名义上无水矿物中"水"的原位变温红外光谱研究

名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals, 简称NAMs, 如橄榄石、辉石、石榴石、长石等)中以缺陷形式存在的结构水的重要性已经被地球科学界广泛认同,并得到了越来越多的关注。由于对OH振动的高度敏感性,红外光谱方法被广泛用来测量NAMs中"水"的赋存状态、含量以及在晶体结构中的位置。随着傅立叶变换红外光谱仪的不断发展及分析技术的提高,以及红外附件的更新换代,出现了一些新的分析方法。原位变温红外光谱实验就是利用变温红外附件测量样品在不同温度下的红外光谱,通过研究不同温度下红外光谱图的峰形、峰位、峰数等参数的变化,了解温度改变过程中样品所发生的物理、化学变化,且具有实时监测的优点,因此广泛用于含水矿物和玻璃中OH和H₂O的研究。主要包括含水矿物和玻璃的脱水机理及脱水动力学研究,OH和H₂O的红外吸收系数的温度依赖性及不同温度下红外吸收系数的校正等方面。虽然原位变温红外光谱广泛应用于含水矿物和玻璃中水的研究,但是应用于名义上无水矿物还是刚刚起步。NAMs中的H是活动的,高温下H的赋存状态及其在晶体中的位置可能会不同于室温,而地质过程往往都在高温下进行,研究高温下NAMs中的水具有重要的地质学意义。因此,有必要利用原位变温红外光谱实时监测不同温度下NAMs中水的变化。有关NAMs中水的原位变温红外光谱实验早期工作只是观察不同温度下谱图参数的变化并给予一定的解释,以及用此法来确定NAMs中水的赋存状态。受含水矿物和玻璃的研究结果的启发,原位变温红外光谱实验目前也开始用来研究NAMs中水的脱水机理和扩散动力学。此外,利用原位变温红外光谱技术,通过研究不同温度下OH的积分吸收面积可探索NAMs中OH红外吸收系数温度依赖性;通过研究OH峰位随温度移动的幅度与某些化学成分的关系,可给出NAMs中OH的结合机理方面的有用信息。虽然近些年来已经开展了一些工作,取得了一些新的成果,但是总的说来还处在起步阶段,今后针对NAMs的研究重点应该集中在以下三个方面:(1)吸收系数温度依赖性的定量化,(2)脱水机理和动力学的扩展,(3) OH结合机理研究的深入。     

大陆下地壳和岩石圈地幔含水性的差异——山东莒南玄武岩中深源包体的初步观察

对产于莒南晚中生代玄武岩中的镁铁质麻粒岩和橄榄岩包体矿物进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析.结果显示,麻粒岩矿物和全岩中水含量分别为:单斜辉石300×10-6～1 180×10-6,斜方辉石80×10-6～169×10-6,斜长石717×10-6～1 239×10-6,全岩525×10-6～855×10-6;橄榄岩矿物和全岩中水含量分别为:单斜辉石466×10- 6～746×10-6,斜方辉石187×10-6～304×10-6,橄榄石6×10-6～15×10-6,全岩81×10-6～245×10-6.从单矿物看,麻粒岩和橄榄岩之间水含量的差距不是很明显,但麻粒岩的全岩水含量明显高于橄榄岩,表明大陆深部岩石圈的水含量在垂向上具有不均一性.     

下地壳含水性的演化 ——来自不同时代麻粒岩中长石水含量的证据

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电子探针(EMP)分析了早古生代的松树沟麻粒岩和桐柏麻粒岩地体以及古元古代的莒南麻粒岩包体(其寄主岩石为新生代玄武岩)中长石的水含量和化学成分。结果显示,麻粒岩中的长石均含有以OH和H2O形式存在的结构水;3个地点的长石水含量分别为465×10-6~733×10-6、210×10-6~993×10-6和717×10-6~1 239×10-6。对比前人报道的中生代(道县和汉诺坝包体)和古元古代(女山包体、汉诺坝地体)的麻粒岩研究结果,发现早古生代样品和古元古代样品中长石的水含量都比中生代样品明显的高,而早古生代和古元古代样品之间却没有差别,指示了中国东部下地壳在中生代之前更加富水。     

超高压岩石中变质脉的研究

超高压岩石中的变质脉体是示踪变质流体活动的重要途径之一。高压-超高压岩石中不仅出露"纯"的石英脉(石英含量>98%),还出露了具有不同复杂矿物组合的"不纯"脉。最近的研究成果表明,对各种类型变质脉的观察和研究有助于深化对大陆碰撞造山带中变质流体/熔体性质以及元素迁移行为的认识。目前主要解决的科学问题包括:(1)确认形成各种类型脉的流体/熔体性质;(2)获得成脉过程中主微量元素(特别是流体不活动性HREE和HFSE)发生迁移的尺度和规模,探讨流体/熔体性质对超高压变质条件下元素地球化学行为的影响;(3)获得各种类型变质脉形成的确切时代。     

