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俯冲带主要含水矿物弹性波性质研究现状及展望

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地球物理学进展 2023年第4期38卷 1531-1542页

作者：曾欢马麦宁张佳蕾张璘翼计算地球动力学重点实验室中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

俯冲带中的含水矿物对物质循环和水迁移等有着极其重要的作用,同时也是俯冲带中的地震波速异常的主要原因.本文总结了近20年来,国内外对俯冲带三种主要含水硅酸盐矿物(蛇纹石、绿泥石和角闪石)弹性波速研究取得的重要成果:含水矿物普遍... 详细信息

俯冲带中的含水矿物对物质循环和水迁移等有着极其重要的作用,同时也是俯冲带中的地震波速异常的主要原因.本文总结了近20年来,国内外对俯冲带三种主要含水硅酸盐矿物(蛇纹石、绿泥石和角闪石)弹性波速研究取得的重要成果:含水矿物普遍具有低波速、高各向异性的特点;压力增加波速增加,但波速各向异性降低.富含水矿物的岩石,波速各向异性随着含水矿物含量的增加而增大,同时受到含水矿物晶格择优取向(LPO)类型以及岩体中裂隙的影响.含水矿物LPO引起的地震波速各向异性特征与俯冲的角度有关,在低角度的俯冲带中会引起垂直于海沟方向的快速传播,而在高角度的俯冲带中引起平行于海沟方向的快速传播.文章最后针对目前俯冲带中含水矿物弹性波速研究中存在的问题,提出了未来需要在三个方面加强研究.

关键词：俯冲带含水矿物高温高压弹性波速各向异性

黄铁矿型(Fe,Mg)O_(2)H晶体到超离子态相变

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矿物岩石地球化学通报 2024年第2期43卷 319-325,I0003页

作者：胡清扬白承禾北京高压科学研究中心北京100193

地球深部的致密含水矿物可能以超离子态形式存在,其物理化学性质须重点考量。前人研究的黄铁矿型FeO_(2)H从有序晶体向超离子态转变时,H离子突破羟基束缚,在固态晶格中自由移动。然而,FeO_(2)H仅在地球深部少量存在,不能代表下地幔的组... 详细信息

地球深部的致密含水矿物可能以超离子态形式存在,其物理化学性质须重点考量。前人研究的黄铁矿型FeO_(2)H从有序晶体向超离子态转变时,H离子突破羟基束缚,在固态晶格中自由移动。然而,FeO_(2)H仅在地球深部少量存在,不能代表下地幔的组成。本文的研究体系为包含Mg在内的黄铁矿型(Fe,Mg)O_(2)H,它在下地幔深部的温压条件下通过铁方镁石和水的反应生成。通过第一性原理计算发现,它在高于80 GPa和1750 K时发生超离子态相变。超离子态(Mg,Fe)O_(2)H的转变条件与FeO_(2)H类似,但在低温区具有更高的质子扩散系数,因此更可能导致深部电导率异常。(Fe,Mg)O_(2)H比FeO_(2)H在下地幔的分布更为广泛,其物理、化学特征有助于示踪地球深部的水循环。

关键词：深下地幔含水矿物超离子态电导率异常

基于CRISM数据的火星表面含水矿物识别方法研究 ——以Jezero与Holden陨石坑为例

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基于CRISM数据的火星表面含水矿物识别方法研究 ...

作者：栾一鸣吉林大学

学位级别：硕士

针对火星含水矿物的形成过程与分布状况的研究,可以提供对火星地壳形成、热损失过程、岩浆作用、热液作用和沉积作用等机制的依据。因此火星表面的含水矿物的识别对于火星过去的水环境预测和寻找地外生命等起到至关重要的作用。随着火... 详细信息

