盐的超临界流体和含碳熔体。不同类型流体的形成与岩石成分和岩石经历的温压条件相关。岩石中碳酸盐矿物脱碳反应的温压条件取决于岩石起初的流体成分：有水存在时,反应发生在低温条件下。在高压条件下,碳酸盐矿物在水或含盐水流体的溶解是生成含碳流体重要的机制,其导致的碳迁移作用可能超过脱碳变质反应的作用。高温条件下,含碳岩石的部分熔融可以生成含碳的熔体,这在热俯冲环境和俯冲带岩石底辟到上覆地幔的情况下是碳迁移重要载体。富硅酸盐的超临界流体可能是在第二临界端点上形成的超临界流体,目前在超高压岩石中观察到的非花岗质成分的多相固体包裹体被认为是这种流体结晶的产物,然而对其理解尚存在很多问题,需要进一步的实验研究。地表含碳岩石在俯冲带被带到深部,俯冲带地温特征的不同导致了不同类型含碳流体的形成,这些流体运移至上覆地幔引起岩石部分熔融产生含碳的岛弧岩浆,岩浆喷出到地表释放了其中的碳,这构成了俯冲带-岛弧系统的碳循环。

     

地幔中的水与熔融

自二十世纪九十年代起,通过对天然样品的观察、矿物中水的溶解度的实验研究、以及地球物理的观测,人们逐步认识到地球内部以矿物晶格缺陷形式蕴含着至少与现今海洋水量相当的水。地球内部的水除了显著影响矿物的热导率、电导率、流变学、扩散等性质之外,还对不同构造背景下的地幔熔融产生了重要影响。水作为强不相容元素,在地幔发生熔融时会更倾向于进入到熔体相中,从而改变熔体的结构,影响与残留固相之间的平衡。总体上讲,在等温等压条件下,地幔中水的存在可以显著降低其固相线并增大熔融程度;而在绝热减压过程中,水的存在则可以加深初始熔融的深度,增大地幔整体熔融的区间,从而降低平均熔融程度。近年来,越来越多的证据表明,水对于从岩石圈-软流圈边界的低程度熔融到地幔超大规模熔融产物（大火成岩省）的形成都具有重要作用。本文综述了不同构造背景下（大洋中脊、岛弧、地幔过渡带、大火成岩省、大陆板内、洋岛等）水对地幔熔融影响的新进展,并提出现有研究的不足和未来的挑战。

     

水-硅酸盐熔体反应机理综述

概括地介绍了近年来对水的溶解机制的研究进展,着重讨论了Ｂｕ＾－ｒｎｈａｍ模式、Ｋｏｈｎ模式及Ｓｙｋｅｓ模型;并根据碱金属组分对水在硅酸盐熔体中溶解度的影响论述了水的溶解机制。     

100MPa、800℃下磷对铌锰矿和钽锰矿在简单花岗质熔体中溶解度影响的实验研究

选取人工合成的简单花岗岩玻璃以及铌锰矿和钽锰矿晶质矿物作为实验初始物,实验研究了100MPa、800℃条件下铌锰矿和钽锰矿在水饱和(或近水饱和)的无磷和含磷简单花岗质熔体中的溶解度。实验结果显示,在过碱质熔体中铌锰矿和钽锰矿的溶解度远高于它们在准铝质和过铝质熔体中的溶解度,但两者之间的溶解度相差不大;在准铝质和过铝质熔体中,铌锰矿的溶解度要明显低于钽锰矿。在过碱质熔体中,铌锰矿、钽锰矿的溶解度与体系中P2O5的含量存在负的线性相关性,即lgKspNb=-0.29×P2O5-2.05(R2=0.96)和1gKspTa=-0.29×P2O5-1.79(R22=0.98);在准铝质熔体中,铌锰矿、钽锰矿的溶解度则随体系中P2O5含量的增大呈逐渐升高趋势;在过铝质熔体中,铌锰矿、钽锰矿的溶解度随体系中P205的含量增大,先表现为降低的趋势,但是当P2O5的含量大于约3%时铌锰矿、钽锰矿的溶解度在误差范围内随P205含量的升高基本保持恒定。上述实验结果产生的主要原因很可能与铌、钽在硅酸盐熔体中的溶解机制以及磷在不同化学组成的硅酸盐熔体中不同的结构作用有关。     

