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矿物学报 2018年第5期38卷 474-480页

作者：靳佳冀余天成张飞武中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081 中国科学院大学北京100049 苏州科技大学数理学院江苏苏州215009 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室北京100029

林伍德石中的结构水(OH-)对林伍德石的密度、成分和弹性等物理化学性质,以及地幔转换带地震波的传播速度等都有着重要影响。本文首次尝试在计算地球化学领域引入van der Waals长程作用力修正的第一性原理计算方法,该方法比基于传统密度... 详细信息

林伍德石中的结构水(OH-)对林伍德石的密度、成分和弹性等物理化学性质,以及地幔转换带地震波的传播速度等都有着重要影响。本文首次尝试在计算地球化学领域引入van der Waals长程作用力修正的第一性原理计算方法,该方法比基于传统密度泛函理论计算的结果更加接近实验观测值。采用该方法我们分别计算模拟了水在林伍德石中不同的赋存机制:Mg空位机制(V″Mg+2H*O)、Si空位机制(V″″Si+4H*O)和反位机制(Mg″Si+2H*O)。通过对缺陷形成能和相关化学反应能的模拟计算,我们发现在不同的压力条件下结构水在林伍德石中的赋存机制不同。在低压条件下,V″″Si+4H*O机制最稳定,而在高压条件下,结构水更倾向于Mg空位取代机制,而这2种机制在所考虑的全部压力条件下都比反位取代机制Mg″Si+2H*O在能量上更稳定。对于在林伍德石晶格中同时存在3价离子Fe3+、Al3+、Sc3+、Lu3+、Y3+、Nd3+的情况下,含Al3+、Fe3+和Nd3+的体系中Si位取代机制M’Si+H*O比Mg位取代机制V″Mg+M*Mg+H*O稳定,而含Sc3+、Lu3+和Y3+的体系中Mg空位取代机制最稳定。

关键词：林伍德石结构水 3价离子赋存机制

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含水林伍德石的红外光谱学性质计算研究

含水林伍德石的红外光谱学性质计算研究

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作者：余天成苏州科技大学

学位级别：硕士

地球内部的水在板块构造及地球的形成与演化进程中具有非常重要的作用。林伍德石是距离地表550-660 km处地幔转换带中的主要矿物,其物理化学性质受矿物晶格中所含结构水（OH）的影响较大。实验上对林伍德石及其不同相含水性测试的主要... 详细信息

地球内部的水在板块构造及地球的形成与演化进程中具有非常重要的作用。林伍德石是距离地表550-660 km处地幔转换带中的主要矿物,其物理化学性质受矿物晶格中所含结构水（OH）的影响较大。实验上对林伍德石及其不同相含水性测试的主要方法之一是傅里叶红外光谱法。林伍德石的红外光谱在温度和压强变化时吸收峰会发生相应变化。含水林伍德石红外吸收谱表明其含水机制有以下三种:Mg空位机制[V?M g+2H·]、Si空位机制[VS?i?+4H·]以及反位机制[Mg?S i+2H·],本文通过经验势方法模拟了这些含水机制在不同频率的相对光吸收系数,以理解林伍德石结构水的赋存方式。本论文研究内容包括两个部分:第一部分通过构建林伍德石原胞和2×2×2超晶胞模拟不同含水量的林伍德石结构,计算相应的红外光吸收谱,探究含水量对红外光吸收谱的影响。进一步研究温度和压强对林伍德石红外光吸收谱的影响。结果发现:含水量的减小显著影响其吸收峰强度并使吸收峰位置向低频方向微移。[V?M g+2H·]机制的OH吸收峰位置（频率）对于温压变化的敏感程度明显要高于另外两种机制:在相同压强条件下,吸收峰位置随温度的升高向高频方向移动,在低压下这种趋势特别明显;在相同温度条件下,吸收峰位置随压强升高向低频方向移动,在高温时这种变化趋势特别明显。随着压强增加,[V?M g+2H·]和[VS?i?+4H·]含水机制的吸收峰位置的温度效应逐渐减弱,这与高温高压实验中发现的18.4 GPa下温度变化对含水林伍德石红外光谱的影响不明显的结论基本一致。第二部分研究了Fe2+掺杂对林伍德石红外光吸收谱的影响。通过Mg位Fe2+掺杂,模拟林伍德石原胞中含有100%、50%和25%的Fe2+,进一步研究Fe空位机制[VF?e+2H·]、Si空位机制[VS?i?+4H·]以及Fe-Si反位机制[Fe?S i+2H·]的光吸收谱。结果发现Fe2+含量的增加使[VF?e+2H·]的吸收峰位置向高频方向移动,使[VS?i?+4H·]和[Fe?S i+2H·]的吸收峰强度加强,但对含水林伍德石光吸收谱的温度和压强效应影响不大。本论文采用经验势模拟方法得到的林伍德石含水机制的吸收谱与实验上的红外光谱基本吻合,所设计的三种含水机制能够解释林伍德石结构水的赋存方式,具有一定的理论借鉴意义。

