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上地幔硅酸盐矿物中的磷含量是磷在地球深部的存在及循环研究的重要内容之一,对于理解和深刻认识上地幔磷的地球化学特征具有重要意义.对石榴子石、橄榄石及辉石中磷的固溶度进行详细的研究将会丰富深部磷循环的研究内容,为理解磷的深部地球化学行为提供科学依据.本文基于天然样品和高温高压实验研究结果,分析总结了上地幔硅酸盐矿物中磷的含量及磷进入硅酸盐矿物结构中的机制,探讨了压力、温度、氧逸度及矿物结构对上地幔硅酸盐矿物中磷含量的影响. 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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岩石圈上地幔岩石包体保存着上地幔物质组成和岩石学的特征以及岩石圈上地幔构造变形特性、岩石变形机制和流变性质的丰富信息。塔里木盆地西北缘的巴楚地区的幔源包体主要由橄榄岩组成,次为单辉橄榄岩,与中国东部以及西部其他地区发育的尖晶石、石榴石二辉橄榄岩幔源包体有所区别。从莫霍面至岩石圈上地幔下部,随着深度、温度和压力的增高,幔源包体橄榄石中出现直线状位错、位错缠结、网络—曲线状、环状位错—直线状位错、位错缠结、网络—曲线状位错,环状位错的变化规律;其微观变形机制有从碎裂—位错滑移—位错蠕变—扩散蠕变的变化规律;差异应力值有从低—高—低—高的正弦波状变化趋势,在莫霍面附近以及上地幔韧性软层与脆性层附近差异应力值一般较高;应变速率值则是逐渐减慢的总体变化趋势,整体反映出岩石和矿物从脆—韧性的流变性质。 相似文献
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夏群科 《矿物岩石地球化学通报》2015,(3)
<正>橄榄石是上地幔的主要组成矿物,尽管它的理想化学式中不含H,但是晶格缺陷中仍然能够含有10-6量级的"水"。虽然含量少,但是这些结构水对于矿物(以至于岩石系统)的熔融行为、流变学特征以及电导率和热导率都有显著的影响。因此,研究橄榄石中H的分布和活动性是理解地球动力学过程的重要内容,也是近年来学界的热点之一。美国NASA的研究员Anne Peslier博士及其合作者最近对来自夏威夷 相似文献
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板块构造理论应基于上地幔的对流。研究蛇绿岩以及碱性玄武岩和金伯利岩中的地幔包体表明,上地幔主要是由橄榄岩组成。橄榄石既是橄榄岩中最多的矿物(约占60~90%),也是最容易发生塑性变形的矿物。因此,大量实验工作的目的在于了解橄榄石的流变学问题。尽管橄榄石的流动性质已在实验室中进行了广泛的研究,但是,以往的实验压力都局限在1.8GPa以下。橄榄石蠕变象大部分高温条件下物质一样,是可以用幂律蠕变方程来描述: :%#::式中:ε—应变速率,А—常数,σ—流动应力,n—常数(通常3—4), 相似文献
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地球物理深部探测研究表明,上地幔顶部个别地区具有显著的电导率异常,表现为高电导率和各向异性。造成上地幔顶部电导率异常的机理,一直以来是地球科学中极具争议的问题之一。目前比较流行的解释是由部分熔融产生的熔体和橄榄石中耦合的结构水所致,其它的解释包括由颗粒边界的石墨或硫化物以及其它一些导电性强的矿物所致。这些不同的模型,对于认识上地幔的结构、组成和性质有直接的影响。综合评述了近年来基于岩石学、地球化学、地球物理学、数值模拟和高温高压实验研究等方面的进展,对已有模型伴随的各种问题进行了探讨。局部地区的电导率异常可能主要由固态导电机制造成,但其主要载体可能不是构成地幔主体的橄榄岩,而很可能与上地幔岩石学组成上的宏观不均一性有关。不同地区上地幔顶部的电导率异常,可能由不同的因素造成,可能并不存在所谓的"单一"导电机制。 相似文献
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地幔中水的存在形式和含水量 总被引：3，自引：0，他引：3
水以含水变质矿物、无水硅酸盐矿物(橄榄石、辉石等)及其高压结构相(β橄榄石、γ橄榄石、钙钛矿相、方镁铁矿等)、高密度含水镁硅酸盐和熔体的形式存在于地幔各层圈中。根据各类玄武岩水含量推断出的上地幔源区的水含量,和由地幔岩主要矿物———橄榄石的水含量估算出的上地幔水含量(质量分数)很接近,在0.02%左右。以橄榄石和辉石高压相的水含量为依据,进行了过渡带和下地幔水含量的估算,其结果是:过渡带和下地幔上部的水含量(质量分数)为1.48%,下地幔下部水含量(质量分数)为0.21%。据此,计算出的地幔各层圈的总水量表明,地幔水的74%以上存在于过渡带和下地幔上部。将地幔总水量和现代海洋总水量之和作为地球总水量,计算出现代海洋总水量约占全球总水量(质量分数)的6.6%,这个结果与笔者根据地球的球粒陨石成分模型计算出的总水量(6%)十分接近。 相似文献
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西藏东巧方辉橄榄岩的显微构造特征及其流变学意义 总被引：5，自引：2，他引：3
西藏东巧地区蛇绿岩套中橄榄岩是青藏高原出露的为数不多的地幔岩体之一, 对于揭示该地区的上地幔流变学特征具有重要意义.报道了该地区方辉橄榄岩中橄榄石的位错显微构造特征, 估算了上地幔流变学参数.显微构造研究表明, 东巧方辉橄榄岩发育残斑结构, 橄榄石中位错组态类型比较丰富, 包括自由位错、位错壁(包括宽阔型和紧密型)、位错弓弯和位错网, 表明橄榄石的主导变形机制可能为位错蠕变.该区地幔岩变形大致分为2个阶段: (1) 地幔缓慢塑性流动变形, 形成宽阔型位错壁; (2) 蛇绿岩侵位过程中的变形, 产生紧密型位错壁.根据2种位错壁估算的流动应力平均值分别为3 9.3MPa (宽阔型)和113.9MPa (紧密型), 计算结果获得东巧地区上地幔流动速率为1.13× 10-12 ~ 2.95× 10-11s-1, 有效粘度为4.44×1017~ 1.16×1019Pa°s, 这些参数为东巧地区上地幔物理特征提供了流变学的约束条件 相似文献
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下扬子地区若干上地幔橄榄岩的显微构造研究 总被引：4，自引：1，他引：3
本文对下扬子区内２个玄武岩产地（江苏六合瓜埠山、安徽当涂釜山）的幔源包体进行研究,结果表明本区上地幔尖晶石二辉橄榄岩具原生粒状结构、碎斑结构、板状镶嵌等粒结构及部分熔融结构四种类型。在光学岩组图上显示出从原生粒状结构→碎斑结构→板状镶嵌等粒结构,其橄榄石光性方位优选性逐渐增强。变形橄榄石滑移轴为［１００］,滑移面以｛０ｋ１｝为主,（０１０）次之。高温高压人工变形实验证实,这种滑移系形成于高温低应变速率条件下。橄榄石位错类型多样,（１００）、（００１）位错壁分布广泛,位错壁间距显示对数正态分布特征．估算的本区上地幔高温蠕交流动差异应力为（１０．９～１１．５ＭＰａ）。上地幔流变速率、流动应力、等效粘滞度与深度关系指示本区新生代大地构造性质为大陆拉张带或大陆裂谷带。 相似文献
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T. Katsura T. Yoshino G. Manthilake T. Matsuzaki 《Russian Geology and Geophysics》2009,50(12):1139-1145