地幔中水的赋存状态的研究进展

地幔水不仅对地球物理场的性质有重要影响，而且对地球化学动力学，地幔横向不均一性、地幔对流、低速层、板块俯冲、相平衡、熔融行为、深部地质灾害以及成矿作用等都具有重要意义，因此，地幔水的研究早已引起人们的重视。为了探讨水在地幔过程中的作用，必须搞清楚水的赋存状态。研究表明，地幔中水的储存形式主要有三种：以ＯＨ形式储存的矿物中，以自由相形式存在以及溶解在熔体中，本文对地幔中水的赋存状态研究进展作了综述，     

水在岩浆熔体中的溶解机理—水与硅酸盐熔体反应

本文将有关水－熔体反应研究领域内的最新果归纳为以下几个方面：（１）硅酸盐熔体中水至少以三种方式存在：分子水，羟基和质子，它们的相对丰度是熔体组成，溶解水含量，温度，压力等多种因素的函数；（２）水的溶解使熔体粘度降低，但这并不一定要求Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ键的破坏，质子对Ｎａ＾＋，Ｋ＾＋的置换也产生同样效果；（３）相对于温度和压力而言，熔体的组成对水溶解度的影响程度更高，水的溶解度随富Ｎａ和Ｌｉ组分含量的增     

变基性岩部分熔融过程中榍石的微量元素效应:以南迦巴瓦混合岩为例

南迦巴瓦地区广泛出露的中下地壳变基性岩部分熔融形成的层状混合岩和淡色花岗岩,为研究部分熔融过程中榍石的地球化学行为对熔体的微量元素组成的影响提供了良好的机会。相对于源岩或熔融残留体,淡色体亏损Ti、V、REE、Y、Nb、Ta、U等元素,与混合岩中榍石的微量元素特征互补。混合岩、淡色体和榍石微量元素特征表明南迦巴瓦角闪岩部分熔融形成的淡色体的微量元素特征主要受控于榍石的地球化学行为。角闪岩脱水部分熔融过程中,由于长英质熔体的低Ti溶解度,榍石以未熔残留体形式存在于暗色体中,导致熔体亏损Ti、REE、Nb、Ta、V、U等元素和Sr/Y比值相对升高。关键元素在榍石和熔体之间的配分系数受熔体成分影响明显。角闪岩中变质榍石D_Nb/Ta < 1,因此变质榍石残留导致熔体Nb/Ta相对于源岩升高;而高Si-Al花岗质熔体中榍石D_Nb/Ta>1,因此与高Si-Al熔体平衡的榍石的分离（转熔或结晶分异）将导致熔体Nb/Ta比值相对源岩降低。榍石在部分熔融过程中的微量元素效应为理解变基性岩部分熔融产生熔体的地球化学特征提供新的认识。

     

阿尔泰伟晶岩中流体熔融包裹体成分的研究

对阿尔泰可可托海、柯鲁木特和库威伟晶岩锂辉石及绿柱石中单个流体熔融包裹体各相成分，借助激光拉曼探针进行分析，鉴定出固体相为不同硅酸盐子晶矿物，定量给出了流体相成分。根据子晶矿物和流体相成分估算了整个流体熔融包裹体的成分，并据此进一步讨论了熔体中流体的溶解度问题。流体熔融包裹体成分研究表明熔体中流体已达饱和或过饱和，流体相与熔体相发生分离，相应残余伟晶岩浆体系进入晶体＋熔体＋流体三相共存的岩浆－热液     

地幔橄榄岩部分熔融的实验研究——论地幔富硅酸盐流体(熔体)的成因

在0.61 GPa和1.0 GPa条件下,进行了地幔二辉橄榄岩的部分熔融实验,首次探讨了熔体成分在“不同熔融阶段”随部分熔融程度的变化。结果显示,熔体中SiO_2、CaO、Al_2O_3、Na_2O和TiO_2变化趋势在不同熔融阶段不一样。熔体成分在低压下或较高压下相对富SiO_2。幔源富硅酸盐流体(熔体)的成因有多种,但存在于同一地幔橄榄岩捕虏体中、挥发分及碱质含量相近而其他成分不同的基性—中酸性富硅酸盐熔体,是在有地幔C—O—H流体介入或其他交代矿物存在时的原位局部平衡     