关键词：林伍德石含水机制红外光吸收谱理论计算

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普通球粒陨石中超高压变质矿物——林伍德石的特征

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中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2022年第5期 275-278页

作者：唐明飞代俊鸽欧阳文蕾桂林理工大学地球科学学院广西桂林541004

陨石母体在太空中会经历剧烈的撞击事件,冲击过程中产生的极端高温高压条件可与地幔转换带乃至下地幔类比。地幔过渡带的极高温压条件下有主要造岩矿物——橄榄石的γ相高压多形林伍德石产出,而普通球粒陨石中相当比例的样品有冲击熔融... 详细信息

陨石母体在太空中会经历剧烈的撞击事件,冲击过程中产生的极端高温高压条件可与地幔转换带乃至下地幔类比。地幔过渡带的极高温压条件下有主要造岩矿物——橄榄石的γ相高压多形林伍德石产出,而普通球粒陨石中相当比例的样品有冲击熔融脉,脉中广泛发育硅酸盐高压相矿物,是易取得的研究地幔矿物学的珍品。本文利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和激光拉曼等手段,对五块南极普通球粒陨石进行了岩石学和矿物学的研究,基于此划分了陨石的类型,判断了冲击变质程度,并着重探讨超高压变质矿物——林伍德石的产状及成分等。

关键词：南极陨石普通球粒陨石冲击变质高压矿物林伍德石

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第一性原理计算含水林伍德石的弹性性质

第一性原理计算含水林伍德石的弹性性质

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2015年中国地球科学联合学术年会

作者：王文忠吴忠庆中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥 230026

林伍德石是橄榄石在地幔转换带稳定存在相,而氢原子可以取代林伍德石结构中镁原子的位置(Mg2+=2H+),也可以取代硅原子的位置(Si4+=4H+),形成含水林伍德石结构.通过第一性原理计算得到了含水量为3.27wt.％的含水林伍德石(分子式为Mg16Si7... 详细信息

林伍德石是橄榄石在地幔转换带稳定存在相,而氢原子可以取代林伍德石结构中镁原子的位置(Mg2+=2H+),也可以取代硅原子的位置(Si4+=4H+),形成含水林伍德石结构.通过第一性原理计算得到了含水量为3.27wt.％的含水林伍德石(分子式为Mg16Si7H4O32)高温高压下的弹性性质.在压强为20GPa,温度由1000K增加到2000K时,含水量为3.27wt.％的含水林伍德石的弹性常数C11、C22、C44、Ks、G范围分别为374.7GPa～324.4GPa、148.9GPa～131.9GPa、121.4GPa～107.1GPa、224.2GPa～196.1GPa、117.9GPa～102.6GPa,对应每升高100K,弹性模量大概降低1％～3％;与无水林伍德石比较,弹性常数C11、C22、C44、Ks、G分别降低了13％～19％、12％～17％、11％～18％、12％～18％、12％～23％,纵波波速Vp和横波波速Vs都降低了5％～14％.3.27wt.％林伍德石弹性模量与无水林伍德石的弹性模量的差值随温度升高而变大,但随压强增大而减小.结果表明,地幔过渡带波速异常可能是温度异常和过渡带林伍德石含水的综合结果.

