矿物显微出溶结构的研究

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1、矿物显微出溶结构的研究及其地质意义刘良大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系，西安，7100692011年10.14引言矿物出溶结构及其相关结构涉及的基本概念矿物出溶结构的基本特征及其识别标志一些出溶结构引发的争议及其启示1.橄榄石出溶钛铁氧化物2.单斜辉石出溶石英3.石榴子石出溶金红石出溶结构研究面临的一些问题结语提纲一、引言“出溶结构”是结晶岩石中主要造岩矿物常见的一种显微结构，长期受到研究者的关注。上一世纪90年代以前比较详细描述出溶结构的矿物主要有：长石族矿物的出溶详见：Feldsparminerals，SmithJ.V&BrownW.L.,1984辉石族矿物的出溶详

2、见：Rock-formingminerals,Vol.2A.DeerW.A.,etal.(1978)－资料丰富，出溶方位的描述氧化物矿物的出溶－尖晶石-磁铁矿与磁铁矿-钛铁矿系列详见：OxideMinerals.MineralogicalSocietyofAmerica.(1991)----Chapter5:Oxidetextures—AMini-Atlas,HaggertyS.E－图片非常漂亮这一时期最主要的研究进展之一是认识到这些“出溶结构”的形成是矿物固溶体降温分解的产物对其研究成为探索结晶岩石演化历史（尤其是冷却历史）的重要内容碱性长石出溶图解（据SmithandPars

3、ons,1974)(据Yund&Tulis,1983)1990,1991年南非含金刚石金伯利岩中的幔源石榴子石二辉橄榄岩和榴辉岩捕虏体的石榴子石中分别发现了出溶的单斜辉石和斜方辉石棒状体-石榴子石的出溶，结合高温高压条件石榴子石－辉石固溶体的实验资料，论证提出出溶前该石榴子石（超Si）的形成压力>10－14GPa，即这些岩石来源于300－400Km的地幔深度Haggertyetal,1990.Ultradeep(greaterthan300kilometers)ultramaficuppermantlexenoliths.Science,248:993~996Sautter,Ha

4、ggertyetal,1991.Ultradeep(>300kilometers)ultramaficxenoliths:Petrologicalevidencefromthetransitionzone.Science,252:827~830.石榴子石出溶辉石显微结构的发现与研究意义重大启示：地幔深度条件下某些矿物固溶体可“溶解”地壳深度所不能“溶解”的特殊组分，这些组分在岩石侵位或折返过程中由于压力或压力和温度的降低变得不稳定并从寄主矿物中离溶出来。因此，一些特殊矿物出溶结构可能成为赋存岩石形成深度的判别标志此后，矿物出溶结构研究拓展到超高压变质岩石之中，涌现出一大批重要的研

5、究成果(AfterLiouetal.,2007)目前全球至少在22条造山带中发现了超高压岩石认定依据：特征矿物（如柯石英，金刚石等）及特殊的矿物出溶结构；矿物出溶结构研究意义：限定俯冲深度及其动力学演化过程方面发挥着重要作用目前关注的科学问题：如何区分认定某些矿物的显微结构是“出溶结构”还是“非出溶结构”？如何准确解析这些显微结构的地质内涵？在学习、理解前人研究成果的基础上，重点就矿物出溶结构的识别标志、如何进行研究及其研究面临的问题与挑战谈一谈体会.二、矿物出溶结构及其相关结构涉及的基本概念出溶作用(exsolution)交代作用(metasomatism)矿物中的包裹体(in

6、clusion)矿物的定向附生(overgrowth)（1）出溶作用(exsolution)概念：出溶作用通常是指某一均匀的矿物固溶体，由于温度、压力或温度与压力两者同时改变而分离为两种或两种以上不同矿物相的过程.由出溶作用形成的异种矿物之间的相互交生(intergrowth)称之为矿物的出溶结构，出溶后较丰富的矿物相称为基质，而较少量的矿物相称为出溶片晶或出溶棒状体.固溶体(solidsolution)概念：在固态条件下，一种组份内“溶解”了其他组而形成的均匀的固体。即，固溶体是由两种或两种以上的组份组成的，其中含量较高的组份可看成是固态的溶剂，其他组份则为溶质。分类：1.替代

7、固溶体—类质同象混晶（有序与无序之分）2.填隙固溶体（侵入固溶体）3.缺位固溶体类质同象是固溶体的一种类型从晶体结构的角度看，除有序固溶体外，其余固溶体的晶格都是明显的缺陷结构。三类固溶体分别与杂质填隙、替位和空位三种点缺陷相对应。出溶作用的特点：组分迁移的方式：是原子、离子或分子的扩散作用.驱动力或必要条件：是出溶前后体系自由能的降低.组分变化的规律：是等化学的分解反应－即理论上出溶前后组分是守恒的.详见：1.《矿物学原理》－施倪承，马喆生等译，地质出版社，19922.Rock