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构成地幔的主要物相多是名义上无水矿物(NAMs),如橄榄石、辉石等,其晶体结构中能赋存一定量的水。水能显著地影响矿物、岩石体系的物理、化学性质乃至地球深部的许多重要地质过程。为精确获取NAMs的水含量,科学家不断开发和改进水的定量分析方法,其中傅里叶变换红外光谱法(FTIR)是测定NAMs中水含量的最主要手段,但不同研究者的结果常有较大差异。本文就近年来NAMs中水的多种定量方法的研究进展进行综述,着重讨论FTIR方法及其存在问题,并初步谈论NAMs中水定量方法的未来研究方向。基于已有文献数据,本文进一步提出针对NAMs的新通用标定系数εtot=262.68(491)×[3644(94)-■],它既能弥补现有通用标定法建立于含水矿物、玻璃基础上的缺陷,又能较合理地体现吸收系数与频率的依赖性。 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2017,(1)
名义上无水矿物(NAMs)是深部地球的主要物相,是构成深部地球最主要的水储库。过去的几十年里,人们对地球深部水的分布及其对矿物乃至岩石系统的宏观效应的认识取得了长足进展,但是对水效应微观机制的关注较为欠缺。分子光谱是联系固体宏观性质和微观过程的重要手段,而且原位高温分子光谱实验能够直接测量矿物在地球深部温度下的电子吸收、分子振动和转动。本文按照波谱频率的高低,主要介绍了原位高温分子光谱在研究名义上无水矿物中的应用:研究地幔的辐射传热,地球深部温度下NAMs中水的状态,以及地幔的热力学性质。旨在让更多的学者能够在分子级尺度上认识深部地球性质和动力学过程。 相似文献
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水热金刚石压砧(Hydrothermd Dlamond Anvil Cell, HDAC)与显微机连接已用于研究水热系统相关系。作者把HDAC与傅里叶红外显微镜相连,实现高温高压条件下对液固反应,相变等原位波谱研究。已经研究850℃条件下高压(1GPa)NaCl H2O体系,发现了两相不混溶区的新溶液结构。改进了HDAC窗口能够在红外显微镜上使用,使用高压指示矿物的红外谱特征标定压力。高温高压下直接观察、测定物质状态和同时确定温度压力条件,是超高压研究的新进展。还用同步辐射光源的高能X射线,红外研究超高压(10GPa)下卤水结构,有新发现。 相似文献
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辉石中结构羟基变温行为的红外光谱初步研究 总被引：2，自引：1，他引：2
运用显微傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR)技术观察了辉石(单斜辉石和斜方辉石)中结构OH在原位连续加热、降温和阶段加热过程中的行为,从而更清楚地了解了缺陷氢在晶体结构中的位置及其结合机制。样品为安徽女山新生代玄武岩中的普通辉石巨晶和橄榄岩包体中的斜方辉石。温度从室温升到500℃,间隔100℃。实验结果表明,单斜辉石和斜方辉石的红外谱图随温度变化的趋势相同,即:OH的伸缩振动峰位都是随温度升高而向低波数移动,而且这种变化是可逆的;峰位的移动主要受H所取代的阳离子的位置或晶格空隙的热膨胀的影响。 相似文献
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应用＾２７Ａｌ、＾２９ＳｉＭＡＳ ＮＭＲ，喇曼和红外光谱技术研究了ＫＡｌＳｉ３Ｏ８溶体中水的溶解机理。在０．１ＭＰａ和２ＧＰａ下由等压淬火熔体制成了无水玻璃。含２．５ｗｔ％的含水玻璃在５和７ＧＰａ压力下等压淬火制成。在２ＧＰａ压力下等压淬火制成含２．５，５．０，和７．５ｗｔ％的含水玻璃。所有含水ＫＡｌＳｉ３Ｏ８玻璃的Ｒａｍａｎ和ＩＲ谱中均在９００ｃｍ＾－１附近出现一谱峰。所有２ＧＰａ含水玻璃９００ 相似文献
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橄榄石的含水量对上地幔的物理化学性质具有重要影响。傅里叶变换红外光谱（简称FTIR） 是目前最常用的测量名
义上无水矿物含水量的方法。由于矿物中红外光谱的吸收系数是各向异性的,理论上应使用偏振光来测量橄榄石的含水
量,但是该方法需要把橄榄石颗粒分离出来进行定向,非常费时。前人大多使用非偏振光来测量薄片中多个橄榄石的含水
量,并使用Paterson （1982） 的校正方法计算样品中橄榄石的平均含水量。非偏振光的使用忽略了颗粒定向造成的影响,会
低估橄榄石的含水量。上地幔橄榄石常发育晶格优选定向,为快速准确地获得橄榄石的原位含水量,该文将电子背散射衍
射技术（EBSD） 与FTIR 相结合,提出测量薄片中橄榄石含水量的新方法。首先使用Bell 等（2003） 的红外偏振光实验结
果,通过橄榄石[100]、[010]和[001]方向的含水量吸收系数建立一个椭球体。然后使用EBSD 测量某一颗粒在薄片中的取
向,根据欧拉角计算该方向的含水量吸收系数Ws,再根据Beer-Lambert 公式获得该颗粒的含水量。对加拿大Slave 克拉通