关键词：林伍德石含水量弹性性质第一性原理地幔过渡带波速结构

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高温高压下瓦兹利石和林伍德石的OH红外光谱学性质及对大洋--上地幔氢同位素组成的制约

高温高压下瓦兹利石和林伍德石的OH红外光谱学性质及对大洋--上地...

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2014年中国地球科学联合学术年会

作者：杨晓志 Hans Keppler Leonid Dubrovinsky Alexander Kurnsov 南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京 210046 Bayerisches Geoinstitut Universit(a)t BayreuthD-95440 BayreuthGermany

本研究使用外加热型金刚石压腔，原位测定了实验合成的含水瓦兹利石和林伍德石的在高温高压条件下的红外光谱。结果显示，两种矿物在地幔过渡带的温压条件下均具有很低的OH伸缩振动频率，比其它常见的矿物(角闪石、蛇纹石、云母、橄榄... 详细信息

本研究使用外加热型金刚石压腔，原位测定了实验合成的含水瓦兹利石和林伍德石的在高温高压条件下的红外光谱。结果显示，两种矿物在地幔过渡带的温压条件下均具有很低的OH伸缩振动频率，比其它常见的矿物(角闪石、蛇纹石、云母、橄榄石、辉石等)都要明显偏低很多。尤其是对林伍德石来说，其OH的仲缩振动吸收峰在过渡带条件下基本在3000cm-1左右。这意味着，在发生水-岩作用时，瓦兹利石和林伍德石与共存的流体相之问具有很大的氢同位素分馏系数。比如，林伍德石发生脱氢去气作用时，其与共存的流体相之问的氢同位素分馏系数在400℃时约为-90‰。这就为解释大洋和上地幔问的氢同位素组成不平衡现象提供了一种可能的机制:大洋的氢同位素组成(0‰)是地球早期去气作用过程中流体和瓦兹利石-林伍德石之问同位素平衡分馏的产物，该过程使得这两种矿物和地幔过渡带具有较低的氢同位素组成(比如-90‰);而现如今上地幔较低的氢同位素组成特征(-80‰)，则是对地幔过渡带早期氢同位素组成的某种继承和反映。另一方面，现今正常上地幔流体的氢同位素组成为-80‰左右，如果这种流体与过渡带矿物处于氢同位素组成上的平衡状态，那么现今地幔过渡带的氢同位素组成要更加偏低很多。

关键词：瓦兹利石林伍德石红外光谱氢同位素高温高压条件

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含水林伍德石红外光谱的理论计算

含水林伍德石红外光谱的理论计算

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中国矿物岩石地球化学学会第17届学术年会

作者：张飞武余天成蒋佳俊中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室苏州科技大学数理学院

＜正＞地球内部,水主要以结构水（羟基）的形式存在于地幔名义上无水矿物（nominally anhydrous minerals,NAMs）中（Bell and Rossman,1992）。其中位于410～660km的地幔过渡带是地球内部最重要的储水层,最大储水能力可以达到3wt.%（In... 详细信息

＜正＞地球内部,水主要以结构水（羟基）的形式存在于地幔名义上无水矿物（nominally anhydrous minerals,NAMs）中（Bell and Rossman,1992）。其中位于410～660km的地幔过渡带是地球内部最重要的储水层,最大储水能力可以达到3wt.%（Inoue et al.,2010;Keppler et al.,2000）。林伍德石是过渡带的主要矿物。前人（Kohlstedt et al.,1996）采用水热退火法研

关键词：地幔矿物林伍德石含水机制红外光谱

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俯冲带及转换带中含水硅酸盐矿物的晶体结构和状态方程

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中国科学：地球科学 2016年第3期46卷 313-328页

作者：叶宇中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室武汉430074

地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一... 详细信息

地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一方面,俯冲板块向下运动,其中的蛇纹石在高温下分解,产生一系列的高含水硅酸盐矿物(如相A、粒硅镁石和斜硅镁石),这些矿物是潜在的"搬运工",将水进一步带入地幔深部,乃至转换带中;另一方面,橄榄石在转换带中的高压相(瓦兹利石和林伍德石)具有较高的储水能力,使得转换带成为了地球深部最重要的储水层,并且水也对地幔转换带的物理化学性质产生了显著影响.本文主要讨论以下两方面内容:(1)含水的硅酸盐矿物晶体结构,为微观上认识地球深部水的赋存机制和循环过程提供实验依据;(2)水对硅酸盐矿物热力学状态方程的影响,为约束地球动力学过程以及水的影响提供重要参数.

