大陆下地壳高电导率的起源:矿物中的结构水

大地电磁学的测定结果显示，大陆下地壳可能具有异常高的电导率（10^-4～10^-2S／m）。认识这种异常现象的起源，对于更好地理解地球内部的结构和一些典型的地质学过程具有重要的意义。虽然目前有多种机制试图对大陆下地壳高电导率现象进行解释，但是争论依然激烈，已有的模型（含水矿物模型、孔隙流体模型、颗粒边界石墨膜模型和正空穴电子对模型等）都不能提供令人信服的答案。对安徽女山下地壳麻粒岩包体中的主要组成矿物（斜长石、斜方辉石、单斜辉石）的Micro-FTIR分析表明：这三种矿物普遍含有结构水，含量分别可以高至～1700×10^-6、-1600×10^-6和～2400×10^-6。麻粒岩中结构水的存在可能会对大陆下地壳的电导率分布产生重要的影响，从而可能为认识其起源提供一个新的解释方法。

名义上无水矿物中“水”的原位变温红外光谱研究

名义上无水矿物(nominallyanhydrousminerals,简称NAMs,如橄榄石、辉石、石榴石、长石等)中以缺陷形式存在的结构水的重要性已经被地球科学界广泛认同,并得到了越来越多的关注。由于对OH振动的高度敏感性,红外光谱方法被广泛用来测量NAMs中"水"的赋存状态、含量以及在晶体结构中的位置。随着傅立叶变换红外光谱仪的不断发展及分析技术的提高,以及红外附件的更新换代,出现了一些新的分析方法。原位变温红外光谱实验就是利用变温红外附件测量样品在不同温度下的红外光谱,通过研究不同温度下红外光谱图的峰形、峰位、峰数等参数的变化,了解温度改变过程中样品所发生的物理、化学变化,且具有实时监测的优点,因此广泛用于含水矿物和玻璃中OH和H2O的研究。主要包括含水矿物和玻璃的脱水机理及脱水动力学研究,OH和H2O的红外吸收系数的温度依赖性及不同温度下红外吸收系数的校正等方面。虽然原位变温红外光谱广泛应用于含水矿物和玻璃中水的研究,但是应用于名义上无水矿物还是刚刚起步。NAMs中的H是活动的,高温下H的赋存状态及其在晶体中的位置可能会不同于室温,而地质过程往往都在高温下进行,研究高温下NAMs中的水具有重要的地质学意义。因此,有必要利用原位变温红外光谱实时监测不同温度下NAMs中水的变化。有关NAMs中水的原位变温红外光谱实验早期工作只是观察不同温度下谱图参数的变化并给予一定的解释,以及用此法来确定NAMs中水的赋存状态。受含水矿物和玻璃的研究结果的启发,原位变温红外光谱实验目前也开始用来研究NAMs中水的脱水机理和扩散动力学。此外,利用原位变温红外光谱技术,通过研究不同温度下OH的积分吸收面积可探索NAMs中OH红外吸收系数温度依赖性;通过研究OH峰位随温度移动的幅度与某些化学成分的关系,可给出NAMs中OH的结合机理方面的有用信息。虽然近些年来已经开展了一些工作,取得了一些新的成果,但是总的说来还处在起步阶段,今后针对NAMs的研究重点应该集中在以下三个方面:(1)吸收系数温度依赖性的定量化,(2)脱水机理和动力学的扩展,(3)OH结合机理研究的深入。

苏北盆地新生代玄武岩中橄榄岩包体的含水性

对来自苏北盆地盘石山、练山和方山地区新生代玄武岩中的50个橄榄岩包体矿物进行了系统的微区傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR)分析.结果显示,所有的单斜辉石和斜方辉石颗粒都含有以OH形式存在的结构水,盘石山、练山和方山橄榄岩的单斜辉石水含量分别为64×10-6～183×10-6、37×10-6～102×10-6和41×10-6～177×10-6;斜方辉石水含量分别为16×10-6～61×10-6、13×10-6～45×10-6和21×10-6～74×10-6.几乎所有的橄榄石都没有检测到明显的OH吸收峰,暗示其水含量低于仪器的检出限(～2×10-6).根据矿物水含量(假设橄榄石的水含量为2×10-6)和它们的体积分数计算的盘石山、练山和方山橄榄岩全岩的水含量分别为12×10-6～52×10-6、7×10-6～25×10-6和13×10-6～44×10-6.结合已经发表的橄榄岩包体的数据来看,在岩石圈地幔的物理化学条件下,单斜辉石与斜方辉石之间水的平衡分配系数大约为2.2±0.4.结合已经发表的安徽女山和河北汉诺坝的橄榄岩数据,对比世界上其他地区橄榄岩的数据来看,华北的岩石圈地幔具有低的水含量:华北橄榄岩的单斜辉石水含量多<200×10-6,而世界上其他地区(包括南非克拉通、美国新墨西哥地区、美国Colorado高原、美国盆岭省地区、墨西哥南部、法国中央地体以及加拿大WestKettle地区)橄榄岩的单斜辉石水含量多>200×10-6;华北的斜方辉石水含量多<100×10-6,而世界上其他地区多>100×10-6;华北的橄榄岩全岩水含量多<50×10-6,而世界上其他地区多>100×10-6.华北岩石圈地幔的低水含量有可能是由于上升软流圈的热侵蚀造成的,因此目前的华北岩石圈地幔可能大部分都是中生代岩石圈减薄后的残余,而不是新生地幔.