岩浆中磷灰石溶解度的研究进展

磷灰石在岩浆中的溶解行为有助于理解熔体的演化、微量元素如REE、U、Th、Sr等的分异和地幔交代流体的形成。本文综述了硅酸盐熔体中温度、熔体成分(Si O2、Ca O、Al2O3、S等)和碳酸盐熔体中温度、Ca O含量等对磷灰石溶解度的影响,介绍了已建立的溶解度模型以及采用模型成功解释实际成岩成矿过程的例子。在概述研究进展的基础上,指出了压力、卤素和高压流体等对磷灰石溶解行为影响的研究的不足。     

硫在岩浆熔体中的溶解行为综述

对火山放气过程中硫行为的研究是研究岩浆氧化状态及估算火山排气量的一种有效手段。硫在硅酸盐熔体中的溶解行为与其氧化状态紧密相关,硫在硅酸盐熔体中的溶解度取决于氧逸度、硫逸度和Ｏ２－在熔体中的行为,且熔体中硫的溶解度与其中水的含量呈反比关系。常压条件下硫在熔体中的溶解度与ＳｉＯ２的含量呈反比关系,在还原环境中硫在熔体中的溶解度与熔体中ＦｅＯ含量呈正相关。在氧化性岩浆中硫的溶解度较高,这可能是硫自地幔或下地壳迁移至近地表火山环境中的有效机制。     

水对硅酸盐岩体系部分熔融行为的影响：第二临界端点的重要意义

水对硅酸盐岩体系的许多物理-化学行为有着非常重大的影响.具体对部分熔融过程来说,水可以显著地降低熔融温度、改变熔体性质、影响微量元素在固-液相之间的分配.近年来,科学家们就大量水对硅酸盐岩体系的部分熔融过程的影响进行了许多的高压实验,他们主要关注第二临界端点对熔融过程的重要作用:第二临界端点的出现极大地改变着部分熔融过程中的基本相关系.本文主要针对这些高压实验研究做一总结,并对未来研究方向做一初步探讨.     

深熔过程中熔体成分与锆石行为模拟计算

发生深熔作用是高级变质作用的一个重要特征。深熔过程中产生的熔体可为淡色花岗岩提供潜在的源区;深熔过程中锆石的行为直接影响对变质锆石记年地质意义的理解。在含Zr体系下的相平衡模拟显示泥质成分深熔过程中产生熔体的成分在P-T空间中规律变化。温度升高时熔体Zr/Si值、Zr、FeO、MgO以及CaO等含量明显增加,压力较高时K2O含量也随温度升高而明显增加。Na2O含量随温度升高而降低,但随压力升高而增加。压力升高时Al/Si值显著升高。温度较高时Na/(Na+K)等值线较陡,减压熔融过程不会显著改变熔体Na/(Na+K)值,而升温减压过程以及近等压升温过程都会明显降低熔体Na/(Na+K)值。中压时随温度升高熔体Fe/(Fe+Mg)值缓慢升高,而石榴石的生长发育会迅速降低熔体Fe/(Fe+Mg)值。不同温压条件下对应的固相线熔融、白云母脱水熔融以及黑云母脱水熔融形成的熔体成分具有明显差异。对比模拟熔体成分在P-T空间的演化,喜马拉雅地区电气石淡色花岗岩对应熔体的形成温压条件应低于二云母淡色花岗岩,同类型淡色花岗岩之间在形成条件上也可能存在一定差异,并经历了差异性演化过程。含Zr体系下的相平衡关系显示进变过程是消耗锆石的过程,因而在进变过程中变质锆石难以生长,发生深熔作用的岩石中的变质锆石主要在退变过程中形成并记录退变质年龄。熔体丢失相关模拟显示不同温度阶段发生熔体丢失对锆石稳定性的影响不同。温度较低时Zr含量较少的熔体丢失会扩大持续进变过程中锆石的稳定范围,而温度较高时富Zr熔体的丢失会降低持续进变过程中锆石的稳定温度。类似于分离熔融作用的过程最利于残留相中剩余锆石在持续进变过程中的保存。     