The electrical conductivity of the major upper mantle minerals, namely, olivine, wadsleyite and ringwoodite, is reviewed in this paper. There are mainly three electrical conduction mechanisms for three upper mantle minerals: hopping, ionic and proton conductions. The charge carriers for these conduction mechanisms are an electron hole in Fe ion, a vacancy in Mg site, and a proton, respectively. Hopping conduction is the most essential conduction mechanism for the major upper mantle minerals. Because ionic conduction has high activation energy, it becomes a dominant conduction mechanism only at high temperatures. Proton conduction contributes at relatively low temperatures. If the mantle minerals contain large amount of water (more than 0.1 wt.%), proton conduction can be a dominant conduction mechanism, even at high temperatures. 相似文献
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Li同位素在斜顽辉石、镁铝榴石及镁铝尖晶石晶格内扩散与分馏的理论计算研究 总被引：1，自引：0，他引：1
斜顽辉石、镁铝榴石和镁铝尖晶石作为辉石族、石榴石族以及尖晶石族中的重要端元,是地球上地幔主要组成矿物。Li同位素是重要的地幔地球化学示踪剂,其在橄榄石、辉石和石榴石等地幔矿物中的扩散分馏的性质对理解Li同位素作为地幔地球化学示踪剂非常重要。我们通过经典力场经验势方法,从原子尺度上计算研究了不同温压条件下Li同位素在斜顽辉石、镁铝榴石和镁铝尖晶石晶格中分别通过不同的填隙机制和取代空位机制迁移的活化能和其在不同晶格位上的分馏效应。我们发现Li同位素是通过取代空位机制在斜顽辉石、镁铝榴石和镁铝尖晶石中进行迁移扩散。Li同位素在不同晶格位上的分馏作用计算表明,在三种矿物中重同位素7Li会更多地进入晶格填隙位中,而6Li则相对更多进入Mg位。温度是影响这种分馏作用的一个关键因素,相应的结果可用来解释地幔Li同位素组成特征及冷却条件下的同位素分馏等科学问题。 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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Recent experiments (Miller et al. 1987; Bell and Rossman 1992; Bai and Kohlstedt 1992) have shown that olivine, the dominant mineral in the Earth's upper mantle, can contain substantial amounts of water in the form of OH. There is uncertainty, however, as to the mechanisms by which water dissolves into the mineral structure and as to the site it occupies in the host lattice. We have therefore used atomistic computer simulation techniques based on the Born model of solids, to investigate the structures and energies of OH defects in olivine. Our calculations suggest that the most favourable route for incorporation of OH into olivine involves reactions with water accompanied by the reduction of ferric iron for which we obtain a solution energy of 0.46 eV. We propose therefore that the OH content will be largely controlled by the concentration of Fe3+. 相似文献
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Abstract This paper deals with deformation textures and fabrics of mantle-derived xenoliths and dislocation microstructures of olivine in the upper mantle in the Penghu Islands, Taiwan. According to the calculation of the chemical composition of xenolith minerals (pyroxene), the equilibrium temperatures and pressures were 986-1116°C and 1.50-2.60 GPa, respectively. Deformation events in the upper mantle may fall into three sequences: (1) uniform steady-state flow deformation with high temperatures and low stresses, (2) shear flow deformation with high temperatures and relatively high stresses on diapiric margins of the upper mantle, and (3) extraction deformation of {110} glide bands with low temperatures and high strain rates. Deformation events and thermal structure of the upper mantle in the study area show that eastern Fujian and the Penghu Islands are characterized by very similar rheological properties of the upper mantle. Volcanism of basalts in the Penghu Islands is related to hot spots of the upper mantle under neath the Taiwan Strait, and diapirism and upwelling of the upper mantle are the dominant factors responsible for rifting of the continental margins in eastern China. 相似文献