Muskox 金伯利岩携带的石榴橄榄岩中橄榄石的含水量研究表明,该方法可用于测量显微尺度的橄榄石原位含水量分布,为
橄榄石含水量与组构关系的研究提供基础资料。 相似文献
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本文通过金刚石对顶砧与拉曼光谱、红外光谱联用技术,原位模拟了金红石在高温高压下晶体结构及其OH的变化,从而了解俯冲带流体中金红石在地质过程中的行为及作用。实验证明,金红石在压力的作用下经历两次相变,分别为金红石型TiO2结构→斜锆石型TiO2结构（P=23.43GPa）→萤石型TiO2结构（P=34.98GPa）,其结构在经历过超深俯冲后、折返过程中则以ɑ-PbO2型TiO2结构稳定存在。并且金红石晶体中的OH红外特征峰强度随着压力的增加而降低,从而显示在加压过程中金红石中OH含量降低,但直至地球深部超过600km（37.28GPa,约1200km）,其晶体中的OH也并未完全脱去。在高温高压实验中,金红石样品从常温常压条件加压、加温至P=4.01~4.08GPa和T=700℃时,金红石晶体的有序度、OH含量随着温度增加而降低,但至实验最高温压,晶体内部仍保留OH,其结构也稳定存在,因此金红石可以将水携带至深部约120km处。在降至常温常压的过程中,金红石中OH含量虽然增加,但并未恢复至实验开始时的含量,因此经历过快速俯冲、折返后的金红石中的OH含量无法代表金红石形成时的OH含量。 相似文献
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热分析是研究粘土矿物的一种特效方法。本文主要根据粘土矿物的热分析结果,研究粘土矿物的含水特性及其热学性质,特别是对粘土矿物的脱水机理进行探讨,研究矿物的原子结构、化学成分、构造类型、结晶程度、矿物的不同成因、形成条件及成矿环境等因素对粘土矿物脱水吸热温度的影响。 相似文献
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天然红宝石和蓝宝石的包裹体中常见典型的含水矿物包裹体,这些含水矿物包裹体容易受外界环境升温而发生改变。微量含水矿物包裹体变化会对红宝石和蓝宝石的物理和化学性质产生明显影响,该性质为宝石热处理的鉴定提供了检测思路。本文采集了天然红宝石和蓝宝石样品,用显微镜放大观察包裹体特征,结合红外光谱与显微共焦激光拉曼光谱测试研究了含水矿物包裹体的特征。结果表明:天然红宝石和蓝宝石样品中含水矿物包裹体的外观轮廓清晰,晶形完整;红外光谱在2000～3700cm~(-1)附近显示出2105～2110cm~(-1)和1977～1985cm~(-1)硬水铝石和3619cm~(-1)和3696cm~(-1)高岭石等水(H_2O或—OH等)的特征吸收峰;拉曼光谱中可见角闪石、云母、磷灰石和长石等结晶度较好的典型含水矿物包裹体的特征拉曼位移。该系列特征揭示了红宝石和蓝宝石样品中含有水的特征,可作为红宝石和蓝宝石天然成因且未经过热处理的鉴定依据。 相似文献
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水对名义无水矿物变形的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
在固体地球中,水虽微量,但对众多地质过程(例如,岩石部分熔融与火山喷发、地震活动等)和岩石的物理化学性质(例如,电导率、滞弹性、地震波性质、相变动力学等)影响重大。更为重要的是,水能通过影响矿物的变形机制来控制岩石的流变强度,进而制约着地球动力学的过程。名义无水矿物(NAMs:Nominal anhydrous minerals)即为分子式中不含氢的矿物,其晶格的容水量远小于正常含水矿物(如,角闪石,蛇纹石等)的容水量,但由于NAMs在固体地球中体积比例甚大,仅上地幔的橄榄石中所能溶解的水可能比全部地表水还多。因此了解水对NAMs(尤其是分别作为地壳和上地幔主要组成矿物的石英和橄榄石)变形的影响对于精确地构建岩石圈强度剖面和深刻理解构造地质学与地球动力学过程至关重要。本文将系统地回顾水对NAMs变形的影响,首先通过回顾水在固体地球内部的存在形式提出了NAMs是固体地球中的重要水库,接着阐述了NAMs中水的存在形式、溶解机制、溶解度影响因素及扩散动力学,最后着重论证了水致弱化在石英和富镁石榴石中最强,然后依次是单斜辉石、长石、橄榄石,瓦德利石和林伍徳石。 相似文献
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名义上无水矿物的水含量研究对于认识俯冲带流体活动和地球动力学具有重要意义.对大别山金河桥榴辉岩中石榴石进行了傅里叶变换红外光谱分析和主微量元素分析,结果表明石榴石含有分子水和结构羟基,分别为 < 1×10-6~1 946×10-6和< 1×10-6~1 347×10-6.石榴石羟基含量与Ca、Na、Ti、Zr和Pr正相关,而与Si负相关,表明羟基结合机制以水榴石替代为主并伴有其他机制.分子水主要为初始水或折返过程中羟基转化形成.石榴石总水含量为 < 1×10-6~3 293×10-6,最大值对应于峰期超高压石榴石水储存能力.水在峰期石榴石中可达到饱和.石榴石变化的水含量受原岩性质、流体可获得性、压力和温度等多种因素控制,但主要由折返过程中降压脱水导致.石榴石平均总水含量为749×10-6~1 164×10-6,是俯冲板片向地幔水传输的重要介质. 相似文献
