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在矿物、岩石、矿床、地球化学等方面,反映氧化还原条件的氧逸度,日益受到人们的重视.本文就氧逸度、氧缓冲剂、氧逸度的估算以及氧逸度在岩矿方面的应用,概述如下. 氧逸度及氧缓冲剂(一)氧逸度的概念氧逸度fo_2(Oxygen fugacities)就是有效的氧分压.氧分压(Partial oxygen pressure)是指混合气体总压之下的氧的分压力,以Po_2表示.举一个最简单的例子来说,如果把空气的总压力看作是一个大气压(atm),而空气的 相似文献
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《地球化学》2020,(1)
地球是一个"氧化性"的星球。在太阳系所有行星中,只有地球大气中含有高浓度的O_2(约占21%)。研究表明,地球演化的早期,其大气组成与火星等类地行星相似,都是以CO_2为主,O_2含量可以忽略不计。在大约24-21亿年前,地球大气中O_2含量突然大幅度升高,一度超过现今O_2含量的1%,而后又在中元古代回落到现今O_2含量的0.1%以下。沉积物中氧化还原敏感元素的含量变化显示,大约6.3亿年前雪球地球结束之后,地球大气中的O_2含量再次大幅度升高至20%左右,而后在显生宙经历一系列复杂变化并最终演化至现今的水平。Re/Os比值显示,硅酸盐地球的氧逸度远高于月球,也高于火星。考虑到月球与地球分异发生在45亿年前,月球的低氧逸度暗示地球早期的氧逸度可能也较低。可以影响地球氧逸度的元素主要有O、H、Fe、S和C等。控制地球氧逸度变化的主要过程包括:核幔分异、板块俯冲和火山喷发去气等。在核幔分异以前,金属Fe可能是控制硅酸盐地球及其表生环境低氧逸度的关键因素。核幔分异过程中,Fe是控制氧逸度变化的关键元素。核幔分异将金属Fe与铁氧化物分开,造成地幔Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高。尤其是在下地幔,Fe~(2+)在高压下发生歧化反应,形成金属Fe和Fe~(3+)。其中Fe~(3+)赋存在布里奇曼石中,导致下地幔氧逸度低。在板块俯冲过程中,当有板片进入下地幔时,布里奇曼石会因体积补偿,被运移到上地幔,并发生分解,释放出Fe~(3+),导致周围地幔氧逸度的升高。但是,V/Sc和Zn/Fe等元素比值则显示在过去30多亿年以来,地幔的氧逸度变化不大,可能与上、下地幔间氧化还原缓冲层或者是上述元素比值对氧逸度不够敏感有关。在地球演化早期,金刚石是最早形成的矿物。由于金刚石的密度在上地幔高于地幔橄榄岩熔体,而在下地幔小于地幔橄榄岩熔体,因此在岩浆海阶段,金刚石倾向于在上地幔底部富集,成为一个富金刚石的储层。在板块俯冲阶段,这些金刚石会被布里奇曼石分解所释放的Fe~(3+)所氧化,形成富碳酸盐和CO:的层位,同时起到稳定上地幔氧逸度的作用。俯冲带地幔橄榄岩和岛弧火山岩的氧逸度均高于板内环境,因此一般认为板块俯冲会导致氧逸度升高。在板块俯冲过程中,氧逸度主要受到Fe和H_2O(水分解释放出H_2)的控制。蚀变大洋岩石圈中含有大量的H_2O,板块俯冲过程中脱水会导致地幔楔蛇纹石化。蛇纹石化过程会形成磁铁矿,释放出味,使局部在短时间内氧逸度降低。但是,由于H_2很容易逸散到大气中,而磁铁矿则保留在地幔楔中,其结果导致岩石中Fe~(3+)/Fe~(2+)比值升高,从而在发生部分熔融时形成高氧逸度岩浆。