关键词：含水硅酸盐矿物晶体结构状态方程地幔转换带瓦兹利石林伍德石

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随州陨石冲击熔脉中的NaAlSi_3O_8-锰钡矿和其他高压相矿物

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科学通报 2001年第6期46卷 506-510页

作者：谢先德陈鸣王德强 A.El Goresy 中国科学院广州地球化学研究所 Max-Planck-Institut für Chemie Mainz 55128 Germany. Max-Planck-Institut für Chemie

随州陨石含有很少几条宽度仅为0.02～0.09 mm的细熔脉, 在其中发现了多种冲击成因的高压相矿物, 如粗粒的NaAlSi3O8-锰钡矿、林伍德石、镁铁榴石以及细粒的镁铁榴石-镁铝榴石固熔体. 这是在含熔脉极细的球粒陨石中发现高压相矿物的第1... 详细信息

随州陨石含有很少几条宽度仅为0.02～0.09 mm的细熔脉, 在其中发现了多种冲击成因的高压相矿物, 如粗粒的NaAlSi3O8-锰钡矿、林伍德石、镁铁榴石以及细粒的镁铁榴石-镁铝榴石固熔体. 这是在含熔脉极细的球粒陨石中发现高压相矿物的第1例. 随州陨石熔脉中的锰钡矿结构斜长石为单质矿物相, 它不与钠长石玻璃一类的硅酸盐玻璃相结合在一起. 上述数种高压相矿物的存在限定了随州陨石熔脉内矿物所受的压力最高达23～24 GPa, 温度最高达1900～2000℃, 同时还说明随州陨石熔脉内高压状态的保持时间应较长(数秒钟), 这样才能使硅酸盐矿物在高压下进行固态相转变或从熔体中晶出. 在随州陨石中发现自然界第1例单相晶质NaAlSi3O8-锰钡矿, 对了解碱金属在深部地幔中的地球化学行为具有重要意义.

关键词：球粒陨石冲击熔脉高压相矿物斜长石锰钡矿随州陨石硅酸铝钠林伍德石镁铁榴石

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上地幔及地幔转换带矿物含水性的理论地球化学研究

上地幔及地幔转换带矿物含水性的理论地球化学研究

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作者：靳佳冀中国科学院大学

学位级别：硕士

橄榄石及其高压相（瓦兹利石和林伍德石）被认为是上地幔和地幔转换带的主要构成矿物。其矿物晶格中所含的结构水(OH-)对矿物的物理化学性质有着重要影响。本文首次尝试在计算地球化学领域引入范德瓦尔斯长程作用力修正的第一性原理计... 详细信息

橄榄石及其高压相（瓦兹利石和林伍德石）被认为是上地幔和地幔转换带的主要构成矿物。其矿物晶格中所含的结构水(OH-)对矿物的物理化学性质有着重要影响。本文首次尝试在计算地球化学领域引入范德瓦尔斯长程作用力修正的第一性原理计算方法，研究镁橄榄石、瓦兹利石和林伍德石赋存结构水和三价离子的微观机制，同时讨论了高压下结构水和三价离子对橄榄石相变的影响。主要取得了以下成果:　　(1)只含结构水的体系中，镁橄榄石中Si空位取代机制璀VSi''''+4HO*比Mg空位取代机制VMg''+2HO*要稳定;瓦兹利石和林伍德石中，低压下Mg空位取代机制VMg''g+2HO*比Si空位取代机制VSi''''+4HO*稳定，高压下转变为Si空位取代机制VSi''''+4HO*相相对较稳定。　　(2)镁橄榄石中结构水与Fe3+或Al3+耦合的Si空位取代机制MSi'+HO*比Mg空位取代机制VMg''+MMg*+HO*稳定。含有REE三价离子（Sc3+，Lu3+，Y3+和Nd3+）的体系则Mg空位取代VMg''+MMg*+HO*比Si空位取代机制MSi'+HO*稳定。三价离子在压力作用下向镁空位富集。　　(3)瓦兹利石含有耦合的结构水与三价离子时，Mg空位取代机制比Si空位取代机制稳定，所有三价离子随压力升高都在向镁空位富集。　　(4)林伍德石中结构水与Al3+，Fe3+和Nd3+耦合的Si空位取代机制MSi'+HO*比Mg空位取代机制VMg''+MMg+HO*稳定。含有Sc3+，Lu3+和Y3+的体系Mg空位取代机制更稳定。高压下所有三价离子向镁空位富集。　　(5)Mg空位取代机制结构水的赋存扩大了高压下瓦兹利石的稳定区域，且范围随着水含量的增加而增大。含水瓦兹利石稳定区域随着三价离子半径的增加而逐渐减小。　　(6)在Si空位取代机制中，结构水使β相稳定范围缩小。REE离子加入使瓦兹利石相消失，橄榄石直接相变为林伍德石。且α-γ的相变压随加入的REE离子半径增大而逐渐减小。　　我们推断结构水以三价离子耦合取代Mg空位的机制赋存的可能性更高。