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大别山超高压硬玉石英岩中的水: 来自红外光谱的证据 总被引：2，自引：0，他引：2
为了探讨大别山“名义上无水矿物”(NAMs)中结构水的分布特征, 研究相关的流体活动、矿物变形以及板块俯冲和折返动力学过程提供重要的微观信息.对大别山双河和碧溪岭地区超高压硬玉石英岩中的石英、硬玉、石榴石和金红石进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析, 研究结果显示这些矿物都含有以OH-或者H2O形式存在的氢, 硬玉中结构水平均含量在1000×10-6左右; 石榴石结构水含量在(900~1600)×10-6之间, 各样品颗粒结构水的分布不均匀; 副矿物金红石结构水含量在2000×10-6以上, 而石英结构中基本不含或仅含微量水(< 4×10-6).双河和碧溪岭地区的硬玉石英岩全岩含水量分别为(490~600)×10-6和545×10-6, 不同地区同一种NAMs中结构水含量基本相同.表明在高压-超高压变质岩的形成过程中, 地壳或原岩中的水可以通过这些超高压变质岩中的NAMs携带到地球深部. 相似文献
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超高压变质岩中名义上无水矿物(NAMs) 在板块俯冲过程中可以携带一部分地表水进入上地幔, 这些水储存于地球深部并对地幔动力学有着重要的影响.对中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中的绿辉石和石榴石进行了详细的显微傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR) 分析, 结果显示所有绿辉石和石榴石颗粒都含有结构水, 其水含量范围分别在68~29μg/g和20~75μg/g.榴辉岩全岩的水含量为150~300μg/g.绿辉石和石榴石结构水含量的分布出现2种情况: (1) 颗粒内部的均一分布; (2) 不均匀分布, 表现为水含量从核部到幔部到边部随之增加或水含量核部、边部低而幔部高.电子探针结果表明水含量分布不均与矿物化学成分无直接关系.位错分布不均匀可能导致了颗粒内部结构水分布的不均匀. 相似文献
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对超高压变质岩中含水矿物和名义上无水矿物的地球化学研究,极大地深化了我们对大陆碰撞带地壳俯冲和折返过程中流体体制的认识。就流体体制和化学地球动力学来说,有关研究在大别-苏鲁造山带进行的最为详细,因此已经成为研究大陆俯冲带变质的典型地区。本文以大别-苏鲁造山带为对象,从矿物水含量的角度,结合稳定同位素论述了大陆俯冲带流体活动。超高压变质岩中名义上无水矿物含有大量的水,以结构羟基和分子水形式存在。名义上无水矿物中结构羟基和分子水出溶与含水矿物分解共同构成了折返过程中退变质流体的主要来源。名义上无水矿物所释放的水以富集轻的氢氧同位素为特征,而含水矿物分解则提供了富集D的流体来源。折返过程中,名义上无水矿物降压脱水存在亏损D的分子水的优先丢失和不同形式水之间的相互转化。不同岩性的水含量差异导致了它们在折返过程中不同的流体活动行为。大陆板块俯冲和折返过程中,在不同矿物、不同岩性以及板片不同部位之间存在水的再分配;板片的一部分作为富水流体的源,而另一部分可能作为汇。 相似文献
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L. Wang S.‐J. Wang M. Brown J.‐F. Zhang P. Feng Z.‐M. Jin 《Journal of Metamorphic Geology》2018,36(2):173-194
Coesite is typically found as inclusions in rock‐forming or accessory minerals in ultrahigh‐pressure (UHP) metamorphic rocks. Thus, the survival of intergranular coesite in UHP eclogite at Yangkou Bay (Sulu belt, eastern China) is surprising and implies locally “dry” conditions throughout exhumation. The dominant structures in the eclogites at Yangkou are a strong D2 foliation associated with tight‐to‐isoclinal