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高温高压实验作为地球科学研究的重要方向之一,通过模拟地球深部的温度和压力条件,了解地球深部物质的物理化学性质、地球内部结构和动力学演化。角闪石属于双链硅酸盐矿物,为地幔岩石圈的重要组成,广泛分布在海洋地壳、俯冲板块、变质岩和火成岩中。作为俯冲带的重要含水矿物,角闪石的广泛分布和高温高压下的脱水对于理解俯冲带水含量以及水迁移具有重要作用,同时在俯冲带的地震活动、高电导率异常、地震波速异常和岩浆活动中扮演重要角色。在过去的近百年时间里,国内外学者对角闪石高温高压物理化学性质进行了大量的研究。角闪石具有非常复杂的元素组成和结构特征,由此也导致了不同角闪石物理化学性质存在显著不同,包括脱水与脱羟基反应中元素迁移的差异、角闪石形成与分解过程中碱性元素(K+Na)和H2O含量对热稳定的影响、不同空间群结构下的高压结构相变、原位条件下不同结晶方向的电导率异常、不同结晶学优选方位(CPO)下的波速异常等。已有的研究对于角闪石的物理化学性质以及其在俯冲带中发挥的作用有了比较清楚的认识,但仍然有许多问题需要进一步研究,如角闪石的高压脱水动力学、热物性和变形机制等。 相似文献
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大陆俯冲过程中的流体 总被引：5，自引：1，他引：5
含水矿物矿物稳定性的实验研究和超高压岩石的同位素地球化学研究表明 ,大陆地壳在俯冲过程中 ,随着变质程度的升高和部分含水矿物的相继分解 ,会有流体释放出来。当俯冲深度接近5 0km ,俯冲陆壳岩石中大量低级变质含水矿物 (如绿泥石、绿帘石、阳起石 )会脱水并从俯冲陆壳逸出形成流体流。这一流体流可溶解带走俯冲陆壳内已从云母类矿物逸出的放射成因Ar及部分U、Pb ,并导致w(U) /w(Pb)升高。这一阶段逸出的流体有可能交代、水化仰冲壳楔 ,为其发生部分熔融形成同碰撞花岗岩或加速山根下地壳的榴辉岩化创造条件。在俯冲深度为 5 0～ 10 0km ,变镁铁质岩石中的角闪石相继分解并释放出H2 O。由于变镁铁质岩石在陆壳中所占比例较少 ,因此 ,这一阶段释放的水不能形成大规模的流体流 ,因而不能使体系内的过剩Ar大量散失 ,但足以形成局部循环 ,加速变镁铁质岩石及其互层或邻近围岩的榴辉岩化变质反应。在俯冲深度 >10 0km的超高压变质阶段 ,仅有少量的含水矿物分解 ,而多硅白云母仍保持稳定。这时俯冲陆壳内只可能有少量粒间水存在 ,从而导致俯冲陆壳与周围软流圈地幔不能发生充分的相互作用。 相似文献
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矿物反应与变形关系研究——以糜棱岩高温高压实验为例 总被引：1，自引：1，他引：0
矿物反应和变形局部化在中下地壳普遍存在,两者相互影响和促进。实验研究表明,矿物反应与变形关系非常复杂。本文在糜棱岩高温高压流变实验的基础上,分析了实验变形样品中的矿物反应分布特征以及矿物反应引起的化学成分变化,讨论了矿物反应与变形的相互影响。微观结构分析表明,实验变形后的糜棱岩样品在温度800~890℃时,角闪石和黑云母出现脱水反应,生成微晶角闪石和黑云母,并伴有局部熔融。受应变局部化控制,脱水反应产物主要出现在黑云母、角闪石条带边缘。微晶和熔体的成分分析表明,不仅脱水反应形成的微晶与熔体的SiO 2含量非常低,而且黑云母周围的反应产物和熔体主要来自于黑云母的脱水,角闪石边缘的反应产物和熔体主要来自于角闪石脱水,石英、钾长石和斜长石没有参与反应与熔融。本研究中的脱水反应产物中,没有发现辉石和石榴石,这种脱水反应与文献中报道的无局部化的均匀样品在静高压和高熔融比例条件的脱水反应产物和熔体的成分有很大差别。