针对火星含水矿物的形成过程与分布状况的研究,可以提供对火星地壳形成、热损失过程、岩浆作用、热液作用和沉积作用等机制的依据。因此火星表面的含水矿物的识别对于火星过去的水环境预测和寻找地外生命等起到至关重要的作用。随着火星探测技术的发展,丰富的高分辨率、高精度火星影像数据为火星含水矿物的识别研究提供了必要的数据支撑。面对缺少火星实地矿物样本的现实情况,如何依靠火星高光谱数据通过不同方法来识别含水矿物的种类是本文研究的重点。本文选择CRISM（Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars,火星专用小型侦察影像频谱仪）数据来对火星Jezero和Holden陨石坑中的含水矿物进行识别和分类,主要依靠两种不同的方法来识别火星含水矿物,讨论其形成机理和光谱特征,以此来对火星早期古水环境进行预测。在矿物识别的过程中,一方面采用传统的地球矿物特征光谱信息提取方法对照美国NASA建立的火星矿物光谱库来进行矿物识别,包括（1）通过MNF（Minimum Noise Fraction,最小噪声分离）变换来降噪,之后由PPI（Pixel Purity Index,纯净像元提取）来提取纯净端元,最后依靠ROI（region of interest,感兴趣区）的绘制来对照光谱库进行识别;（2）通过SAM（Spectral Angle Mapping,光谱角填图）方法,基于每个目标端元的光谱曲线和光谱库目标矿物光谱曲线的过程中光谱角的阈值变换来识别目标矿物。这种方法的优点在于操作快捷且该方法在应用于地球矿物的识别过程中已经较为成熟,但是目前应用于火星的情况较少,并且是以NASA建立的火星矿物光谱库作为参照,可以更准确地对火星含水矿物进行识别。另一方面,结合近年来不断进步的机器学习中的图像识别技术来对火星矿物信息与地球标签进行匹配,通过模型的选择与校准,完成基于卷积神经网络的火星含水矿物识别。最终结果经过OA及KAPPA系数表明基于卷积神经网络对于火星含水矿物的识别结果最高可达到80%以上,同时,将卷积神经神经网络的火星含水矿物识别方法的结果与传统特征光谱信息提取方法的结果进行比较,识别出的火星含水矿物分布区域有较高的重合度。因此,采用本文所述模型,可以取得良好的识别结果。

关键词：火星含水矿物高光谱遥感卷积神经网络 CRISM

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火星表面含水矿物探测进展

遥感学报 2017年第4期21卷 531-548页

作者：芶盛岳宗玉邸凯昌张霞中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室北京100101

火星表面含水矿物类型识别和空间分布特征研究对圈定火星表面生命活动有利区域和探索可能存在的火星生命形式具有重要科学意义。本文总结了20世纪90年代以来火星表面含水矿物的探测进展,从火星轨道器光谱仪遥感探测、着陆器和巡视器就... 详细信息

火星表面含水矿物类型识别和空间分布特征研究对圈定火星表面生命活动有利区域和探索可能存在的火星生命形式具有重要科学意义。本文总结了20世纪90年代以来火星表面含水矿物的探测进展,从火星轨道器光谱仪遥感探测、着陆器和巡视器就位探测两方面介绍了矿物探测使用的数据源,重点阐述了目前火星表面已经探测到的各类含水硅酸盐矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物、氯盐及高氯酸盐矿物等含水矿物的光谱特征、矿物具体类别及分布特征,分析了火星表面含水矿物定量反演的主要方法与地质意义。最后从比较行星学角度倡议开展地球和火星含水矿物形成环境和形成过程的类比研究。

关键词：火星表面含水矿物遥感探测就位探测定量反演比较行星学

泥质岩及其变质脱水产物中含水矿物稳定性的实验研究

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高压物理学报 2006年第3期20卷 257-264页

作者：李营唐红峰刘丛强周志华中国科学院地球化学研究所地球深部物质与流体作用地球化学研究室

俯冲带沉积物（岩）的变质脱水作用对俯冲带流体组成、矿物和同位素组成及岛弧岩浆演化具有深远影响。以天然泥质岩为研究对象，通过高温高压实验，确定了1．5～3．5GPa、746～930℃条件下，俯冲带沉积物中绿泥石、绢云母及其脱水后产... 详细信息

俯冲带沉积物（岩）的变质脱水作用对俯冲带流体组成、矿物和同位素组成及岛弧岩浆演化具有深远影响。以天然泥质岩为研究对象，通过高温高压实验，确定了1．5～3．5GPa、746～930℃条件下，俯冲带沉积物中绿泥石、绢云母及其脱水后产物角闪石和黑云母在俯冲带的稳定范围，绘制了高温高压条件下泥质岩体系相图。研究结果表明，在泥质岩体系中，绿泥石是最早发生变质脱水的矿物，在俯冲带50km深度以上全部分解，其分解产物——角闪石可携带流体进入到俯冲带85km处，黑云母则可俯冲至120km或更深的深度，据此可知，在俯冲带深部，沉积物完全脱水的深度范围（≥120km）要大于蚀变洋壳（90～100km）。

关键词：俯冲带泥质岩含水矿物变质脱水作用

含水矿物在真空下的释Ar机制:Ar-Ar热年代学面临的新问题

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地学前缘 2002年第2期9卷 505-510页

作者：马芳穆治国北京大学地球与空间科学学院北京100871

地质体的实际情况、激光显微探针束研究、XRD和SEM观测以及真空加热下Ar的释放特征都表明体积扩散不是含水矿物在真空加热中释放Ar的唯一机制。在低温下 ,Ar的释放主要受由缺陷引起的短程扩散和体积扩散共同作用的多途径扩散机制制约 ;... 详细信息