F2 folds that are overprinted by close‐to‐tight F3 folds. The coesite‐bearing eclogites occur as rootless intrafolial isoclinal F1 fold noses wrapped by a composite S1–S2 foliation in interlayered phengite‐bearing quartz‐rich schists. To evaluate controls on the survival of intergranular coesite, we determined the number density of intergranular coesite grains per cm2 in thin section in two samples of coesite eclogite (phengite absent) and three samples of phengite‐bearing coesite eclogite (2–3 vol.% phengite), and measured the amount of water in garnet and omphacite in these samples, and also in two samples of phengite‐bearing quartz eclogite (6–7 vol.% phengite, coesite absent). As coesite decreases in the mode, the amount of primary structural water stored in the whole rock, based on the nominally anhydrous minerals (NAMs), increases from 107/197 ppm H2O in the coesite eclogite to 157–253 ppm H2O in the phengite‐bearing coesite eclogite to 391/444 ppm H2O in the quartz eclogite. In addition, there is molecular water in the NAMs and modal water in phengite. If the primary concentrations reflect differences in water sequestered during the late prograde evolution, the amount of fluid stored in the NAMs at the metamorphic peak was higher outside of the F1 fold noses. During exhumation from UHP conditions, where NAMs became H2O saturated, dehydroxylation would have generated a free fluid phase. Interstitial fluid in a garnet–clinopyroxene matrix at UHP conditions has dihedral angles >60°, so at equilibrium fluid will be trapped in isolated pores. However, outside the F1 fold noses strong D2 deformation likely promoted interconnection of fluid and migration along the developing S2 foliation, enabling conversion of some or all of the intergranular coesite into quartz. By contrast, the eclogite forming the F1 fold noses behaved as independent rigid bodies within the composite S1–S2 foliation of the surrounding phengite‐bearing quartz‐rich schists. Primary structural water concentrations in the coesite eclogite are so low that H2O saturation of the NAMs is unlikely to have occurred. This inherited drier environment in the F1 fold noses was maintained during exhumation by deformation