关键词：橄榄石瓦兹利石林伍德石结构水三价离子微观机制相变效应

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南极GRV090226和GRV090228陨石的岩石矿物学及冲击变质特征研究

南极GRV090226和GRV090228陨石的岩石矿物学及冲击变质特征研究

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作者：朱佳玲桂林理工大学

学位级别：硕士

冲击变质特征是某些陨石的重要特征,也是陨石研究的重要内容。陨石母体在太空中会经历一次或多次的撞击事件,撞击过程中产生的极端高温高压可与地幔转换带和下地幔,乃至外核的温压条件相比较,而且地球初始物质就是普通球粒陨石,因此,陨... 详细信息

冲击变质特征是某些陨石的重要特征,也是陨石研究的重要内容。陨石母体在太空中会经历一次或多次的撞击事件,撞击过程中产生的极端高温高压可与地幔转换带和下地幔,乃至外核的温压条件相比较,而且地球初始物质就是普通球粒陨石,因此,陨石中的高压相矿物是认识地幔矿物学的珍品。GRV090226和GRV090228是我国第26次南极科学考察队于格罗夫山发现并收集的两块普通球粒陨石。本文通过电子探针、扫描电镜和激光拉曼光谱等微区分析技术,对这两块南极陨石进行了岩石学和矿物学的研究,在此基础上对其进行类型划分和冲击变质特征的研究。两块陨石是经历了强烈冲击变质作用的普通球粒陨石,在陨石主体中球粒结构不清晰,多为残余球粒,基质重结晶现象明显,橄榄石和低钙辉石的成分均一,其中,GRV090226陨石中橄榄石的Fa平均值为23.6 mol%,PMD为3.19%,低钙辉石的Fs平均值19.9 mol%,PMD为1.84%;GRV090228陨石中Fa平均值为24.0 mol%,PMD为2.06%,低钙辉石的Fs平均值20.3 mol%,PMD为2.80%。两块陨石主体中均可见硅酸盐矿物的破裂、波状消光、击变面状页理等现象,长石熔长石化,冲击熔脉中发现有铁镍金属与陨硫铁共熔、橄榄石-林伍德石集合体和镁铁榴石高压矿物组合。通过以上工作,主要取得以下几点认识:（1）两块陨石均为L5型普通球粒陨石,冲击变质程度达到S5,风化程度为W2。（2）根据两块陨石中矿物形变与相变组合的特征,推测两块陨石形成冲击熔融脉时,高压矿物形成压力在18GPa23GPa之间,温度可能在1800℃2500℃范围内。（3）陨石冲击熔脉中林伍德石的形成机制可能有固态转变和熔融结晶两种。（4）两块陨石发现的位置相近,具有相同的化学群、岩石类型、矿物成分、冲击程度和风化程度,这些特征表明这两块陨石极可能是具有强烈冲击程度的成对陨石,进一步的确定还需要居地年龄的测定。

关键词：南极陨石普通球粒陨石冲击变质高压矿物林伍德石

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