地质体的实际情况、激光显微探针束研究、XRD和SEM观测以及真空加热下Ar的释放特征都表明体积扩散不是含水矿物在真空加热中释放Ar的唯一机制。在低温下 ,Ar的释放主要受由缺陷引起的短程扩散和体积扩散共同作用的多途径扩散机制制约 ;而在高温下 ,由于含水矿物在真空中不够稳定 ,Ar的释放受到脱羟基、脱氢、氧化反应、分层作用等造成的晶体结构改变的强烈影响。含水矿物在高温下的氧化分解会导致矿物中原始Ar浓度梯度的均一化 ,因而无法得到真实的Ar分布剖面 ,也无法据此计算矿物的封闭温度 ,并进而可能影响到ArAr年龄坪的地质意义。

关键词：含水矿物 Ar释放机制短程扩散脱羟基作用氩同位素体积扩散机制

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高温高压下壳幔含水矿物电导率实验研究

中国科学：地球科学 2016年第3期46卷 301-312页

作者：郭新转中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室武汉430074

含水矿物是地壳、地幔,尤其是俯冲带内的重要矿物.高温高压下壳幔含水矿物电导率实验研究是一个相对较新的研究方向.随着实验技术的不断进步,很多高压相含水硅酸岩矿物的电导率测定工作得以开展,在有效控制温度、压强和氧逸度等条件下,... 详细信息

含水矿物是地壳、地幔,尤其是俯冲带内的重要矿物.高温高压下壳幔含水矿物电导率实验研究是一个相对较新的研究方向.随着实验技术的不断进步,很多高压相含水硅酸岩矿物的电导率测定工作得以开展,在有效控制温度、压强和氧逸度等条件下,含水矿物的电导率实验数据可以对地球内部水的分布提供制约.本文介绍了已有的蛇纹石、滑石、水镁石、phase A、super hydrous phase B、phase D含水矿物在高温高压下的电导率实验研究,对各含水矿物电导率数据的有效性进行了分析,并重点介绍了电导率测试含水矿物脱水对全岩电导率的影响以及压强对含水矿物电导率的影响.在已有数据的基础上,对含水矿物的导电机制以及俯冲带的电结构进行了探讨.最后对今后的研究前景及潜在的研究领域进行了展望.

关键词：电导率高温高压实验含水矿物导电机制俯冲带高导异常

高温高压下含水矿物脱水对斜长岩纵波速度的影响

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地质科技情报 2003年第2期22卷 17-20页

作者：白利平杜建国刘巍张文兰中国地震局分析预报中心北京100036 南京大学地球科学系江苏南京210093

在1GPa、室温至880°C条件下对斜长岩的纵波速度进行了测量,并对实验产物进行了鉴定分析,讨论了含水矿物脱水对岩石纵波速度的影响。实验结果表明,在680°C左右,由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石开始脱水,矿物脱水产生的流体及其... 详细信息

在1GPa、室温至880°C条件下对斜长岩的纵波速度进行了测量,并对实验产物进行了鉴定分析,讨论了含水矿物脱水对岩石纵波速度的影响。实验结果表明,在680°C左右,由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石开始脱水,矿物脱水产生的流体及其所引起岩石结构的变化可使岩石纵波速度降低10%左右。这意味着通过矿物脱水这一机制可以形成壳内低速层。

关键词：含水矿物脱水斜长岩纵波速度鉴定分析变质作用

高压剪切作用下含水矿物（三水铝石、滑石和蛇纹石）的结构稳定性研究

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高压剪切作用下含水矿物（三水铝石、滑石和蛇纹石）的结构稳定性...

作者：姜昌国中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)

学位级别：硕士

含水矿物在地球深部温度和压力条件下的结构稳定性关乎各种地质活动的开启、重大地质事件的孕育以及宜居地球环境的演变。含水矿物深部脱水,明显降低地幔岩熔融温度,增强地幔岩蠕变和扩散速度,改变地幔矿物相变温度和压力,孕育和开启深... 详细信息