partitioning and strain localization in the schists, and the fold noses remained immune to grain‐scale fluid infiltration from outside allowing coesite to survive. The amount of inherited primary structural water and the effects of strain partitioning are important variables in the survival of coesite during exhumation of deeply subducted continental crust. Evidence of UHP metamorphism may be preserved in similar isolated structural settings in other collisional orogens. 相似文献
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从微观尺度研究结构水的分布状态可以为超高压变质岩的形成环境、构造演化动力学过程提供重要的依据.为探讨大别山地区超高压变质岩中"名义上无水矿物"（nominal anhydrous minerals,NAMs）结构水的分布特征、赋存状态与超微结构缺陷的关系,对大别山石马地区榴辉岩中的柯石英进行了傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析和第一性原理计算.FTIR研究表明柯石英主要吸收峰为（Ⅰ）3 561~3 580 cm-1、（Ⅱ）3 433~3 462 cm-1和（Ⅲ）3 412~3 425 cm-1;柯石英颗粒结构水含量为15×10-6~52×10-6,平均值是32×10-6.第一性原理理论计算得到了柯石英（4H）Si和（AlH）Si复合缺陷超晶胞模型（2×1×1）的形成能分别是-4.92 eV和-3.10 eV;含氢缺陷模型计算结果得到3 526 cm-1和3 198 cm-1的拉曼峰与柯石英的合成实验结果基本符合.FTIR分析表明石马地区柯石英结构水含量具有不均一性;模拟计算得到（4H）Si复合缺陷模型比（AlH）Si有更低的复合缺陷形成能,有更加稳定的结构,柯石英结构水中（OH）4$ \Leftrightarrow $Si氢结合机制是优先模式,为实验研究提供理论依据. 相似文献
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超高压变质矿物的某些显微构造缺陷可能指示了岩石短暂和快速抬升过程。文中报道了中国大别山双河地区超高压硬玉石英岩矿物显微构造缺陷的透射电镜(TEM)和Fourier变换红外光谱(FTIR)的研究结果。用TEM研究方法,在硬玉石英岩中硬玉包裹体内发现了亚微米级天然蒙钠长石(MA,C2/m)、高钠长石(HA,C)和低钠长石(LA,C)三种多形变体。表明岩石在折返过程经历过高温变质作用(>930℃),以及退变质过程的快速冷却;在石英包裹体内发现了纳米级柯石英和石盐子矿物,提供了柯石英转变为石英以及峰期变质条件下高盐流体存在的证据。"名义上无水矿物"(NAMs)的结构水(OH/H2O)是以缺陷形式赋存于矿物结构中。FTIR分析结果显示硬玉、石榴石、金红石和石英中结构水的平均含量分别为1000×10-6、(900~1600)×10-6、>2000×10-6和<4×10-6,硬玉石英岩全岩含水量为(490~600)×10-6,表明在高压-超高压变质作用过程中,地壳或原岩中的水可以通过这些NAMs携带到地球深部。该类显微构造缺陷可能是大陆碰撞造山带在高应变速率下的局部弱化和深部断层作用的结果。 相似文献
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大别山双河超高压榴辉岩中的水: 微区红外光谱分析 总被引：9，自引：2，他引：7
大陆深俯冲板块到一定深度后(约90~110km), 几乎没有含水矿物存在, 超高压岩石中名义上无水矿物(NAMs) 成为俯冲板块中水的主要载体, 是示踪超高压变质流体的重要途径.对大别山双河地区超高压榴辉岩中的石榴石和绿辉石进行了详细的微区傅立叶变换红外光谱(MicroFTIR) 分析.FTIR结果显示所有石榴石和绿辉石颗粒都含有结构水, 以OH的形式存在, 其含量范围分别为(30~1860)×10-6和(360~620)×10-6.榴辉岩全岩水含量为(300~750)×10-6, 表明即使是在超高压变质作用的温压条件下, 榴辉岩也可以至少携带数百10-6的水进入深部地球.对石榴石颗粒内部的多点观察发现, 结构水含量的分布出现2种情况: (1) 颗粒内部的均一分布; (2) 核部水含量高而边部低.石榴石颗粒边部的低水含量可能是抬升过程中由于压力降低引起的H扩散所致, 扩散出来的H可能构成了早期退变质流体的重要来源.对于同一样品来说, 结构水含量在绿辉石和石榴石之间的比值为0.5~3.5. 相似文献