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花岗伟晶岩中锂辉石和透锂长石产出特征及其形成条件

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岩石学报 2023年第7期39卷 2138-2152页

作者：刘强李鹏严清高李建康自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 北京大学地球与空间科学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

锂辉石(Spd)和透锂长石(Ptl)是富锂花岗伟晶岩中重要的锂铝硅酸盐矿物,查明锂辉石和透锂长石的形成条件和演化过程对进一步揭示花岗伟晶岩型锂矿床形成机制具有重要意义。锂辉石和透锂辉石通常产于伟晶岩的中间带或者核部,但两者结晶温... 详细信息

锂辉石(Spd)和透锂长石(Ptl)是富锂花岗伟晶岩中重要的锂铝硅酸盐矿物,查明锂辉石和透锂长石的形成条件和演化过程对进一步揭示花岗伟晶岩型锂矿床形成机制具有重要意义。锂辉石和透锂辉石通常产于伟晶岩的中间带或者核部,但两者结晶温度压力条件存在差异:透锂长石形成于高温低压条件,锂辉石在相对低温高压条件下稳定,两者随温度压力条件改变可发生相互转换。当温度降低时,透锂长石可以转换为锂辉石和石英(Qtz)集合体(SQI),而当压力升高时,锂辉石和石英集合体又可以转换为透锂长石。精确厘定锂辉石和透锂长石的相互转换温度压力条件,可以揭示富锂伟晶岩形成演化的P-T轨迹。本文基于近年来关于锂辉石、透锂长石等相关研究成果,总结了其产出特征和形成条件,认为:(1)在富锂伟晶岩体系内,锂铝硅酸盐矿物的结晶主要受温压条件控制,与熔体成分关系较小,锂辉石和透锂长石稳定温压范围为400~680℃、160~400MPa;(2)锂辉石在岩浆出溶流体晚期演化而成的偏碱性流体叠加作用下,先后发生钠化/钾化、白云母化和锂绿泥石化等蚀变作用;(3)温度越高、铝饱和指数(ASI)越小,H 2O的含量越多,锂在熔体中的溶解度更大;(4)锂辉石和透锂长石的结晶实验,指示了伟晶岩的快速结晶过程,其结构的形成受过冷却度的影响,高温高压实验表明5%H 2O含量(不饱和条件)和50~130℃的过冷却度范围是伟晶结构形成的最佳条件;(5)岩浆中CO 2、Li元素含量对富锂伟晶岩结晶体系的酸碱度调节、降低岩浆液相线、降低熔体粘度和增加水合簇分子等方面起到了关键作用。未来,原位高温高压实验技术(如热液金刚石压腔)等分析技术的应用,将对研究花岗伟晶岩型稀有金属矿床成矿机制提供更为直接可靠的实验依据。

关键词：锂辉石透锂长石高温高压实验溶解度 H_(2)O 过冷却度

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冲绳海槽超临界二氧化碳热液的形成

Science Bulletin 2023年第2期68卷 154-156,M0003页

作者：田凡凡李瑞谢国治王鲲张丽鹏张鑫孙卫东 Center of Deep Sea Research Center of Ocean Mega ScienceInstitute of OceanologyChinese Academy of SciencesQingdao 266071China Deep-Sea Multidisciplinary Research Center Laoshan LaboratoryQingdao 266237China College of Marine Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

冲绳海槽超临界二氧化碳热液喷口位于俯冲的加瓜海岭之上.菲律宾海盆水深通常超过5000 m,在碳酸盐补偿深度之下,因此洋壳上碳酸盐不稳定.而加瓜海岭的水深在碳酸盐补偿深度之上,碳酸盐稳定.加瓜海岭俯冲携带的碳酸盐被俯冲板片释放的流... 详细信息

冲绳海槽超临界二氧化碳热液喷口位于俯冲的加瓜海岭之上.菲律宾海盆水深通常超过5000 m,在碳酸盐补偿深度之下,因此洋壳上碳酸盐不稳定.而加瓜海岭的水深在碳酸盐补偿深度之上,碳酸盐稳定.加瓜海岭俯冲携带的碳酸盐被俯冲板片释放的流体所溶解,向上运移、聚焦,高浓度的二氧化碳在冲绳海槽形成超临界二氧化碳喷口.结合高温高压实验结果,我们推断携带富碳酸盐沉积物的俯冲板片可以直接释放大量二氧化碳.被动陆缘是富碳酸盐沉积物形成和存储的最主要的构造背景,其俯冲可能对气候变化起了重要作用.鉴于此,我们认为新生代大气二氧化碳的长期增加是由于新特提斯洋关闭期间,被动大陆边缘富碳酸盐沉积物俯冲造成的.

