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高校地质学报 2024年第2期30卷 142-156页

作者：殷常鑫康磊刘良西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室西安710069

榴辉岩是俯冲带重要的高压—超高压变质岩石类型之一,其主要组成矿物为石榴子石和绿辉石,是名义上无水矿物(NAMs)。随着板片俯冲过程中温度压力的升高,富水流体被释放,但榴辉岩中的石榴子石和绿辉石仍然可以携带一定量的水,成为水向地... 详细信息

榴辉岩是俯冲带重要的高压—超高压变质岩石类型之一,其主要组成矿物为石榴子石和绿辉石,是名义上无水矿物(NAMs)。随着板片俯冲过程中温度压力的升高,富水流体被释放,但榴辉岩中的石榴子石和绿辉石仍然可以携带一定量的水,成为水向地球内部传输的重要载体。在超高压岩石折返过程中,由于压力的降低,石榴子石和绿辉石中的水以羟基出溶的方式释放,能够引起高压变质岩石的退变质甚至同折返岩浆等一系列重要地球动力学过程。文章论述了矿物含水性的研究方法、石榴子石和绿辉石中水的赋存机制、水溶解度的控制因素(例如化学组成、压力、温度、水逸度、氧逸度等)以及板片俯冲/折返过程中榴辉岩水的行为,在此基础上凝炼当前研究中面临的科学问题展望了未来的研究方向。

关键词：俯冲带榴辉岩名义上无水矿物矿物含水量

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上地幔温压条件下Mg3Al2Si3O12石榴石含水量的实验研究

上地幔温压条件下Mg3Al2Si3O12石榴石含水量的实验研究

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作者：赵鑫宇吉林大学

学位级别：硕士

石榴石是地壳和上地幔最丰富的造岩矿物之一,作为上地幔主要的名义无水矿物(Nominally Anhydrous Minerals,NAMs),其晶体中含有一定量的水(OH)。水的储存量对石榴石的物理与化学性质起着重要的作用,进而对地壳和上地幔的物质属性有着重... 详细信息

石榴石是地壳和上地幔最丰富的造岩矿物之一,作为上地幔主要的名义无水矿物(Nominally Anhydrous Minerals,NAMs),其晶体中含有一定量的水(OH)。水的储存量对石榴石的物理与化学性质起着重要的作用,进而对地壳和上地幔的物质属性有着重要的影响。镁铝石榴石(MgAlSiO)是石榴石家族中重要的一员,可以稳定存在于地壳到下地幔顶部的温度和压力条件下,是组成地幔岩和大洋玄武岩的主要矿物之一。因此,了解镁铝石榴石中水的储存情况对于了解地球内部水的储存和循环具有重要意义。然而,镁铝石榴石在高温高压下的含水量研究相对较少,另外由于实验合成与分析方法、温度和压力条件等不一致,导致镁铝石榴石在地幔中的含水量研究存在较大的争议。针对镁铝石榴石在地幔中含水量不确定这一问题,本文通过Walker型大腔体压机,使用氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝等作为初始材料,在高温高压下合成了一系列大尺寸、高品质的镁铝石榴石,并对其含水量进行了系统分析。为了在高温高压环境下合成大尺寸、高品质的镁铝石榴石单晶,本论文首先发展了基于大腔体压机的大尺寸单晶矿物高温高压合成实验技术,使用Walker型大腔体压机和国产二级碳化钨压砧对碲化锌(Zn Te)、硫化锌(Zn S)和砷化镓(Ga As)等标压物质展开了系列压力校正实验:在碳化钨压砧和八面体传压介质相同的情况下,测试了三种不同腔体内部组装10/5、10/4和8/3(八面体边长/碳化钨压砧截角边长)的产压效率,发现在280 bar的外部载荷下,8/3组装腔体内部压力可达到18.3 GPa,明显高于使用相同国产HXR压砧的10/4和10/5组装腔体内部的压力;在碳化钨压砧和腔体内部组装相同的条件下,对不同材质的八面体传压介质进行了压力标定,发现高硬度的氧化镁掺杂氧化铝传压介质比低硬度的氧化镁掺杂氧化钴传压介质具有更高的压力产生效率。利用大腔体压机单晶矿物高温高压合成实验技术,在实验压力5-12 GPa和实验温度1000-1200℃下保温24-40小时,合成出了大尺寸、高质量、与熔体共存的含水镁铝石榴石单晶。通过红外光谱分析法对样品的含水量进行测试,发现在1000℃条件下,石榴石晶体中的含水量从5 GPa的205 ppm wt.减少到8 GPa的71 ppm wt.;随后含水量随着压力的增加而增加,在12 GPa、1000℃的条件下,镁铝石榴石含水量达到最大值:646 ppm wt.;在固定的压力下(12GPa),含水量随着温度的上升而降低;研究结果发现水进入镁铝石榴石的替代方式可能是由于镁铝石榴石结构中硅原子被氢原子所取代。尽管镁铝石榴石的含水量普遍低于橄榄石和辉石,但其在地球上地幔的温度和压力条件下仍然具有一定的储水能力。

关键词：大腔体压机高温高压名义无水矿物矿物含水量镁铝石榴石

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