镁铝榴石-铁铝榴石体系高温高压物性研究及其地质意义

Garnet is a key mineral in the upper mantle and transition zone, especially in subducted oceanic crust with typical mid-oceanic ridge basalts (MORB). Its properties are important to understand the geodynamic processes, chemical differentiation etc in the earth. Pyrope-almandine solid solution is the main compoent of garnet, but the study on pyrope-almandine solid solution is very limited. In this proposal, we will investigate physical properties of pyrope-almandine join at high-pressure, high-temperature conditions by diamond anvil cell technique, synchrotron x-ray diffraction, Mössbauer spectrum and theoretical calculations etc. The research results include the P-V-T equation of state, elasticity, stability etc of this solid solution, in order to discuss the effect of Fe and Mg content, iron high-pressure spin transition, water on the hosts’ characteristics. We will get the evidence from experiments and theoretical calculations to understand the constituents and state of materials in upper mantle and subducted zone, to constrain the interpretation of the observation of the seismic tomography.

石榴石是地球上地幔和过渡带的重要矿物，特别是在以大洋中脊玄武岩(MORB)为代表的深俯冲洋壳部分中占有很大的比例。其性质有助于理解地球上地幔及过渡带的动力学、化学分异等过程。镁铝榴石-铁铝榴石固溶体是石榴石的主要成分，但是缺乏较为系统的研究。本项目拟采用金刚石压砧实验技术、同步辐射X射线衍射、穆斯堡尔谱等方法，结合第一性原理计算，开展镁铝榴石-铁铝榴石体系的高温高压物性研究，以期获得这种体系石榴石的的P-V-T状态方程、弹性系数、稳定性等，讨论Fe和Mg的含量、Fe的高压自旋及水对于宿主物性的影响，为深入了解上地幔及过渡带中物质的组成和性质提供矿物学证据，为地震波速测量进行反演建立约束条件。

地球内部不同深度的物质组成及其物理化学性质是当前地球科学研究的主要内容之一，对其进一步揭示地球内部的物质结构和动力学过程有着重要作用。石榴石是上地幔和过渡带的主要组成矿物，镁铝榴石-铁铝榴石是石榴石的主要组成成分。本项目中采用金刚石压砧实验技术、同步辐射X射线衍射和穆斯堡尔谱测试对此体系石榴石进行了高压物性的研究，获得了不同成分石榴石的体积模量、Fe的高低自旋的转变情况。为了解地球内部物质组成及状态提供了矿物学依据。常见石榴石为立方结构，但是巴西金刚石中却发现了一种四方结构石榴石包体。在本项目中选取了四方结构的镁铝榴石为研究对象，采用理论计算，探求四方结构的镁铝榴石的弹性性质，有助于认识其热力学稳定区域和来源。