板块俯冲对氧逸度的影响是多方面的,还与俯冲板块的年龄、沉积物的性质等有关。对于富含有机物的沉积物俯冲过程,C是主要的氧逸度控制元素。在板块俯冲的浅部,有机物分解,释放出CH_4等还原性气体,造成上覆岩石圈氧逸度下降。富含铁锰结核等氧化性沉积物的俯冲则可以导致地幔楔氧逸度的升高,这一过程中Fe和Mn是控制氧逸度的主要元素。火山喷发可以释放出CH_4、CO_2、H_2S和SO_2等气体,也可以影响大气中O_2的含量。有研究认为,火山气体中的H_2S随岩浆房压力增加而增加,SO_2则随压力的增加而减少,因此岩浆房压力可以影响其排气的氧化-还原性,进而影响大气的O_2含量。一种观点认为,正是由于太古宙末期大量出现陆相火山岩,导致了大氧化事件,在这一模型中,S是控制氧逸度的关键。氧逸度对多种成矿作用均具有重要的控制作用。其中,斑岩铜金矿床的形成往往与高氧逸度的埃达克岩有关。这是由于当岩浆的氧逸度高于AFMQ+1.5时,岩浆中S主要以硫酸盐的形式存在。由于硫酸盐在岩浆中的溶解度远远高于硫化物,因此,在俯冲洋壳部分熔融过程中形成的高氧逸度埃达克质岩浆可以熔出更多的亲硫元素,有利于成矿。锡矿床的形成则往往与还原性岩浆有关。这是因为在高氧逸度岩浆中,Sn主要呈Sn~(4+),易于在岩浆结晶早期进入矿物中;而在还原性岩浆中,Sn主要以Sn~(2+)形式存在,表现为不相容元素,倾向于在岩浆中富集,并在岩浆期后热液阶段富集成矿。其他氧化还原敏感元素,如U、V、Mo、Re、Sb和Fe等,可以在表生过程中富集,有利于进一步富集成矿。 相似文献
3.
晶质铀矿是花岗岩中广泛产出的副矿物,其铀离子价态的变化及比例关系,对于岩浆氧逸度具有一定的指示意义。笔者利用硅酸盐熔浆中U~(6+)-U~(4+)的平衡关系,推导出花岗岩副矿物——晶质铀矿的氧逸度计热力学计算方程,以及氧逸度(f O2)、温度(T)和不同价态铀离子比值(U~(6+)/U~(4+))的对数关系。以赣南五里亭花岗岩体为例,借助X射线光电子能谱分析,获得U~(6+)与U~(4+)的比例关系(U~(6+)/U~(4+)=0.30～0.46);利用晶质铀矿氧逸度计热力学方程,计算出该岩体形成时的平均氧逸度(为FMQ+0.58)。在温度(T)与氧逸度(lg f O2)协变图中,该结果靠近矿物反应缓冲线(FMQ),显示岩浆为弱还原性。因此,晶质铀矿U~(6+)/U~(4+)氧逸度计算结果能够代表岩浆源区的氧逸度特征,可作为常规氧逸度计算方法的一种有效补充。 相似文献
4.
《地质科技情报》1991,(3)
尽管近年来在这方面取得了重大进展,但围绕着地球上地幔中的氧逸度(fo_2)以及缓冲该氧逸度的化学反应还有很大的争议.电化学测量结果表明上地幔中氧化状态不均一,其中一组数据靠近铁橄榄石—磁铁矿—石英(FMQ)缓冲线,另一组靠近铁一方铁矿—(IW)缓冲线.根据玄武质玻璃、幔源尖晶石、钛铁矿、石榴石中Fe~(3+)/Fe~(2+)比值进行的温压计算,表明氧化状态很均一,限定于方铁矿—磁铁矿(WM)缓冲线与FMQ缓冲线之间.我们在这里根据共存矿物的成分,对比了4种“氧压力计”的行为,这4各种压力计中包括了在适合于上地幔压力、温度和成分的条件下在尖晶石二辉橄榄岩中经实验校正的一种新的橄榄石—斜方辉石—尖晶石经验压力计.将这一压力计应用于不同构造环境中的幔源岩石和玄武质熔体,所得结果表明与地幔仅仅微弱地受FE~(3+)/Fe~(2+)平衡所缓冲.较氧化的地壳物质的再徨过程以及地壳物质注入适度还厚、缓冲条件很差的软流圈,控制着氧逸度结构的大规模不均一性. 相似文献
5.