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Water content in natural eclogite and implication for water transport into the deep upper mantle 总被引：14，自引：0，他引：14
Infrared spectroscopy and ion micro-probe measurements showed that the major constituent minerals of eclogites from the Kokchetav massif, which have been subducted to 180 km depths, contain significant amounts of water up to 870 ppm H2O (by weight) in omphacite, 130 ppm H2O in garnet and 740 ppm H2O in rutile. Omphacite shows three hydroxyl absorption bands at 3440–3460, 3500–3530 and 3600–3625 cm− 1, garnet has a single band at 3580–3630 cm− 1 and rutile has a single sharp band at 3280 cm− 1. The hydroxyl absorbance at these wavenumbers changes with the crystal orientation in polarized infrared radiation, indicating that the water is structurally incorporated in these minerals. The water contents in omphacite and garnet increase systematically with the metamorphic pressure of the host eclogites. The partitioning coefficient of the water content between coexisting garnet and omphacite is similar in different eclogites, DGrt/Omp0.1–0.2, but decreases slightly at high pressure. Based on the mineral proportions of the eclogites, we estimate bulk-rock water content in the eclogites ranging from 3070 to 300 ppm H2O (by weight). Although hydrous minerals are absent in the diamond-grade eclogite (60 kbar and 1000 °C), trace amounts of water are incorporated in the nominally anhydrous minerals such as omphacite and garnet. The presence of significant water in these minerals implies that the subducting oceanic crust can transport considerable amounts of water into the deep upper mantle beyond the stability of hydrous minerals. Such water may be stored in the deep upper mantle and have an important influence on dynamics in the Earth's interior. 相似文献
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A rheological model of the Indian shield has been constructed using the thermal structure derived from available surface heat
flow and heat generation data and the flow properties of characteristic minerals and rocks like quartz, diabase and olivine
which respectively represent the upper crust, lower crust and upper mantle. Lateral variations in the thicknesses of the brittle
and ductile crust and of the brittle upper mantle have thus been obtained for different tectonic environments. Implications
of these results to interpretation of the seismic structure of the Indian shield have been pointed out. 相似文献
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微量元素在幔源矿物与热液之间分配系数的差异是造成地幔不均一的一个重要因素，对于认识地球演化、元素的分异和板块构造具有重要的意义。热液的组成、矿物的结构、温度、压力以及氧逸度都与分配系数密切相关。不同微量元素在相同矿物或热液中的分配系数存在差别，而相同的元素在不同矿物中的分配系数也可能出现很大的变化，这是研究微量元素分异和不同地幔端员形成的理论基础。在较低的温度和压力下，热液的组成对分配系数的影响很大，随着温度和压力的升高，热液组成的影响逐渐减弱，而矿物的组成与结构的影响逐渐增大。由于分配系数影响因素的复杂性，因此在考虑地球深部微量元素的迁移和分异时需慎重对待。 相似文献