论文摘要
俯冲带是重要的地震带、岩浆活动带和成矿带,也是大陆地壳生长的主要位置。俯冲带地质过程的研究是固体地球科学领域的热点、重点和难点。本文围绕俯冲带两大重要科学问题:地幔楔氧逸度和地幔楔熔融过程开展了一系列研究。首先,我们探讨了高温高压实验中氧逸度控制技术和估算方法。氧逸度是影响地质体系性质的重要物理化学变量。气体混合炉是常压条件下常用的氧逸度控制设备。通过往混合炉中通入不同比例的气体,实验氧逸度即可得到缓冲。气体混合炉中常用的混合气体包括:CO2-CO、CO2-H2和H2-H2O。对于特定的混合气体组合,温度-氧逸度-混合气体比例之间的关系可通过热力学计算得到。同时,计算的结果在很大程度上依赖于物理化学数据的准确性。我们发现前人计算温度-氧逸度-混合气体比例之间的关系时,使用的是老旧的、不够可靠的热力学数据,并可能会导致氧逸度缓冲失效。因此,我们使用更新的热力学数据,对不同混合气体体系温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算。除此之外,我们还计算了其他体系（包括O2-惰性气体、CO2-O2和H2O-O2）温度-氧逸度-混合气体比例的关系,提高了气体混合炉氧逸度缓冲上限。与常压条件相比,高压下氧逸度缓冲技术充满了挑战。目前高压下氧逸度控制技术包括双管法、合金法和单管缓冲法,不同的缓冲技术具有不同的适用条件。其次,我们开展高温高压实验,测定了地幔矿物-熔体间过渡族元素的分配系数,并使用钒、钪和钛的分配行为估算了地幔楔氧逸度。地幔楔是否比大洋地幔更加氧化是俯冲带研究的热点问题。地幔矿物对和熔体中铁价态研究结果都表明地幔楔比大洋地幔更加氧化,然而变价元素钒和非变价元素（比如钪、钛或者镱）比值研究结果认为地幔楔与大洋地幔氧逸度无明显差别。我们发现前人用来讨论地幔氧逸度的分配系数可能是不合适的,因为这些分配系数都来自常压下的实验,然而地幔部分熔融发生在高压条件下。基于此,我们使用活塞圆筒压机,测定了地幔楔熔融温度-压力-水含量和不同氧逸度条件下过渡族元素的分配系数,结合本研究测定的以及前人报道的分配系数,我们发现,除氧逸度之外,温度和相组成对钒在矿物-熔体间分配系数具有重要影响,具体表现为,氧逸度一定时,随着温度的升高,钒在矿物-熔体间的分配系数降低。与此同时,辉石中四面体位置的铝含量（AlT）和尖晶石的铬指数（Cr#）对钒分配具有正效应。与钒相比,钪和钛分配行为受温度影响更小。考虑到地幔楔与大洋地幔熔融温度的差异,我们使用合适的分配系数,通过部分熔融模拟分别估算了地幔楔和大洋地幔的氧逸度。结果表明,地幔楔氧逸度整体比大洋地幔高出0.9个log单位。最后,我们开展了橄榄岩水饱和条件下熔融行为的研究。上地幔主要是由橄榄岩组成的,橄榄岩的部分熔融在地球的热演化和化学分异中起着至关重要的作用。橄榄岩水饱和固相线表示水饱和条件下地幔的熔融温度,第二临界端点是水饱和固相线的终点。橄榄岩水饱和固相线的争论已经持续了50年,与此同时,第二临界端点的位置也处于激烈讨论中。在此,我们使用大腔体多面顶压砧（multi-anvil）在3-6 GPa,950-1200℃开展了水饱和（10 wt%）条件下橄榄岩熔融行为研究。我们的实验获得了系统的、保存完好的淬火产物。综合考虑淬火产物的结构和成分,我们限定了橄榄岩的水饱和固相线和第二临界端点。研究结果对于理解上地幔地质过程具有重大意义。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 王锦团
导师: 熊小林,任钟元
关键词: 俯冲带,氧逸度控制,氧化的地幔楔,橄榄岩水饱和固相线,橄榄岩水体系第二临界端点
来源: 中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学,地质学
单位: 中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
分类号: P542.5
总页数: 179
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标签：俯冲带论文; 氧逸度控制论文; 氧化的地幔楔论文; 橄榄岩水饱和固相线论文; 橄榄岩水体系第二临界端点论文;