山东蓬莱新生代岩石圈地幔的异常锂同位素组成：橄榄岩包体的离子探针分析

应用离子探针技术对山东蓬莱新生代玄武岩中橄榄岩包体的主要组成矿物进行了原位测定,结果显示了强烈偏离正 常地幔矿物组成和平衡的Li 含量和同位素比值。橄榄石、斜方辉石和单斜辉石的Li 含量和δ7Li 分别为（2.0~10.4）×10-6, （2.8~23.8）×10-6 和（3.3~59.7）×10-6;-28.6‰ ~+0.5‰,-12.7‰ ~+12.8‰和-41.5‰ ~+22.6‰。这种强烈的非平衡体系反 映了最近强烈和复杂的地幔交代作用。辉石的高Li（~ 60×10-6）和δ7Li（~ +20‰）反映了最近富Li地幔熔体/ 流体的特征, 而橄榄石的中等Li 富集（<5×10-6）和强烈的δ7Li 亏损（~ -20‰）则可能记录了更早一期低δ7Li 的地幔交代。同位素剖面 的扩散反演以及Li 强烈富集与LREE 相对亏损之间的解耦显示了两期地幔交代作用的短暂性和近期性。因此,我们认为华 北东部克拉通上地幔中存在与再循环有关的锂同位素异常组分,它们的形成应该与中生代以来太平洋板块向东亚大陆下的 俯冲有关. 这些组分能够在地幔中较长的保存直至最近被热扰动所释放,并被橄榄岩包体所记录。     

山东铁铜沟橄榄岩的水含量:华北克拉通早白垩世富水岩石圈的分布

已有研究表明,华北克拉通东部的山东费县岩石圈地幔在克拉通破坏峰期(早白垩世)时是高度富水的,其中橄榄石的H₂O含量＞180×10-6;而同期克拉通西部的太行山符山地区岩石圈地幔具有贫水特征,其中橄榄石的H₂O含量为~10×10-6.这表明西向俯冲的古太平洋板块造成了华北东部早白垩世岩石圈地幔的富水特征,为克拉通破坏提供了力学前提.为了解古太平洋板块俯冲的影响范围,对介于费县和符山之间的山东铁铜沟地区早白垩世高镁闪长岩中的橄榄岩捕掳体进行了含水性分析,橄榄石的原始H₂O含量(6×10-6~24×10-6,平均值为(15±7)×10-6)与符山地区相当,暗示太平洋板块俯冲造成的岩石圈富水效应可能仅局限在华北最东部,这和最东部地区克拉通破坏程度最高是一致的.      

洋岛玄武岩中的熔体包裹体揭示地球深部氯循环

正地球深部与表层间挥发性元素的交换一直是重要的地球科学问题。来自海水的挥发分通过热液蚀变作用进入大洋地壳,之后通过洋壳的俯冲作用进入上地幔。但是这些挥发分是否能够被带入更深的下地幔目前依然不清楚。Cl元素非常适合示踪俯冲物质中海水来源的挥发分。含有海水来源挥发分所形成的地幔源区具有很高的Cl含量,上地幔中Cl的不均一性被认为     

地幔转换带的金属铁限制了硅酸盐的水化作用北大核心CSCD

在地幔转换带条件下,瓦德利石和林伍德石最多可以携带3%质量的水。地球物理和地质学观测表明,地幔转换带的含水量可能高度不均一,该区域富水或贫水仍然存在巨大争议。而同时前人研究也显示地幔转换带的氧逸度很低,其还原环境对应着金属铁的析出。在地幔转换带,富水的硅酸盐矿物能否与金属铁稳定共存呢?     

超高压变质作用不同阶段的流体变化：碧溪岭榴辉岩的氢、硼同位素分析

大别山碧溪岭榴辉岩中有三种含水矿物:多硅白云母、角闪石和黑云母,它们分别是超高压(UHP)阶段(即柯石英榴辉岩相阶段)或者石英榴辉岩相阶段、退变质后成合晶阶段和角闪岩相退变质阶段的产物,本文利用离子探针技术对它们进行了氢同位素和硼同位素的分析。三种矿物内部的同位素组成都是均一的,多硅白云母的δD为-105‰±9‰,δ~(11)B为-25.9‰±2.0‰;角闪石的δD为-100‰±9‰,δ~(11)B为-24.4‰±0.9‰;黑云母的δD为-65‰±4‰,δ~(11)B为-19.3‰±1.3‰。多硅白云母和角闪石的氢-硼同位素组成在误差范围内是相同的,而和黑云母则有明显的差别,这表明,从UHP阶段或者石英榴辉岩相阶段到随后的后成合晶阶段,变质流体是内部缓冲的,而在角闪岩相变质阶段,则有了外来流体的加入,这个流体是相对富集D和~(11)B的。碧溪岭榴辉岩矿物相对于其地壳原岩表现出低δ~(11)B的特征,说明俯冲过程中板块经历了强烈的脱硼。     

安徽女山下地壳麻粒岩包体中的水：红外光谱分析

运用显微傅立叶变换红外光谱技术，对安徽女山新生代玄武岩中的10个麻粒岩包体的主要组成矿物（单斜辉石、斜方辉石、斜长石）进行了观察。结果显示，这些名义上的无水矿物中都普遍含有以OH一形式赋存的结构水，其含量（H10wt．）分别可以高达～2340ppm（单斜辉石）、～1590ppm（斜方辉石）和～910ppm（斜长石）。不同样品间矿物的结构水含量具有明显的不均一性的分布特点，这很可能是对其原岩性质的一种反映。根据单矿物的水含量和各自的体积分数计算出的全岩水含量为125～963ppm。根据二辉石温度计计算的女山麻粒岩包体的平衡温度为～800～900℃，对应于女山最下部地壳（-25～35km），因此本文数据为大陆下地壳含水与否提供了初步的最直接的证据，并且其水含量可能具有不均一性的分布特点。