氧逸度对辉石中OH溶解度的影响

论文摘要

硅酸盐地幔主要由名义上无水矿物组成,这些矿物中普遍存在的微量结构水,会显著影响矿物和岩石的许多物理化学性质。单斜辉石和斜方辉石是上地幔中体积含量仅次于橄榄石的两种矿物,且在同等条件下比橄榄石更富水。前人对于单斜辉石和斜方辉石含水性的研究并不充分,报道主要集中在辉石含水性的温度、压强和成分效应方面。氧逸度（fO2）是控制地球不同储库的诸多物理化学性质和地质过程的重要热力学参数,它会影响元素在共存相之间的分配,以及熔体中挥发份的种类。fO2会显著改变包括辉石在内的许多矿物中晶格缺陷的数量并同时影响矿物内部OH的耦合。然而,迄今为止氧逸度的这些效应却很少被人们关注。在本次研究中,我们借助高温高压设备（MAVO LPC250型活塞-圆筒压机）,选用天然宝石级的单斜辉石和斜方辉石单晶作为初始样品,在水饱和条件下,1-3GPa,800-1200℃,采用固态氧缓冲体系来控制实验中的fO2（包括Fe3O4-Fe2O3（HM）,Ni-NiO（NNO）,Fe-FeO（IW）三种）,完成了24组不同温度、压强、fO2条件下的加水合成实验（H-annealing）。在上地幔条件下,系统性研究了氧逸度对单斜辉石和斜方辉石OH赋存的影响。通过傅里叶变换红外光谱测量（FTIR）,单斜辉石的天然和实验样品在3250-3700cm-1波数范围显示出4组典型的OH吸收峰,峰位出现在～3355、3450、3535和3646cm-1;斜方辉石的天然和实验样品在2900-3700cm-1波数范围波数显示出7组典型的OH吸收峰,峰位出现在～3075、3370、3424、3513、3544、3600和3685cm-1。同种样品在不同条件下OH吸收峰出现的位置和大致形态较为相似,而吸收峰强度大小有所不同。OH溶解度是反映矿物储水能力的重要指标和相关动力学研究的基础参数。含水量结果表明,在实验设定的范围内,单斜辉石和斜方辉石中的OH溶解度均随温度的升高而升高,随压强升高而升高。单斜辉石和斜方辉石中的OH溶解度均受氧逸度强烈影响,表现为在相对还原条件下溶解度高,而在相对氧化条件下低（从IW到NNO到HM缓冲）。在氧逸度约4个对数单位变化范围内（从NNO到IW缓冲）,单斜辉石OH溶解度平均变化约150%,斜方辉石OH溶解度平均变化约50%。此外,氧逸度对各上地幔矿物（尤其是橄榄石和辉石）中的OH溶解度的影响存在很大差异,表明它们晶体内部OH的耦合机制不同。这意味着不同氧逸度条件下,上地幔不同矿物间H的分配系数截然不同（如Dopx/ol和Dopx/cpx）。研究结果为上地幔水的储水能力提供了新的制约。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 论文的选题、目的、意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 地幔的矿物组成
•     1.2.2 辉石的矿物学特征
•     1.2.3 NAMs含水量的测定方法
•     1.2.4 NAMs中OH溶解度的研究现状
•   1.3 研究内容与技术路线
•   1.4 完成工作量
• 第二章 实验技术与方法
•   2.1 初始样品制备
•     2.1.1 初始样品选择
•     2.1.2 辉石单晶样品制备
•     2.1.3 橄榄岩粉末介质制备
•   2.2 高温高压实验
•     2.2.1 氧逸度的控制方法
•     2.2.2 设备及实验参数
•     2.2.3 实验流程
•   2.3 傅里叶变换红外光谱实验
•     2.3.1 傅里叶变换红外光谱简介
•     2.3.2 设备及实验参数
•     2.3.3 含水量计算原理
•     2.3.4 实验流程
•   2.4 其它分析测试
•     2.4.1 电子探针分析
•     2.4.2 扫描电镜分析
• 第三章 实验结果
•   3.1 实验平衡的获取检验
•   3.2 实验产物观察
•     3.2.1 实验产物的组成和结构
•     3.2.2 化学成分分析结果
•     3.2.3 两种辉石样品的含水量及对应实验条件
•   3.3 氧逸度等参数对单斜辉石中OH溶解度的影响
•     3.3.1 单斜辉石的红外光谱特征
•     3.3.2 压强、温度对单斜辉石中OH溶解度的影响
•     3.3.3 氧逸度对单斜辉石中OH溶解度的影响
•   3.4 氧逸度等参数对斜方辉石中OH溶解度的影响
•     3.4.1 斜方辉石红外光谱特征
•     3.4.2 压强、温度对斜方辉石中OH溶解度的影响
•     3.4.3 氧逸度对斜方辉石中OH溶解度的影响
•   3.5 小结
• 第四章 讨论
•   4.1 两种辉石中OH溶解度的热力学模型
•   4.2 氧逸度对不同NAMs中OH溶解度的差异化影响
•   4.3 研究结果对矿物间水的分配系数的影响
•   4.4 研究结果对水的时空演化的启示
• 第五章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋昊天

导师: 杨晓志

关键词: 氧逸度,结构水,单斜辉石,斜方辉石,傅里叶变换红外光谱,储水能力

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 南京大学

分类号: P578.94

总页数: 71

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