黑云母和角闪石的局部化分布和脱水程度低,可能是造成脱水反应产物有差别的巨大原因。在本实验结果中,脱水反应对变形的影响主要体现为,脱水反应产生了细粒混合矿物相,使得在局部化的剪切带内变形机制从位错蠕变转变为扩散蠕变,导致样品出现应变弱化。另外脱水反应还引起了局部脆性破裂。变形引起晶体塑性变形,增加了位错密度和矿物细粒化,促进了晶体内部成核和黑云母与角闪石的脱水分解;差应力作用增加了局部的正应力和平均应力,增加了黑云母和角闪石能够稳定存在的压力范围,这可能是反应产物以微晶黑云母和角闪石为主,而没有转化为辉石的原因。 相似文献
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研究表明,大洋沉积物或陆壳岩石可以发生俯冲作用进入俯冲带深部[1-3].该过程中岩石的含水矿物发生了变质脱水作用和相转变,所产生的流体是俯冲带流体的重要来源[4]并对俯冲带岩浆产物的地球化学特征有标志性的影响.为了深入揭示陆壳物质在俯冲带温度-压力条件下的变质脱水作用和该过程中发生的微量元素变化,我们开展了泥质岩变质脱水作用的高温高压实验研究. 相似文献
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脱水熔融实验及其影响因素 总被引：2，自引：0，他引：2
脱水熔融是在无自由水条件下，由含水矿物的脱水作用而诱发的深部地质作用。详细介绍了脱水熔融实验发展现状，重点介绍了温度、压力、原岩、时间等因素对脱水熔融过程及熔融产物的影响，并讨论了目前存在的问题。 相似文献
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俯冲带变质脱水作用对俯冲带的流体形成、岩浆起源和演化起着重要的控制作用。泥质岩是俯冲板块表层沉积物的典型代表,本文以天然泥质岩为对象,成功运用高压差热分析(HP-DTA)方法对其在1．5-4．0GPa下的脱水温度进行了实验研究。结果表明,泥质岩的脱水温度与压力呈很好的负相关关系。通过与冷、热俯冲带地热梯度线比较,确定了泥质岩在俯冲带深部发生变质脱水作用的深度范围(75-145 km),为岛弧岩浆源区位置的解释提供了实验证据。 相似文献
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大别山朱家冲斜长角闪岩-角闪榴辉岩-柯石英榴辉岩相转变实验研究 总被引：5，自引：2，他引：3
在750～1200C、1.0～4.5GPa条件下对取自于大别山朱家冲的斜长角闪岩进行了重结晶实验,并对其在高压-超高压区域的相关系进行了简要讨论。结果表明,在750 C时,斜长角闪岩随压力的前进演化经历了斜长角闪岩(Ga+Amp+Ep+Bi+Pl+Qz,1.0～1.5 GPa)、角闪榴辉岩(Ga+Cpx+Amp+Ep+Ph+Qz,1.75～2.25 GPa)、石英榴辉岩(Ga+Cpx+Zo+Ph+Qz,2.5 GPa)、柯石英榴辉岩(Ga+Cpx+Zo+Ph+Cs,3.0～3.5 GPa)和硬柱石榴辉岩(Ga+Cpx+Law+Ph+Cs,4.0～4.5 GPa)5个阶段,每个阶段之间的相关系可由一些特定的变质反应来限定。角闪石是榴辉岩演化早期和晚期阶段的主要共生矿物,它可以被看做是一种指示性矿物,其稳定上限低于2.5 GPa。黝帘石-蓝晶石-柯石英组合的出现指示大别山榴辉岩的压力上限未达到硬柱石的稳定区域,其形成压力不会超过4.0～4.5 GPa。榴辉岩中含水矿物的前进替代证明在俯冲带中有部分地表水被携带至地幔,而连续的脱水作用也为俯冲板片的部分熔融提供了水源。 相似文献
