含水绿辉石、石榴石和金红石PVT状态方程研究——榴辉岩造岩矿物含水对拆沉作用的影响

The major rock-forming minerals of eclogite (omphacite, garnet and rutile) is the nominally anhydrous minerals. The research showed that the nominally anhydrous minerals always contain a certain amount of water. However, the study on the influence of the major rock-forming minerals of eclogite contain a certain amount of water to the parameters of PVT equation of state is limited. Moreover, the research about the thermal parameters of the major rock-forming minerals of eclogite is necessary for the research of delamination. In this project, taking natural omphacite, garnet and rutile as initial samples and different water content of the major rock-forming minerals of eclogite are obtained by adding amount of water in high temperature and high pressure. Then the PVT equation of states of the hydrated major rock-forming minerals of eclogite will be researched in this project at high temperature and high pressure, by using the resistance heating (laser heating) system of the diamond anvil cell device and synchrotron radiation X-ray diffraction technique. The thermal parameters of the hydrated major rock-forming minerals of eclogite will be obtained in the experimental temperature and pressure ranges, then the model of component-temperature-pressure-density of the minerals of eclogite shall be established. Combining with the previous research results in geology and geophysics, we will discuss the possible physical and chemical conditions of delamination.

榴辉岩主要造岩矿物-绿辉石、石榴石、金红石是名义无水矿物，研究表明它们都含有一定量的水。现有为数不多的几例研究表明，由于名义无水矿物的含水使其PVT方程参数发生了很大的改变，从而引起由这些名义无水矿物组成的岩石的物理性质发生了较大的变化。榴辉岩被认为是拆沉作用发生的主体岩石之一，在含水条件下榴辉岩的物性变化有多大？有可能对拆沉作用是否能够发生具有重要的影响。本项目拟以不同含水量的绿辉石、石榴石和金红石，作为PVT状态方程研究的样品，利用外加温及激光加温金刚石压腔装置，结合同步辐射X射线衍射技术，在高温高压条件下对含水榴辉岩主要造岩矿物进行PVT状态方程研究。获得实验温度压力范围内矿物热物理参数，给出榴辉岩的定量密度模型（矿物成分-组成岩石的矿物比例-温度-压力-密度），据此计算出上述矿物相稳定的任意温度压力条件下含水榴辉岩的密度。结合地质地球物理的研究成果，限定拆沉作用发生的物理化学环境。

本项目以榴辉岩主要造岩矿物为实验原料，利用中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室的YJ3000t和DS3600t压力机，在高温高压条件下以滑石或者叶腊石为围岩或者通过添加一定量的水来合成含水的绿辉石和石榴子石，从而获得不同水含量的榴辉岩主要造岩矿物样品。然后利用金刚石压腔外加温和同步辐射 X 射线衍射技术，在高温高压条件下，对含水榴辉岩主要造岩矿物样品进行 PVT状态方程研究。结合前人研究成果，探讨含水以及组分变化对榴辉岩主要造岩矿物热弹性参数值的影响。项目执行期间，进行了数十次的高温高压同步辐射X射线衍射实验，获得了石榴子石族矿物以及辉石族矿物的相变情况及热弹性参数值，有效确定了含水和组分变化对石榴子石族矿物以及辉石族矿物的相变以及热弹性性质的影响。受本项目支持，已经发表学术论文26篇，其中SCI论文20篇，另外待发表论文2篇。项目执行期间，共培养硕士生2名，博士生2名（获国家研究生奖学金1人次，中国科学院院长优秀奖1人次）。