地幔捕虏体中的流体-熔体包裹体

地幔流体的研究现已成为国内外前沿课题。地幔岩捕虏体中的流体-熔体包裹体是地幔流体的直接证据,通过对它们的研究可以直接获取地授流体的信息。包裹体按相态特征主要有三类：二氧化碳流体包裹体、二氧化碳-硅酸盐熔体包裹体、硫化物-熔体流体包裹体。本总结了地幔岩中流体-熔体包裹体的基本特征、微量元素地球化学、硫化物-熔体包裹体和二氧化碳流体包裹体稳定同位素特征的研究进展状况。讨论认为：地幔流体是由C、H、O、S等元素的挥发份和硅酸盐熔体组成;上地幔流体在化学成分上明显富含CO2、硫化物、LILE和BEE,它引起地幔交代作用和地授部分熔融;上地授流体的分布存在不均匀性,其组成也存在地区性差异。     

硫在岩浆溶体中的溶解行为综述

对火山放气过程中硫行为的研究是研究岩浆氧化状态及估算火山排气量的一种有效手段,硫在硅酸盐熔体中的溶解行为与其氧化状态紧密相关,硫在硅酸盐熔３体中的溶解度取决于氧逸度、硫逸度和Ｏ＾２－在溶体中的行为,且熔体中硫的溶解度与其中水的含量呈反比关系。常压条件下硫在熔体中的溶解度与ＳｉＯ２的含量呈反比关系,在还原环境中硫在溶体中的溶解度与熔体中ＦｅＯ含量呈正相关。在氧化性岩浆中硫的溶解度较高,这可能是硫自地     

富磷过铝质岩浆岩的地球化学特征及成矿效应

磷在酸性岩中的平均含量在0.14%左右,然而近年相继发现与稀有金属W、Sn、Nb、Ta成矿在时空上密切相关的是一套富磷过铝质岩浆岩(包括花岗岩、伟晶岩和流纹岩),全岩中P2O5的含量可高达1%.磷的富集对熔体解聚能产生重要的作用:降低熔体的粘度,提高熔体的活动能力;导致水在熔体中的溶解度增加、降低熔体的固液相线温、扩大石英液相区,并使残余熔体朝富碱、贫硅的方向演化[1～4].     

长江中下游中性－中酸性岩浆岩的母岩浆来源及铜的成矿作用──实验研究

针对长江中下游形成中性和中酸性岩浆岩的岩浆成因和Ｆｅ、Ｃｕ成矿作用问题，完成了一系列壳幔物质混合物、下地壳物质混合物及中性－中酸性岩浆岩在１０００－２０００ＭＰａ和９００－１５５０℃的水不饱和条件下熔融实验研究。实验结果表明，本地区中性和中酸性岩浆岩可能主要由适当比例的壳幔物质混合物熔化而得的岩浆结晶而成。硅酸盐玻璃的电子探针分析数据没有显示出Ｋ与Ｃｕ和Ｆｅ与Ｎａ的相关关系。在含硫体系中，铜在中性－中酸性硅酸盐熔体中的溶解度介于０．０２％－０．２３％之间，但多数铜分析值在０．１％以上（大致相当于初始物中１５％的铜溶解在硅酸盐熔体中）。余下的部分铜则以Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓ组成的小球粒形式不均匀地散布在硅酸盐熔体中。实验结果还表明，中性－中酸性硅酸盐熔体的不混溶性普遍存在。     

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?     

水对名义无水矿物变形的影响

在固体地球中,水虽微量,但对众多地质过程(例如,岩石部分熔融与火山喷发、地震活动等)和岩石的物理化学性质(例如,电导率、滞弹性、地震波性质、相变动力学等)影响重大。更为重要的是,水能通过影响矿物的变形机制来控制岩石的流变强度,进而制约着地球动力学的过程。名义无水矿物(NAMs:Nominal anhydrous minerals)即为分子式中不含氢的矿物,其晶格的容水量远小于正常含水矿物(如,角闪石,蛇纹石等)的容水量,但由于NAMs在固体地球中体积比例甚大,仅上地幔的橄榄石中所能溶解的水可能比全部地表水还多。因此了解水对NAMs(尤其是分别作为地壳和上地幔主要组成矿物的石英和橄榄石)变形的影响对于精确地构建岩石圈强度剖面和深刻理解构造地质学与地球动力学过程至关重要。本文将系统地回顾水对NAMs变形的影响,首先通过回顾水在固体地球内部的存在形式提出了NAMs是固体地球中的重要水库,接着阐述了NAMs中水的存在形式、溶解机制、溶解度影响因素及扩散动力学,最后着重论证了水致弱化在石英和富镁石榴石中最强,然后依次是单斜辉石、长石、橄榄石,瓦德利石和林伍徳石。