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在温度约800—1300℃和压力1.0—3.5GPa下,对加入约2％水的钾质玄武岩和榴辉岩样品的熔融实验研究结果表明,两种岩石的固相线都明显低于干体系同类成分岩石熔融实验研究获得的固相线温度;其中前者由于相对富钾其熔点总体上又低于后者,与已有的研究资料一致。不同的是榴辉岩是随着压力的增大熔点温度增高,钾质玄武岩仅在1.5—2.5GPa和大于3.0GPa压力时其熔点随着压力的增大而增高,在2.5—3.0GPa压力范围内则相反。笔者认为这是由于钾质玄武岩在压力2.5GPa以下,存在着角闪石,2.5GPa以上存在金云母所致,二者矿物特定的成分决定了角闪石具有高于(或接近于)而金云母具有低于湿体系固相线的脱水温度;而含水榴辉岩实验的连续固相线特征则是其角闪石的脱水温度低于或接近含水条件的熔点温度所致。从而造成高压条件下岩石熔点的降低。因此,岩石圈中岩石的成分及其所决定的含水矿物类型和稳定温压条件是控制岩石固相线形式的重要因素,并可以很好地解释深部岩石的部分熔融和地震波低速带的成因。 相似文献
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块状榴辉岩920℃开放体系脱水部分熔融过程及熔体成分研究 总被引：1，自引：0，他引：1
选取江苏省东海青龙山含钠云母的石英榴辉岩块状样品,在0.1 GPa、920 ℃恒温加热4 h的条件下,进行了开放体系的脱水部分熔融实验.样品中含有钠云母、蓝闪石和绿辉石退变形成的后成合晶中的角闪石等含水矿物.该榴辉岩的熔融可以划分为3个阶段:含水矿物的脱水暗化、部分熔融和几乎全部熔融阶段.熔融从含水矿物的脱水暗化开始,玻璃质熔体首先出现在含水矿物边界.在不同的局部熔融体系内,熔体成分从基性到酸性,受到局部熔融体系内部物质组成的控制,与全岩化学成分无关. 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
研究表明,俯冲隧道中发生显著脱水作用形成富水流体,并交代地幔楔物质形成富含水矿物(蛇纹石、绿泥石、角闪石等)的橄榄岩。这些含水矿物的变形特征对了解俯冲带的动力学过程具有重要意义。我们研究了来自意大利Monviso地区俯冲带折返所形成的变质混杂蛇绿岩套内部出露的绿泥片岩、透闪石绿泥岩、蛇纹片岩以及绿泥蛇纹岩的变形特征。研究结果表明,地幔楔的流体交代所形成的含水矿物一方面降低了橄榄岩的密度,另一方面绿泥石、叶蛇纹石以及透闪石均发生了强变形并形成强变形组构。绿泥石的组构特征表现为(001)面近平行页理面,[100]轴在平行线理方向形成强极密或在页理面内形成大圆环。叶蛇纹石发育[010]轴平行线理和(001)面平行面理的强组构。角闪石发育[001]轴平行线理和(100)面平行面理的中等强度组构。这些富含水矿物的岩石,沿平行页理面的纵波速度大于垂直页理面的速度,且剪切快波的极化面近平行于页理面。绿泥片岩的最大的剪切波各向异性为33.4%,大于叶蛇纹石片岩的最大剪切波各向异性(17.8%)。研究认为:俯冲隧道中的流体交代形成低密度的含水矿物为俯冲隧道中地幔物质的上升提供了浮力;低流变强度(由强变形组构指示)含水矿物的为地幔物质的折返提供了主要的润滑和上升通道;3)叶蛇纹石和绿泥石变形可以合理解释大角度低温俯冲带(60o~90o)的平行海沟的剪切快波,而低角度(30o~60o)高温俯冲带平行海沟的剪切快波可能主要与角闪石变形相关。 相似文献
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陈伊翔 《矿物岩石地球化学通报》2021,40(5):1034-1048