《地球化学》2016,(5)
氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。 相似文献
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地幔氧逸度是反映地幔氧化还原程度的参量,由温度、压力、岩石化学成分、矿物结构等共同作用控制。目前对上地幔氧逸度的研究主要针对镁橄榄石-磁铁矿-石英体系、含角闪石的橄榄岩体系和玄武岩(熔体)体系,通过实验岩石学方法进行。地幔氧逸度在垂直深度上随深度增加而减小受到普遍认可。天然样品和理论研究认为,岩石圈地幔底部的软流圈氧逸度高于上部岩石圈地幔,垂直方向上地幔氧逸度存在逆梯度,地幔过渡带相对上地幔可能也存在类似情况;水平方向上,不同构造环境、相似构造环境的不同地区氧逸度之间的差异都指示地幔氧逸度存在水平不均一性。不同圈层之间物质交换和氧逸度变化的关系是氧逸度未来研究的重点之一。俯冲带是研究圈层之间物质交换和氧逸度变化关系的天然实验室,同时氧逸度反过来也影响着各种挥发性元素(如C、S等)在不同圈层之间的赋存形式和循环通量。 相似文献
7.
氧逸度是岩石物理化学的1个重要参数,对岩浆演化、岩石成因和岩浆热液成矿具有明显的控制作用。含有变价元素的矿物常被用来计算成岩与成矿过程中的氧逸度,但是不同方法之间的对比研究较少,各种方法的适用性还不明晰。作者对晋东北黑狗背花岗岩体的氧逸度进行了较为系统的研究,通过黑云母、角闪石、磁铁矿-钛铁矿矿物对和锆石的Ce异常的氧逸度计算,发现不同方法的估算结果存在较大的差异,甚至会得出完全相左的结论。其中,基于Fe~(3+)/Fe~(2+)比值的黑云母和磁铁矿-钛铁矿氧逸度计计算结果吻合度较高,可适用于中酸性侵入岩的氧逸度研究,而基于Fe/(Fe+Mg)比值的氧逸度计算方法可能受到母岩浆化学成分的影响,不适合应用于低镁侵入岩的氧逸度估算。 相似文献
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氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。 相似文献
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地幔氧化状态和氧逸度简介 总被引：1，自引：0，他引：1
本文介绍了80年代有关地幔氧化状态和氧逸度的确定方法、基本原理和氧逸度的测定结果,并对各种方法存在的问题、影响fo_2测定值的主要因素等作了简要介绍. 相似文献
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地幔氧逸度的研究进展 总被引：13，自引：0，他引：13
通过对目前国际上诸多有关地幔氧逸度的研究结果的系统分析和总结 ,提出了地幔中自由氧对地幔物质的性质、状态及运动过程产生影响的基本作用方式 ;介绍了目前地幔氧逸度研究的主要研究手段 ,包括本征氧逸度的实验室测量、模拟氧逸度的实验室测量、地幔氧逸度计及理论计算等及其优缺点 ;定性探讨了地幔氧逸度的时空分布规律 ,获得了地幔随时间的推移变得愈来愈氧化 ,随深度的增加变得愈来愈还原 ,以及在横向上不同大地构造部位的地幔区域具有不同的氧逸度等诸多结论。结合目前人们对地幔物质组成、性质、状态、运动过程及地球的起源与演化历史等的认识 ,初步提出了地幔不同圈层氧逸度的约束机制。最后 ,针对目前地幔氧逸度的研究现状 ,为今后提出了一些参考性的研究方向。 相似文献
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硅酸盐岩浆的Fe^3＋—Fe^2＋平衡与氧逸度 总被引：2，自引：0，他引：2
铁是硅酸盐岩浆中唯一呈两种价态存在的主要元素.岩浆中Fe~(3+)——Fe~(2+)的平街不仅显著地影响岩浆结晶作用的趋势,而且由于Fe~(3+)和Fe~(2+)在熔体相中具有不同的结构作用,从而影响熔体的性质,如密度和粘度等.氧是岩浆中具有相当化学活动性的组分.岩浆演化过程中氧逸度的变化明显地影响岩浆的结构、流变学性质和化学成分.对岩浆中Fe~(3+)——Fe~(2+)平衡的研究,可以获得有关氧逸度变化的信息,因而具有重要的岩石学意义. 相似文献
12.
