下地幔及核幔边界结构及地球动力学

新一代高分辨率下地幔及核幔边界的地震层析成像,改变了我们对全球构造模式及地球动力过程的认识。古海洋岩石圈板片一直俯冲到下地幔底部,其残留体在核幔边界积累,并支持了地幔整体对流模式。位于核幔边界上的D″层有着十分复杂而精细的结构。紧靠核幔边界的地幔一侧发现了超低速层(ULVZ),它们可能是D″层内的局部熔融物,是引起地表热点的上升地幔柱的源头。     

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。     

下地幔矿物及生成条件

据CatherineMcCammon等报道,在巴西Luiz河发现的金刚石中含有一些矿物包裹体,其中有（Mg,Fe,Al）（Si,Al）O3,（Mg,Fe）O,CasiO3和四面体的铁铝-镁铝榴石混合物（tetragonalalmandine－pyropephase,下简称为TAPP）,通过研究其氧化状态,就能了解一些下地幔的信息。含有包裹体的金刚石来自下地幔。通过对其内部包裹体周围的微裂隙检查,包裹体内部矿物压力测定及同位素研究,可以证明金刚石在后来的地质作用中未改变其化学成分。包裹体中的（Mg,Al）（Si,Al）O3在下地幔可能以钙钛矿的形式存在,而TAPP则是其原始相。…     

下地幔矿物研究及其进展

国家“863”课题“考古遥感与地球物理综合探测技术”，首期在秦始皇陵开展考古物探方法技术试验。“地球物理综合探测技术”是本期参加试验的主要研究项目之一①。本次工作的成果：     

高温下地幔矿物之间的Cr同位素分馏

<正>铬(Cr)是过渡金属元素,其同位素主要有50Cr、52Cr、53Cr和54Cr。与其它变价元素(Fe、Se、Cu)的同位素类似,生物作用和低温氧化还原过程是目前已知的导致Cr同位素分馏的主要因素[1-3],这使得Cr同位素常被用作示踪古大气氧化还原环境[4-6]以及地表水系统中Cr(VI)污染的还原和沉降[1]。到目前为止,高温地质过程中Cr同位素行为研究非常有限。Schoenberg等[7]第一次系统地对全球的     

地幔过渡带和下地幔组成与深部热源研究进展

受时空不可及性的制约,地质学家在探究地球深部物质组成方面仍显得很被动,尤其是在探究地幔物质组成方面显得更加艰难.目前,科学家们探测地幔物质主要依靠地球物理学和实验矿物学、岩石学方法相结合的手段来进行.结果表明,地幔过渡带主要的矿物组成有瓦士利石、林伍德石、超硅石榴子石以及少量的CaSiO3.下地幔主要矿物组成有钙钛矿(Pv)、后钙钛矿(PPv)和镁方铁矿(Mw).在讨论过渡带和下地幔物质组成的基础上,归纳总结了地球内部热源的三种来源,分别是放射性元素的衰变热和初始熔融硅酸盐地球长期冷却放出的热、核幔边界在地磁场和高电导率物质的作用下产生的热以及来自地核的热.这些结论对研究地球深部动力学和热力学过程有重要意义.     

热点和下地幔的水含量

多年来,地质学家已经认识到水对地球演化和熔融过程的重要性,然而,关于水在深部地幔中的分布却缺乏统一认识。其中,下地幔究竟是干的,还是湿的,一直存在争议。本文通过研究全球热点的水含量和假设地幔转换带与下地幔的水达到平衡来制约下地幔的水含量。结果表明,全球热点的源区水含量为(300~1 000)×10-6,平均为(584±184)×10-6;根据地幔转换带与下地幔的水平衡模型得到下地幔水为(370±220)×10-6。其中,后者在误差范围内与早期亏损地幔水含量((441±51)×10-6)和停留在下地幔的古老再循环洋壳的水含量((440~480)×10-6)一致,说明下地幔的水可能为450×10-6,这和整体表现为湿的热点源区有明显差别。我们认为造成这种现象,可能与源区中橄榄岩和再循环地壳的不同熔融行为有关:再循环地壳具有较低熔点,可以在更深处熔融产生富水熔体,并与周围橄榄岩反应,使热点水含量增加。结果表明大多数热点的源区水含量不能直接代表下地幔的水含量。     