关键词：碳酸盐沉积物碳酸盐补偿深度冲绳海槽被动大陆边缘高温高压实验气候变化俯冲板片超临界二氧化碳

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俯冲板片的脱碳机制及通量估算:问题与进展

岩石学报 2022年第5期38卷 1523-1540页

作者：兰春元陶仁彪张立飞郭顺北京高压科学研究中心北京100094 北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

地球98%以上的碳赋存在地球深部地幔和地核中。地球深部储库(地幔和地核)中的碳以各类岩浆作用释放到地表,而地球表层系统(大气圈、水圈、生物圈)中的碳又可以伴随板块俯冲作用进入地球深部地幔。然而俯冲过程中不同的脱碳机制会将俯冲... 详细信息

地球98%以上的碳赋存在地球深部地幔和地核中。地球深部储库(地幔和地核)中的碳以各类岩浆作用释放到地表,而地球表层系统(大气圈、水圈、生物圈)中的碳又可以伴随板块俯冲作用进入地球深部地幔。然而俯冲过程中不同的脱碳机制会将俯冲板片中部分乃至全部碳带出板片,而后经由岛弧岩浆作用、流体扩散作用等途径返回地表。因此,板片俯冲过程中的脱碳机制及其通量深刻地影响了地质时间尺度中地表系统的二氧化碳浓度,进而改变地球的宜居性。本文总结了目前主流观点认可的五种俯冲板片脱碳机制:变质反应脱碳、流体溶解脱碳、熔融脱碳、底辟脱碳和氧化还原脱碳。另一方面,目前对于俯冲板片各种脱碳机制对应的脱碳效率还有很大的争议,因此本文进一步梳理了板片俯冲过程中不同脱碳机制相关的通量估算的研究进展与存在的问题,建议将来综合多种方法对比研究俯冲带碳循环问题,以期在俯冲带深部碳循环过程和通量方面取得突破性进展。

关键词：俯冲带脱碳机制脱碳通量地质观察热力学计算高温高压实验

稀土元素在岩浆和水热系统的实验岩石学和地球化学研究进展

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岩石学报 2022年第2期38卷 455-471页

作者：韦春婉许成付伟易泽邦李卓骐石爱国范朝熙匡光喜北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871 桂林理工大学地球科学学院桂林541006

稀土元素对绿色科技的发展具有至关重要的作用,随着世界范围内新兴技术的发展进程对稀土的需求日益提高,稀土矿床成矿机理的研究已经成为目前国际地学的研究热点。稀土元素分配行为的高温高压实验能够为研究稀土在岩浆和水热系统中的迁... 详细信息

稀土元素对绿色科技的发展具有至关重要的作用,随着世界范围内新兴技术的发展进程对稀土的需求日益提高,稀土矿床成矿机理的研究已经成为目前国际地学的研究热点。稀土元素分配行为的高温高压实验能够为研究稀土在岩浆和水热系统中的迁移、分异和沉淀机制提供有效制约,为了解稀土元素地球化学行为和稀土成矿作用提供重要的理论基础。本文总结了近年来关于稀土元素在岩浆-热液体系中分配行为的高温高压实验研究进展,其中包括部分熔融作用稀土的分配行为,液态不混熔过程中稀土在共轭熔体相之间的分配系数,分离结晶作用过程中稀土在结晶矿物相与残余熔体相之间的分配系数,岩浆演化后期稀土在熔体和分异流体相之间的分配行为,以及稀土在热液流体中的迁移、分异和沉淀机制的相关研究。基于目前的实验研究结果,本文提出了稀土实验地球化学研究中依旧存在的一些问题:部分熔融作用对于成矿物质组成的影响,碳酸盐熔体和硅酸盐熔体液态不混熔对于碳酸岩稀土成矿作用的影响,岩浆晚期演化的热液流体对于稀土成矿作用的影响,稀土元素在液态不混熔、分离结晶和热液交代过程中的分异和富集机制等,并对未来需要继续完善和拓展的方向提出了展望。

关键词：稀土元素高温高压实验分配系数岩浆系统热液系统分异-富集-沉淀机制

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地幔硫化物的物理化学性质及其地质意义

岩石学报 2023年第1期39卷 83-92页

作者：张舟浙江大学地球科学学院杭州310027

地幔硫化物是地球亲硫、亲铁元素的重要载体,与硅酸盐矿物有很大的物理性质上差别,它在高温高压条件下的物理化学性质是认识地幔物质组成及其不均一性的重要内容。此外,早期地球、火星、水星和月球幔部来源的硫化物对认识行星演化具有... 详细信息