利用地幔橄榄岩包体中平衡矿物对的氧逸度计可以有效限定岩石圈地幔的氧化-还原状态.本文使用中国地质大学(武汉)新购置的WSS-10型常温穆斯堡尔光谱仪对华北地块西北部狼山地区橄榄岩包体的四相矿物开展了铁价态的直接测定.结果显示,斜方辉石Fe3+/∑Fe为0.05～0.11,单斜辉石的为0.16～0.25,尖晶石的为0.16～0.22,橄榄石为0.利用橄榄石-斜方辉石-尖晶石氧逸度计,获得狼山地区岩石圈地幔氧逸度为FMQ-0.82至FMQ-0.39(均值为FMQ-0.65).该值略高于依据电子探针测试数据计算获得的氧逸度值(FMQ-1.49至FMQ-0.8,均值为FMQ-1.25),造成这一差异的原因可能是后者忽略了尖晶石晶格中Fe3+过剩和阳离子空位导致的非化学计量比.与全球克拉通岩石圈地幔氧逸度值(均值为FMQ-0.35)相比,华北地块西北缘狼山地区岩石圈地幔整体表现为较还原状态,推测与深部地幔低fO2熔体上升交代有关. 相似文献
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长江中下游地区是我国东部重要的多金属成矿区,区内中生代岩浆活动强烈,可分为4个阶段。本文选择代表性岩石,开展了锆石原位微量元素测试,结合全岩数据,应用拟合法、插值法进行锆石氧逸度估算。结果表明：相比插值法,拟合法获得的锆石氧逸度数据结果更加准确集中,分布趋势更加明显,尤其修改的M估计估算方法可有效削弱拟合法估算过程中遇到的轻重稀土元素异常分馏等不利影响。最终确定,基于全岩和锆石微量元素数据的最小二乘法估算结果更加符合实际。长江中下游地区晚中生代4个阶段岩浆岩的氧逸度普遍较高,其中第1和第4阶段岩浆岩氧逸度相似,为高氧逸度岩浆岩,第2与第3阶段岩浆岩的氧逸度较低,表现出晚中生代早期到晚期,岩浆氧逸度从高降低、再升高的变化趋势。各阶段岩浆岩的氧逸度高低与岩浆起源和成矿属性有着良好的对应关系。 相似文献
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本文根据已有的关于熔体-流体氧逸度的实验数据和理论计算结果,综述了铀在熔体中的价态及其地球化学行为,以及铀进入流体的氧逸度条件和其它条件.在此基础上,阐明了花岗岩型热液铀矿床矿-岩时差的原因,阐述了对华南花岗岩型铀矿床铀源和热液来源的新认识.地幔岩浆和花岗岩浆的氧逸度都低于磁铁矿-赤铁矿氧缓冲剂(MH)所确定的氧逸度,... 相似文献
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矽卡岩矿床共生单科辉石—石榴石氧逸度计及主要金属矿化类型矽岩生成的氧逸度条件 总被引：1，自引：0，他引：1
基于我国主要类型矽卡岩矿床的研究，结合Ca-Fe-Si-C-O体系的实验成果，以共
生矿物固溶体热力学分析为手段，建立了共生单斜辉石一石榴石氧逸度计。对我国主要类型矽卡
岩的研究表明:不同金属矿化及不同产出条件的矽卡岩形成于不同的氧逸度环境，具有不同的氧
逸度变化趋势和温度一氧逸度效应。共生单斜辉石一石榴石矿物对是形成介质的良好氧逸度计、酸度计。它有助于判别矽卡岩的金属矿化类型。 相似文献
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有少数字在地质书刊中用得比较混乱,有讨论和校正的必要.例如:1.纺锤(竹 蜓)中的“锤”和“(虫 筵)”字,不少人误写成“(纟垂)”和“(竹 蜓)”.纺织中用的纺锤是金属物,应是“金” 字旁,而不是“纟” 相似文献