含水矿物在地球深部温度和压力条件下的结构稳定性关乎各种地质活动的开启、重大地质事件的孕育以及宜居地球环境的演变。含水矿物深部脱水,明显降低地幔岩熔融温度,增强地幔岩蠕变和扩散速度,改变地幔矿物相变温度和压力,孕育和开启深源地震和火山活动。含水矿物深部脱水,生成质子H或水合羟基HO彻底改变地幔岩氧化/还原状态,增强其离子流动性和导电能力,促进地幔对流的物质循环和能量传输,形成当前相对稳定的地球内部结构和地表宜居环境。板块俯冲是地表水进入地球深部的主要通道。俯冲带是地球内部最为活跃的地质部位之一,是地球系统水循环的关键场所。板块俯冲过程中含水矿物的结构稳定性决定了水进入地球深部的方式、形式和数量,影响板块俯冲的深度和速度,影响地幔物质的黏度和熔融,诱发岛弧火山和深源地震。早期的洋-洋俯冲、洋-陆俯冲和陆-陆俯冲,俯冲板片的温度普遍偏低,板片携带物的结构稳定性主要取决于其所处深度(正压力)和移动速度(剪切力)。为了研究这种低温高剪切压力环境下的含水矿物结构稳定性,厘清板片脱水的应力机制,推演地球深部水循环过程,本学位论文运用可旋转式金刚石压腔装置和T301不锈钢封垫与Capton塑料封垫两种组装,在常温高压剪切条件下,对三水铝石Al(OH)、滑石Mg[SiO](OH)和蛇纹石Mg[SiO](OH)三种含水矿物展开了原位的显微激光拉曼光谱和非原位的微区X射线衍射测试,取得如下创新性实验成果和理论认识:1、T301不锈钢封垫组装的旋转压机高压剪切实验,三水铝石Al(OH)在约2.7GPa发生结构相变,没有发生脱羟基作用。该结果与准水压实验结果相同,样品由初始γ-Al(OH)单斜相(SG:P2/n,Z=8)转变为另一种单斜结构的η-Al(OH)(SG:P2/b,Z=8)相。Capton塑料封垫组装的旋转压机高压剪切实验,三水铝石Al(OH)发生完全脱羟基作用,生成水HO和水合羟基HO。常温加压至1.5 GPa旋转到180°,初始样品高波数段4个羟基伸缩振动峰(3363、3434、3524和3618 cm)相继消失,并出现3303和3560 cm2个强度不等的新峰。低波数段拉曼谱强度明显减弱,无非晶态宽峰;Al-O-Al变形振动双峰(568、539 cm)和Al-O伸缩振动肩峰(321和307 cm)分别融合为一个峰;4个羟基变形振动峰(1052、1018、981和922 cm)仍然可见。继续加压至3.5 GPa、360°旋转后卸至常压,只有高波数段新出现的两个羟基伸缩振动峰与低波数段的Al-O-Al变形振动峰和Al-O伸缩振动仍然可见。对比T301不锈钢封垫与Capton塑料封垫两种组装的高压剪切实验拉曼谱,在Capton塑料为封垫材料的实验中,三水铝石沿c轴方向平行叠置的(OH)-Al-(OH)配位八面体层骨架发生脱羟基作用,生成新的O-Al-O配位八面体骨架、水HO和水合羟基HO。c轴方向平行叠置的八面体骨架层间距明显缩小,铝氧键Al-O、铝氧桥键Al-O-Al和羟基OH的伸缩和变形拉曼振动峰发生改变。2、T301不锈钢封垫组装的旋转压机高压剪切实验,滑石Mg[SiO](OH)发生部分脱羟基作用,生成水HO和HO。常温加压到实验最高压力11 GPa并作360°旋转,初始样品的羟基伸缩振动峰3677cm强度轻微减弱,并在3303和3560cm位置出现两个强度不等的新峰,低波数段拉曼谱未出现明显变化。卸压至常压,高波数段新出现的两个羟基伸缩振动峰与低波数段的镁氧键Mg-O、硅氧四面体峰SiO和硅氧桥键Si-O-Si的拉曼峰同时共存。Capton塑料封垫组装的旋转压机高压剪切实验,滑石Mg[SiO](OH)发生完全脱羟基作用,生成水HO和水合羟基HO。常温加压至中心1.0 GPa并做360°旋转,初始样品唯一可见的羟基伸缩振动峰3677 cm消失,并在3303和3560 cm位置出现2个强度不等的新峰,低波数段拉曼谱强度明显减弱,无非晶态宽峰,原镁氧键Mg-O、硅氧四面体和Si-O-Si峰依然存在。卸压至常压,Mg-O键伸缩振动峰192cm,硅氧四面体SiO强峰362 cm以及硅氧桥键Si-O-Si伸缩振动峰675 cm依然可见。对比T301不锈钢封垫与Capton塑料封垫两种组装的高压剪切实验拉曼谱,在Capton塑料为封垫材料的实验中,滑石Mg[SiO](OH)的Mg O(OH)配位八面体骨架发生脱羟基作用,生成新的O-Mg-O配位八面体骨架、水HO和水合羟基HO。硅氧四面体SiO和硅氧桥键Si-O-Si的对称伸缩振动峰受到压制。3、T301不锈钢封垫组装的旋转压机高压剪切实验,蛇纹石Mg[SiO](OH)发生了部分脱羟基作用,生成了水HO和水合羟基HO。常温加压至中心压力8GPa并作360°旋转,初始样品的羟基伸缩振动峰3668和3699 cm强度出现轻微减弱,同时在3303和3560 cm位置出现2个强度不等的新峰;低波数段拉

关键词：含水矿物可旋转式金刚石对顶砧剪切应力脱羟基作用拉曼光谱