下地幔方镁铁矿自旋转变的研究进展

压力引起的铁的电子自旋转变发生在下地幔的主要矿物中,这种转变对下地幔矿物的力学、物理学和化学等性质都会产生重要影响,因此在下地幔温度、压力条件下开展下地幔主要矿物相的自旋转变研究对下地幔地球物理学、地球化学和地球动力学等模型的约束具有重要意义。作为下地幔矿物质量分数第2的方镁铁矿,前人对其自旋转变以及这种转变对它的密度、声速、弹性性质、铁的分配、辐射热传导和电导率等的影响有广泛研究。本文旨在对方镁铁矿的自旋转变的主要研究进展进行总结和评述,并对未来该研究的发展趋势进行展望。     

壳幔岩石矿物物性参数整合

为理解壳-幔物质密度、速度结构的地质意义,在历时数年的地质-地球物理综合解释工作成果的基础上,整合壳-幔岩石矿物物性参数资料,供地学工作者加深对中国大陆深层区域构造格架的认识.一般来说,随深度增加地壳、地幔和外核岩石矿物密度和速度有正相关的变化规律.从曲线图、柱状图、表格、构造层、岩石矿物多个角度阐述壳-幔岩石矿物物性参数的变化规律,提供综合解释地球内部物质组成的地质-地球物理基础资料.     

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     

福建省上地幔结构与岩石矿物的基本特征

综合研究了福建省上地幔的矿物、岩石、地球化学、地球物理（重、震、电）等有关资料，全面论证上地幔B′与B″层的三维空间特征、可疑地幔岩性、古代与现代地幔岩岩石类型与矿物成分。继而从地幔岩矿物组合，化学成分、微观特征、包裹体、稳定同位素等特点，来探讨第三纪上地幔的成岩环境与动力学，并指出东南沿海岩石圈上地幔减薄斜坡带及其叠生的深切断裂是燕山期双系列岩浆岩形成的深部地质背景。     

超高压相含水硅酸盐与下地幔水循环

<正>"水"在地幔的矿物中主要以晶格缺陷中的结构水形式存在,尽管其含量可能只有"10-6"的量级,但是这些微量的结构水会强烈的影响深部地幔矿物与岩石的化学物理性质,如矿物结构、岩石应变强度、部分熔融温度等,进而影响地幔的动力学性质和地球物理特征。大洋板块俯冲是"水"进入深部地幔的重要途径,各种高压、超高压含水相矿物是俯冲过程中"水"进入地幔的重要载体。因此,合成与研究超高压含水相硅酸盐矿物及其相变过程一直是实验岩石学的热点。     

高压下地幔物质的相转变

具有多种压砧装置的高压技术的新进展,使我们能够测定25～27Pa条件下的地幔物质相转变。这样,我们就可以对地幔岩、玄武岩和橄榄岩以及那些与此成分类似的岩石相平衡进行广泛研究(例如,I(?)ifune和Ringwood,1987,a、b)。作者在这里对这些研究及一些新的实验结果作了一些总结,并讨论这些结果对地幔组成和构造的意义。 CaSiO_2-MgSiO_6系统:在使用金刚石压砧所得到的实验结果中,有关透辉石的相转变一直存在着不同意见(如Liu,1987;Tami和Yagi,在出版中)。基于电子探针和扫描电镜对淬火样品中透辉石相转变性质的仔细鉴定,作者的最新研究(I(?)ifune等,在出版中)揭示出,在19GPa以上,透辉石分解成立方晶系的钙钛矿和MgSiO_2组分所     

地球核幔相互作用的W同位素研究进展

地球核幔相互作用的研究难点在于无法获得实际样品。洋岛玄武岩和溢流玄武岩被认为是地幔柱减压熔融的产物,携带了核幔边界的物质信息,可作为研究地球核幔相互作用的样品。¹⁸²Hf-¹⁸²W同位素体系的特殊化学性质,使W同位素成为研究核幔相互作用的重要工具。本文介绍了W同位素示踪的基本原理,并回顾了核幔相互作用的W同位素研究进展。目前已发表的数据表明,全球洋岛玄武岩具有W元素丰度富集(67×10^-9~855×10^-9)、¹⁸²W同位素亏损(μ¹⁸²W=-0.1~-16.1)的特征,由此推断洋岛玄武岩可能来源于核幔平衡源区。Baffin Bay和Ontong Java Plateau溢流玄武岩则具有¹⁸²W富集(μ¹⁸²W=23.4)的特征,可能来源于早期地幔源区。洋岛玄武岩和溢流玄武岩的μ¹⁸²W差异可能是由地幔柱头尾异质性引起。此外,引起μ¹⁸²W异常的其他原因可能有：原始地幔源区的隔离保存、后增生薄层物质的部分混入和低效的核幔分异作用等。目前,W同位素的核幔交换机制仍不清楚。

     