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氧逸度可以用于定量描述一个体系的氧化还原状态,是地球科学非常重要的一个热力学指标。早期地球的氧逸度及其变化趋势的重建,对大气圈、水圈、生物圈乃至整个地球的起源和演化具有重要的科学意义,也是地球科学长期探索的重要目标。锆石提供了地球上已发现的最古老天然样品,几乎是目前研究早期(冥古宙)地球的唯一可靠对象。近年来的研究发现,锆石中Ce的含量对其母岩浆体系的氧逸度很敏感,并由此发展出了锆石的Ce氧逸度计。这一技术对认识早期地球的氧化还原状态十分关键。文章对锆石Ce氧逸度计进行了简单介绍,进而对早期地壳和地幔的氧化还原状态进行了综合评述。在此基础上,对早期地球几个重要圈层(大气圈、大陆地壳和上地幔)氧逸度的演化及相互间的耦合关系进行了讨论。 相似文献
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使用幔源岩浆的铁氧化状态估算岩浆fO2是获得地幔氧逸度及岩浆过程对氧逸度影响的有效途径.使用湿化学法对雷琼地区晚新生代玄武岩的主量元素成分进行了分析,并结合一些前人的工作,发现雷琼地区玄武岩的Fe3+/∑Fe比值可分为两组: 一组比值为0.20~0.35,称之正常样品; 另一组比值为0.45~0.66,称之异常样品.采用氧逸度与Fe2O3/FeO之间关系的经验公式对这些玄武岩岩浆的氧逸度进行了估算,正常样品的氧逸度为FMQ+1.1~FMQ+2.4,略高于前人由地幔捕虏体获得的本区地幔氧逸度(FMQ-0.943~FMQ+1.235),这种差异可能是由于计算方法引起的; 而异常样品形成时的氧逸度范围为FMQ+3.3~FMQ+4.8,比地幔源区氧逸度高出2.0log单位以上,不能用计算方法的差异来解释.通过岩浆过程对fO2影响的讨论,认为分离结晶、岩浆脱气以及熔体上升过程中与岩浆通道物质之间的氧交换都不能解释异常样品的高Fe3+/∑Fe比值和氧逸度.许多异常样品采自近火山口,岩浆冷却速度可以引起fO2的重要变化,因为缓慢淬火过程中离子的局部结构调整可以使Fe2+氧化为更小的Fe3+.由此可知,缓慢冷却会使喷出地表的岩浆铁的氧化状态明显提高,所以使用玄武质熔岩估计其源区氧化状态时,应选择远离火山口的熔岩. 相似文献
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除温度、浓度、压力等外,氧逸度(fO_2)的大小也是重要的物理化学参数之一,在矿物、岩石、矿床以及地球化学等领域中,受到人们的广泛重视,成为天然岩石及实验岩石的重要研究课题之一.对于fO_2,除了用氧探针等手段进行直接测定外.也可利用含变价元素的造岩矿物,对岩浆结晶时的fO_2.条件,进行间接的估算,如利用钛铁氧化物固溶体(USP-Mt,IIm-Hem)组成,利用橄榄石的Fa量,辉石的Fs量,黑云母的含铁量和价态及它们的结晶温度估算fO_2等. 相似文献
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贺兰山北段孔兹岩系中最有代表性的两类岩石：变粒岩及富铝片麻岩天然块状样品的脱水熔融实验研究表明,在变质反应过程中岩石的水逸度、氧逸度和氢逸度发生有规律的变化,而这种变化与含水矿物参与熔融的机理紧密相关,并决定岩石熔融的程度、成分和熔融机制。他们之间演化规律的研究,对于阐明混合岩化作用与岩浆作用之间的关系和演化均有重要的意义。 相似文献