地幔硫化物是地球亲硫、亲铁元素的重要载体,与硅酸盐矿物有很大的物理性质上差别,它在高温高压条件下的物理化学性质是认识地幔物质组成及其不均一性的重要内容。此外,早期地球、火星、水星和月球幔部来源的硫化物对认识行星演化具有重要意义。地幔硫化物的存在条件、赋存方式以及元素分配系数受到硫化物和硅酸盐体系的化学平衡控制;硫化物在流体介质和固体介质中的迁移可以分别用斯托克斯方程和表面张力模型进行解释。基于目前的天然样品和实验研究结果,本文提出了地幔硫化物物理化学性质研究中尚存在的问题,并作展望:高温高压实验制约分配系数适用的元素含量远高于天然样品,导致亨利定律并不一定适用,要求开展元素含量更低的实验并进行测试;现有的线性或自然对数的经验方程不能准确描述硫化物-硅酸盐体系,机器学习可能揭示其错综复杂的热力学关系;硫化物熔体在深部地幔硅酸盐矿物表面的分布尚不清楚,对极端条件下的静水压力实验提出了需求。

关键词：硫化物高温高压实验亲硫元素亲铁元素分配系数地幔早期地球火星月球水星

高温高压实验中金属添加物对实验反应速率的影响:以柯石英-刚玉-蓝晶石体系中添加铂金粉末为例

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高压物理学报 2015年第2期29卷 99-108页

作者：吕明达刘曦熊志华王霏北京大学地球与空间科学学院北京100871

在金刚石压腔和大腔体压机等高压设备上进行高温高压实验时,出于压力测量、激光加温、降低矿物生长速率等目的,通常在所研究的体系中添加Pt、Au、Fe等金属。添加这些金属所必需满足的一个前提条件是,它们不与研究体系发生化学反应,这一... 详细信息

在金刚石压腔和大腔体压机等高压设备上进行高温高压实验时,出于压力测量、激光加温、降低矿物生长速率等目的,通常在所研究的体系中添加Pt、Au、Fe等金属。添加这些金属所必需满足的一个前提条件是,它们不与研究体系发生化学反应,这一点往往受到研究者的重视;然而,这些金属添加物是否会影响化学反应速率却往往被忽视。以刚玉(Al2O3)和柯石英(SiO2)在高温高压条件下合成蓝晶石(Al2SiO5)的反应为研究对象,通过在实验中添加不同含量的Pt粉末,研究添加Pt粉末对该反应的影响。结果表明:Pt粉末的加入会促进合成反应的进行,而且Pt粉末含量越多,其促进作用越明显。研究结果可为解读相关高温高压实验结果提供重要依据。

关键词：高温高压实验金属添加物反应速率铂金柯石英-刚玉-蓝晶石体系

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钨在熔体-流体间分配行为的在线观测

Science Bulletin 2022年第22期67卷 2358-2368页

作者：丘靥王小林陆建军周义明万野章荣清张文兰孙睿 State Key Laboratory for Mineral Deposits Research School of Earth Sciences and EngineeringNanjing UniversityNanjing 210023China Frontiers Science Center for Critical Earth Material Cycling Nanjing UniversityNanjing 210023China Key Laboratory of Experimental Study under Deep-sea Extreme Conditions Institute of Deep-sea Science and EngineeringChinese Academy of SciencesSanya 572000China Department of Geology Northwest UniversityXi’an 710069China

流体出溶是控制钨成矿的重要机制,研究钨在熔体-流体间的分配行为具有重要科学意义.针对这一问题,前人开展了大量高温高压实验和地质样品分析.然而,已有的钨在熔体间-流体间的分配系数差异巨大,甚至高达4个数量级,严重影响了对成矿过程... 详细信息

流体出溶是控制钨成矿的重要机制,研究钨在熔体-流体间的分配行为具有重要科学意义.针对这一问题,前人开展了大量高温高压实验和地质样品分析.然而,已有的钨在熔体间-流体间的分配系数差异巨大,甚至高达4个数量级,严重影响了对成矿过程的定量刻画.究其原因,主要是实验设计存在问题和典型地质样品可获得性差所致.本文应用热液金刚石压腔模拟流体出溶的高温(700~800℃、高压(0.35~1.08 GPa)环境,收集了花岗质熔体和共存流体的原位拉曼光谱,揭示了岩浆-热液过渡阶段钨的主要赋存方式,建立了应用拉曼光谱测定钨的不同赋存方式在流体-熔体间分配系数的方法,并获取了上述温度、压力条件下钨在流体和熔体间的分配系数(8.6~37.1).基于本文获取的分配系数和瑞利分馏模型,计算了流体出溶过程中钨在流体中的瞬时浓度和累积浓度,结果得到了地质实例的良好印证.