蛇纹岩在俯冲带地球化学循环中发挥着重要作用.蛇纹岩是俯冲带中极富Mg和Fe的矿物,其变质脱水释放的流体含有显著量的Mg和Fe,对俯冲带中Mg、Fe元素的循环及其同位素的分馏行为起着重要作用.蛇纹岩脱水过程中的Mg、Fe同位素分馏特征与不同温度、压力条件下蛇纹岩体系的矿物组合、释放流体的氧化还原状态、流体中Mg、Fe的价态和种型等密切相关.本文在总结俯冲带蛇纹岩的产出特征、稳定性和主要脱水反应的基础上,系统评述了俯冲带蛇纹岩在变质脱水过程中Mg、Fe同位素分馏行为的研究现状和存在的关键科学问题,并对未来的研究方向进行了展望. 相似文献
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俯冲带蛇纹岩的变质过程 总被引：3，自引：1，他引：2
俯冲带蛇纹岩是俯冲带流体的重要来源,特别是其深部脱水作用对地幔动力学影响深远,是研究俯冲带约80~200km深度范围的地球动力学的关键,因此研究蛇纹岩的变质作用过程及其相关特征矿物(组合)的温压稳定范围具有重要意义。蛇纹岩具有简单的矿物(组合):蛇纹石类、硅镁石类、磁铁矿、氢氧镁石、绿泥石、橄榄石、透辉石、角闪石、滑石等,并且这些矿物(组合)对温压变化不敏感从而很难用来判定蛇纹岩所经历的变质演化轨迹。近几十年来,研究者通过实验岩石学和野外地质观察,主要研究了蛇纹石类矿物和硅镁石类矿物的温压稳定范围,并且试图使用这些特征矿物(组合)来判定俯冲带蛇纹岩的峰期变质条件。本文总结了蛇纹岩中这些主要矿物的温压稳定范围和相关变质反应,并且以中国西南天山蛇纹岩为例,展示使用特征矿物(组合)和叶蛇纹石Al等值线判定蛇纹岩峰期温压条件在实际岩石中的应用。另外,早期对叶蛇纹石的研究表明:随着温压条件的变化,叶蛇纹石的晶体结构会发生相应的调整。表现为单位晶胞内硅氧四面体的个数(m值)发生变化:温度升高,m值变小;压力升高,m值变大,这个发现在高压实验和天然样品中得到了一定程度的验证。本文利用已知峰期温压范围的叶蛇纹石样品分别采用粉末制样法和离子减薄制样法,进行透射电镜测试(TEM)样品的m值,并通过统计的方法获得叶蛇纹石的m值的峰值。结果显示叶蛇纹石的m值的峰值在一定程度上可以用以指示温压条件。本文提出可以用矿物组合、叶蛇纹石Al等值线和叶蛇纹石m值峰值相结合的方法确定蛇纹岩的变质温压条件和P-T轨迹。 相似文献
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在７５０～１２００℃、１．０～４．５ＧＰａ条件下对取自于大别山双河的长英质片麻岩进行了重结晶实验。在７５０℃时,随压力增加矿物生成顺序为：角闪石在１．７５ＧＰａ时出现,２．５ＧＰａ时消失;黑云母在１．７５ＧＰａ时通过水化反应生成多硅白云母;绿帘石可以稳定到＞３．５ＧＰａ,在４ＧＰａ时转变成硬柱石;石榴石和绿辉石在１．５ＧＰａ时开始出现,而斜长石在１．７５ＧＰａ时消失;石英在３ＧＰａ时转变为柯石英。这表明角闪岩相与榴辉岩相的转变发生在１．５～１．７５ＧＰａ,并且,榴辉岩相可进一步划分出角闪榴辉岩相、柯石英榴辉岩相和硬柱石榴辉岩相等,它们分别指示不同的压力区间。多硅白云母是长英质岩石在高压－超高压条件下的主要共生矿物,其水化反应特性及结构水的保存致使陆壳在深俯冲过程中未发生明显的脱水作用,这是大别山碰撞带未能形成钙碱性岩浆弧的主要原因。 相似文献
