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中国大陆科学钻探工程主孔超高压岩石中名义上无水矿物的结构水研究

赵旭东  
【摘要】: 中国大陆科学钻探工程(CCSD)位于苏鲁造山带根部的超高压变质带上,主孔井深5158m,获得了许多重要的超高压变质岩样品,受到研究者的广泛关注。钻孔中的榴辉岩累积厚度可达1300米,主要组成矿物为石榴石、绿辉石、石英、金红石等名义上无水矿物(NAMs),为研究大陆深俯冲过程中的流体含量、存在形成及演化过程提供了难得的样品。 本文利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术对CCSD主孔及地表超高压岩石中NAMs进行了原位分析,结果表明,所有的NAMs中都含有一定的结构水,主要以羟基(OH)的形式存在。其中残留在绿辉石中的结构水含量为23~398ppm,表明绿辉石可能是榴辉岩中水的主要寄主矿物。根据红外光谱中吸收峰的形状和位置的不同可以将石榴石分为三类,其中A类石榴石的结构水为经历超高压过程后所保留下来的结构水,B类和C类可能受到后期流体的扩散作用的影响。金红石中残留的结构水可高达1494ppm,蓝晶石为20~22ppm,石英中存在有OH形式的水,但含量很低。各种矿物中的结构水的分布在宏观尺度和微观尺度都表现为不均一,证明超高压变质后期缺乏大规模流体的活动。绿辉石中残余的结构水部分地受矿物成分、全岩成分及矿物组合控制,与峰期变质条件、氧同位素值及岩石退变质程度无关。超基性岩中橄榄石的结构水含量为63~77ppm,单斜辉石53~163ppm,斜方辉石4~6ppm。 根据各种矿物在岩石中所占的体积含量计算出全岩的结构水含量,榴辉岩中残留的结构水14~220ppm,平均值为76ppm,超基性岩为55.5ppm。根据估算,石榴石和绿辉石各占一半的榴辉岩在峰期变质条件下的含水量为1225ppm,上地幔中的水接近1000ppm。在板块折返过程中将会有1142ppm左右的水发生出溶,参与早期退变质过程。深俯冲过程中发生拆沉的板块将携带着大约1225ppm的水进入上地幔,成为水在壳-幔循环中重要的一环。


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