关键词：流体出溶高温高压实验分配系数地质样品分配行为成矿过程原位拉曼光谱在线观测

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含水硅酸盐熔体中铜溶解度的实验研究

大地构造与成矿学 2022年第4期46卷 803-813页

作者：刘星成许婷熊小林李立王煜邢长明中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049

富Cu岩浆是形成大型-超大型斑岩型Cu矿床的有利条件,但形成富Cu岩浆的有利物理化学条件尚不清楚。为了制约温度、压力、熔体成分、氧逸度等因素对含水硅酸盐熔体中Cu溶解度的影响,本次研究采用Pt_(95)Cu(05)作为样品管,使用活塞圆筒装... 详细信息

富Cu岩浆是形成大型-超大型斑岩型Cu矿床的有利条件,但形成富Cu岩浆的有利物理化学条件尚不清楚。为了制约温度、压力、熔体成分、氧逸度等因素对含水硅酸盐熔体中Cu溶解度的影响,本次研究采用Pt_(95)Cu(05)作为样品管,使用活塞圆筒装置开展了一系列高温高压实验。实验初始物成分涵盖镁铁质到长英质,实验温度范围为850~1250℃,压力范围为8~30 kbar,氧逸度范围约为FMQ-5~FMQ+5。实验结果表明长英质熔体中Cu溶解度主要受温度和熔体成分控制,受压力影响不明显。在相似氧逸度条件下,当温度从1250℃下降到850℃时,Cu溶解度降低了约两个数量级。在相同温度和相似氧逸度条件下,玄武质、安山质和英安质熔体中Cu溶解度差别较小。但当熔体演化为花岗质或流纹质熔体时,Cu溶解度骤降约一个数量级。因此,当中酸性岩浆演化到晚期,随着温度的降低和熔体成分变化,其运移Cu的能力会迅速降低,不利于富Cu岩浆的产生。在中酸性岩浆演化过程中,如果流体过晚出溶,将不利于形成富Cu流体,难以为大型矿床的形成提供足够的成矿元素。

关键词：铜溶解度硅酸盐熔体高温高压实验斑岩型铜矿床

高温高压实验揭示俯冲带蛇纹岩熔融行为与高镁岩浆成因

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海洋地质与第四纪地质 2024年第2期44卷 157-170页

作者：胡佳森张国良中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心青岛266071

近年来一些研究在岛弧岩浆中发现了蛇纹岩组分,这表明俯冲至弧下的蛇纹岩不仅为地幔楔提供流体,而且可以通过部分熔融参与岛弧岩浆形成。然而,蛇纹岩在地幔楔中的熔融行为及其在俯冲带物质循环中的作用仍未进行深入研究。因此,本研究选... 详细信息

近年来一些研究在岛弧岩浆中发现了蛇纹岩组分,这表明俯冲至弧下的蛇纹岩不仅为地幔楔提供流体,而且可以通过部分熔融参与岛弧岩浆形成。然而,蛇纹岩在地幔楔中的熔融行为及其在俯冲带物质循环中的作用仍未进行深入研究。因此,本研究选择3种蛇纹岩样品:蚀变原岩分别为二辉橄榄岩(SE2)和方辉橄榄岩(SE3)的天然蛇纹岩,以及模拟含有大量滑石的合成蛇纹岩样品(SEQ),在700~1300℃和4 GPa的温度压力条件下进行了模拟实验,限定了蛇纹岩的熔融温度,分析了实验产生的熔体成分。研究发现,不同类型蛇纹岩的固相线存在显著差异,SE3、SEQ和SE2蛇纹岩的固相线分别为900~960℃、960~1100℃以及1150~1200℃。这3种蛇纹岩的固相线均高于俯冲板片上表面的温度,要求蛇纹岩通过底辟作用进入地幔楔以发生部分熔融。根据实验结果,本研究认为SE2和SEQ蛇纹岩可以在地幔楔底部相对较低的温度条件下(960~1100℃)即发生熔融,产生科马提质岩浆;而在上覆地幔楔更高温度条件下(>1200℃),SE2蛇纹岩可以发生更广泛、更高程度的部分熔融,产生玻安质岩浆。

关键词：蛇纹岩俯冲带高温高压实验高镁岩浆科马提岩