下地幔的氦化合物—FeO2He

氦(He)元素是地球上的稀有元素之一,宇宙中其含量仅次于氢,但由于其化学惰性不能像氢元素一样与其他元素反应生成稳定的化合物,因此只有少量的地球形成初期保留下来的原始氦气存在于大气中。然而,科学家们发现有氦气从地幔俯冲带喷发出来(比如洛杉矶金施,Newport-Inglewood断层带)。因此推测地幔中可能存在氦的化合物。尽管如此,科学工作者一直未发现含有He元素的矿物,甚至在地幔温度压力下也未合成相关的含有氦元素的化合物。     

杀菌黏土矿物的研究进展与前景展望

黏土矿物具有特殊的层状结构与吸附性强、表面活性高、层间可交换阳离子丰富等理化特征,已被广泛应用于工业材料制造及环境修复等领域。而在医学领域,传统抗生素的滥用导致细菌的耐药性不断增强与全球流行,引发医学界对于现存抗生素有效性的担忧,开发新型杀菌药物迫在眉睫。尽管历史上已有黏土矿物缓解伤口脓肿、治疗消化不良及关节炎等病症的记载,现代分析技术的进步才使得研究者能够对黏土矿物及其杀菌机理进一步研究,从而深入挖掘其作为抗菌药物的潜在医学价值。近年来,国内外研究学者先后报道了黏土矿物自身广谱的杀菌能力,并指出其杀菌活性与矿物溶出的金属离子、其片层结构中赋存的活性铁、黏土表面带电性以及产生的活性氧基团(reactive oxygen species, ROS)等相关。另一方面,黏土矿物作为药物分子载体,可以增强杀菌药物的物理性能与杀菌活性,被广泛用于制备复合杀菌材料。本文综合近年来国内外研究团队对医药黏土的杀菌能力、过程与机理研究,探讨常见黏土矿物具备杀菌活性的必要条件与共性特征,简述黏土矿物作为有效载体所制备的杀菌材料,指明当前医药黏土矿物研发过程中存在的问题,为今后医药黏土研发提供些许建议。     

下地幔中俯冲型玄武岩壳的研究

通常认为大洋岩石圈俯冲到地球深部,从而导致地幔的对流并产生地幔的不均一性。然而,大洋岩石圈作为一个整体可能并非均匀地俯冲：即由于化学成分、密度和熔融温度的差异,玄武岩壳与其下伏橄榄岩层俯冲到地球深部后的情况可能有所不同。有人认为俯冲的玄武岩壳可能在地幔中６６０ ｋｍ 处的不连续面附近形成一个浮体,且该浮体至少延伸至８００ ｋｍ 的深处,从而产生可能由于重力捕获作用形成的石榴石岩层。本文报道大洋中脊玄武岩在高达６４ ＧＰａ 压力下（相当于１ ５００ ｋｍ 的深度）的相态关系和熔融温度。我们的研究发现当俯冲的玄武岩壳在大约７２０ ｋｍ 的深处转化为钙钛岩的岩性特征时不再是浮体,并且在该转换带压力与温度呈正相关,这与橄榄岩正好相反。据此可推测,具钙钛岩岩性特征的玄武岩壳有可能因重力作用而下沉至深部地幔。熔融实验资料表明,在下地幔底部,当温度超过４ ０００ Ｋ时,玄武岩壳将会产生熔融。     

中生代地球系统与核—幔边界动力学研究进展

本文介绍了９０年以来地球物理学在地球磁场方面的研究成果,揭示了２００－１００Ｍａ全球低的地球磁场古强度;１２４－８３Ｍａ低的极性反转频率以及１７０－１１０Ｍａ近乎停滞的真极移。     

金刚石中钙钛矿结构的CaSiO_3指示洋壳再循环至下地幔

正关于地幔深部矿物组成的认识通常基于实验模拟结果和地震学数据。虽然有些在下地幔深度形成的矿物已经在"超深"(super-deep)金刚石中发现,但是具有钙钛矿结构的钙硅酸盐同质多相矿物(perovskite-structured CaSiO_3,即CaPv)在自然界中一直没有被发现,前人认为该超高压矿物在     

间层矿物的结构参数与分类探讨

从间层的概念出发，对四个间层结构参数的定义和意义进行总结，并根据间层矿物的结构和组成对其进行了分类探讨。首先根据晶层种类将间层矿物分为同类结构基元间层矿物和异类结构基元间层矿物两大类，然后根据变差系数划分出规则间层矿物和不规则间层矿物，最后根据间层比、连接概率等特征划分出有序间层、无序间层和带状间层。