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本文以大别山双河柯石英榴辉岩为基础,在NCKMnFMASHO体系中计算了P-T、T-M(H2O)和P-M(H2O)一系列相图。这些相图表明在地壳冷俯冲(地热梯度约为6℃·km-1)过程中饱和水的变质基性岩通过脱水反应导致矿物组合演化,随着P-T条件增加,约在2.2GPa(80km)处,绿泥石被滑石取代,在2.4GPa处,蓝闪石消失,在2.5GPa处,滑石消失,在2.9GPa(105km)处,硬柱石消失。相应地可出现硬柱石蓝片岩、蓝闪石-硬柱石榴辉岩、硬柱石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩等高压-超高压组合。俯冲基性岩中即使含有很少量的水(如0.3%~0.5%),都会在超高压硬柱石榴辉岩相条件下达到饱和。因此硬柱石会广泛出现于经历冷俯冲地壳的变质基性岩中。高压-超高压榴辉岩的折返过程受折返温度及峰期矿物组合的控制。当峰期矿物组合中含有硬柱石(±蓝闪石±滑石,T=540~600℃)时,其早期折返发生在硬柱石稳定域,受脱水反应控制,难以保存峰期矿物组合;晚期折返发生在绿帘石稳定域,岩石处于流体缺失状态,有利于保存硬柱石消失后的高压矿物组合。当峰期矿物组合中含有绿泥石、硬柱石和蓝闪石时(T<540℃),其折返过程中的脱水作用仅发生在硬柱石与绿帘石共生的狭窄区域,在硬柱石稳定域的早期折返与绿帘石稳定域的晚期折返阶段,都不发生脱水作用,岩石处于流体缺失状态,因此,虽然峰期形成的硬柱石难以保存,但峰期形成的其他矿物可能仅受轻微改造。当硬柱石消失 (T>600℃) 后,多硅白云母高压-超高压榴辉岩中含有很少量水,在早期折返过程中的很大压力范围内,岩石保持水含量不变,更容易保留峰期矿物组合。高压-超高压榴辉岩在减压至1.5GPa以下时,由于外来流体注入,发生部分水化,形成含有钠钙质、钙质角闪石榴辉岩, 它们一般不是平衡矿物组合。榴辉岩中名义上的无水矿物在减压过程中释放的水有助于榴辉岩部分水化,但不足以形成水饱和的斜长角闪岩。 相似文献
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通过对胶北荆山群富铝片麻岩块状样品的脱水熔融实验研究表明，半开放体系下富铝岩石熔融作用的发生首先表现为含水矿物黑云母的暗化脱水，并诱发其他矿物熔融，各矿物组分参与熔融的顺序为：Bi→Kf→Pl→Gt→Cord→Sil→Q。研究发现石榴石这种原认为比较难熔的矿物，当其被大量黑云母包围时极易熔融，而黑云母脱水并生成一种强腐蚀性流体物质，是导致矿物及岩石发生熔融的主要原因。熔体的成分既依附于其周边的矿物相，但又有所差异，具有多相混熔的特点。实验过程中某些新生结晶矿物的出现表明熔融变质反应的发生可能未必需要很长的时间，也未必是在宏观平衡状态下。 相似文献
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榴辉岩中传统地质温压计新解：来自PT视剖面图的证据 总被引：1，自引：1，他引：0
石榴石-单斜辉石(GC)温度计和石榴石-单斜辉石-多硅白云母(GCP)压力计是确定榴辉岩形成温压条件的最常用方法,二者主要依据石榴石、绿辉石和多硅白云母中相组分之间的交换和转换变质反应.依据MORB成分计算的PT视剖面图表明,在不同榴辉岩矿物组合中,控制3个矿物相成分变化的相组分之间的变质反应不同.在低温含绿泥石、滑石和蓝闪石榴辉岩组合中,石榴石和绿辉石的镁含量主要受到含水矿物脱水反应的控制,并都随温度升高而升高,二者之间的铁镁交换反应并不起主要作用.因此,在自然界含有蓝闪石等含水矿物的低温榴辉岩中,由于绿辉石相对富镁而常常导致GC温度计结果偏低.在含有硬柱石的高压-超高压榴辉岩中,石榴石中的钙含量受到硬柱石的控制,随着压力升高或温度降低,硬柱石含量增加,使石榴石中钙降低,此时石榴石-绿辉石-多硅白云母之间的转换反应对石榴石成分的影响会很微弱,由于石榴石相对贫钙而导致GCP压力计结果偏低.