下地幔温压条件下碳与布里奇曼石反应的实验研究

论文摘要

俯冲洋壳中的碳可以伴随着板块俯冲进入地球深部,碳在地幔中的丰度、分布以及存在形式能够显著影响岩浆活动、氧化还原条件以及主要矿物的成分和结构。前人的实验工作证明,碳酸盐矿物或熔体在上地幔深部（>150 km）的氧逸度条件下,可能会发生“氧化还原固结”,进而以金刚石的形式存在。本次工作通过激光加热金刚石对顶砧技术,模拟了下地幔温压条件（35.5-112 GPa,1850K-2800K）,对碳与下地幔主要成分（Mg,Fe）SiO3布里奇曼石的相互作用进行了实验研究;并通过原位同步辐射X射线衍射（XRD）技术和回收样品的透射电镜能量色散X射线谱（TEM-EDX）对反应产物进行了表征。综合原位XRD物相识别、布里奇曼石晶胞参数分析和回收样品TEM-EDX的实验结果,我们发现（1）下地幔温压条件下,在SiO2饱和体系中,单质碳可以将布里奇曼石中的Fe2+以金属铁（Fe0）的形式还原出来,布里奇曼石会相应出现铁的亏损;（2）含碳体系中,布里奇曼石中Fe2+的亏损随着反应温压条件（深度）的提高而加剧,依据反应产物的相组成和化学分析的热力学计算结果显示,反应体系随着对应深度的增加趋向更还原的状态,说明C-CO2缓冲所代表的氧逸度值随着地幔深度的增加逐渐降低;（3）CO可能成为俯冲至下地幔深度的MORB组分中稳定的容纳氧化态的碳的相,且CO2与碳酸盐矿物在下地幔温压条件下相对氧化还原能力的差异为下地幔氧化还原环境不均一性提供了潜在的解释;（4）随俯冲洋壳输送至下地幔并局部富集的碳可能是造成下地幔局部极端还原环境的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 地幔深部化学成分和矿物组成
•     1.2.1 地幔岩模型下的地幔深部矿物组成
•     1.2.2 深俯冲板块的矿物组成
•   1.3 地球内部氧化还原状态
•     1.3.1 上地幔和转换带的氧逸度
•     1.3.2 下地幔的氧逸度
•   1.4 地幔中碳的赋存形式
•     1.4.1 上地幔碳酸盐的熔融和氧化还原固结
•     1.4.2 下地幔中碳的种型
•   1.5 研究内容和实验设计
• 第2章 高温高压实验方法和分析测试技术
•   2.1 初始样品的合成和标定
•     2.1.1 活塞圆筒压机合成斜方辉石晶体
•     2.1.2 气体混合炉制备含碳硅酸盐凝胶
•   2.2 激光加热金刚石对顶砧技术
•     2.2.1 金刚石对顶砧
•     2.2.2 绝热层、传压介质和样品构型
•     2.2.3 激光加热实验
•     2.2.4 压强和温度的测量
•   2.3 同步辐射X射线衍射
•   2.4 高压样品回收与透射电镜分析
•     2.4.1 聚焦离子束与样品预处理
•     2.4.2 透射电镜能量色散X射线谱
• 第3章 实验结果和讨论
•   3.1 同步辐射XRD物相识别
• 3体系'>    3.1.1 不含碳（Mg,Fe）SiO₃体系
• 3体系'>    3.1.2 含碳的（Mg,Fe）SiO₃体系
•   3.2 布里奇曼石的晶胞参数
•   3.3 回收样品的透射电镜分析结果
•   3.4 含碳样品中氧化还原反应和体系氧逸度估算
•   3.5 对下地幔氧化还原不均匀性的启示
• 第4章 结论和展望
•   4.1 结论
•   4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苘廉洁

导师: 秦礼萍,张莉

关键词: 布里奇曼石,下地幔,氧化还原反应

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学,地质学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P542.5;P579

DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000338

总页数: 64

文件大小: 5385K

下载量: 24