在含有蓝晶石的中温高压-超高压榴辉岩中,矿物成分的变化受到石榴石-绿辉石之间的铁镁交换反应和石榴石．绿辉石．多硅白云母-蓝晶石-石英/柯石英之间的一系列转换反应控制,因此,GC和GCP温压计都能给出相对合理的结果.在低压普通角闪石榴辉岩中,石榴石和绿辉石中的镁含量主要反应压力变化,有时并不指示变质作用温度.在含有蓝闪石等含水矿物的低温榴辉岩中,Thermocalc程序中的平均温压(avPT)方法可以给出比较合适的温度,但压力结果与GCP压力计一样也会偏低一些.在蓝闪石和绿帘石等含水矿物消失后的中温蓝晶石榴辉岩中,avPT方法难以给出合理的PT信息.相对来说,视剖面图方法能够给出最多的PT信息,是目前确定变质岩PT条件的最好方法. 相似文献
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实验岩石学对埃达克岩成因的限定——兼论中国东部富钾高Sr/Y比值花岗岩类 总被引：15，自引：0，他引：15
大量变玄武岩脱水熔融实验表明,制约埃达克岩形成的主要因素是源岩、水和地壳热结构(p-T轨迹)。变玄武岩低到中等程度(10％～40％)的部分熔融过程中,含水矿物(主要是角闪石)脱水反应产生埃达克岩熔体,残余相组合为石榴石+单斜辉石±斜方辉石±角闪石(没有斜长石)。在俯冲带,当压力为1.6～2.2 GPa(约70～90 km)和温度为800～1150℃时,具有高的剪切热速率和非常年轻的(<25 Ma)、热的俯冲大洋岩石圈就会发生脱水熔融形成埃达克熔体。在增厚地壳内,具有高的热状态的底侵玄武质下地壳在压力≥0.8 GPa(>35 km)和温度介于800～1100℃之间发生部分熔融形成埃达克质熔体。然而,中国东部晚中生代富钾高Sr/Y比值花岗岩类,可能形成于加厚地壳开始减薄及地壳从挤压向拉张伸展转换的环境下,所对应的岩浆,与下地壳底侵的碱性玄武岩和/或拉斑玄武岩在压力1.0～1.5 GPa和温度850～1080℃之间发生部分熔融有关,熔融的残余相为辉石岩类,岩浆在上升侵位过程中还受到了地壳AFC的影响。中国东部中生代岩石圈从加厚转变为减薄的过程,就可能与玄武质岩浆的底侵作用及随后含石榴石辉石岩类残余体的拆沉作用有关。 相似文献
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超高压变质岩——造山带深部过程的见证 总被引：9，自引：3，他引：6
超高压变质岩是大陆碰撞过程中俯冲于地幔较深部位的地壳物质（包括早先从地幔就位于地壳的超基性岩）,记录了地球系统内部物质再循环的过程。了解折返至地壳的超高压岩石的峰变质深度,是讨论造山带深部变质作用、岩浆形成和流体活动的关键,也是讨论折返机制的基础。详细的岩相学和变质反应热力学分析通常还不足以对岩石峰变质物理条件作出判断。高压下矿物固溶体的稳定性、相转变及出溶机制是最终解决问题的前提知识。柯石英假象具有特征的结构。并非只有相变才能引起矿物包裹体周围的放射状裂开。柯石英在寄主矿物中的保存情况对岩石的ｐ Ｔ路径有指示意义。以构造过压为主导的超高压变质作用观点与现有地质观察和高压下岩石的力学状态分析不相一致。定量估计构造过压在岩石俯冲过程中的作用尚需更深入的理论分析和观察资料。准确的ｐ Ｔ路径对于理解俯冲、折返机制至关重要。流体和熔体是岩石俯冲至较深部位时与地幔围岩发生物质交换的主要介质。进变质过程中岩石多放出流体,但也有一些发生在超高压下的水化或碳化反应。退变质过程晚期围岩流体渗入折返的超高压变质岩,但在退变质过程早期,由于温度增高,一些超高压含水矿物可能发生脱水。典型的地壳岩石在俯冲带深部很容易发生部分熔融。高? 相似文献
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