《地幔礦物和富水流體之間鑭分配係數的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由李萬財擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：地幔礦物和富水流體之間鑭分配係數的實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李萬財
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
俯衝帶流體活動及相關的島弧火山作用是板塊構造理論的重要內容之一。目前對於交代地幔楔並引發島弧火山作用的板片來源流體的性質，及其對微量元素的遷移機制還不清楚。前人對地幔礦物橄欖石、輝石和石榴石與含水流體之間的微量元素分配係數的研究非常有限，且現有的數據也存在較大的變化範圍和不確定性。因此，我們選擇流體活動性元素輕稀土鑭（La）作為研究對象，採用新穎的間接平衡方法，以鑭矽酸鹽作為媒介，將活塞圓筒壓機和水熱金剛石壓腔裝置相結合，獲得1.0-3.0 GPa，600-1100 ℃條件下，石榴石、斜方輝石、單斜輝石和橄欖石等地幔礦物與含水流體之間鑭的分配係數，進而為俯衝帶板片脫水，交代地幔楔和島弧岩漿的形成過程提供更好的約束。
結題摘要
微量元素特徵是反演地球化學過程和物質來源的重要方法，其中一個重要套用就是示蹤島弧岩漿的物質來源。島弧火山岩富集大離子親石元素和輕稀土元素，相對虧損重稀土和高場強元素的特徵被認為繼承於交代其地幔源區的板片流體，但目前對交代流體的屬性是富水流體還是含水熔體,以及微量元素的遷移機制還很不清楚。稀土元素的分異對流體屬性敏感，是我們認識島弧岩漿成因的關鍵線索。前人對地幔礦物橄欖石、輝石和石榴石與含水流體之間的微量元素分配係數的研究非常有限，現有的數據也存在較大的變化範圍和不確定性。因此，本項目選擇流體活動性元素輕稀土鑭（La）作為研究對象，採用間接平衡方法，以鑭矽酸鹽作為媒介，在1.0-3.0 GPa，800-1200 ℃條件下，分別在活塞圓筒壓機和水熱金剛石壓腔裝置中獲得鑭矽酸鹽在石榴石、斜方輝石、單斜輝石和橄欖石等地幔礦物，以及富水流體中的溶解度，進而通過比值獲得地幔礦物和含水流體之間鑭的分配係數。通過高溫高壓下氧化物亞固相結晶和元素擴散兩種方案，我們獲得了一致的橄欖石+輝石+鑭矽酸鹽熱力學平衡組合和礦物中的鑭含量。鑭主要賦存在單斜輝石中，其鑭含量在12-23 ppm之間，比斜方輝石和橄欖石高約10-1000倍。在富水流體中的鑭矽酸鹽溶解度研究中，我們遇到了水熱金剛石壓腔實現溫壓偏低，墊片變形導致壓腔不等容和高溫泄露等技術難題，通過對活塞式壓腔的技術改進，我們成功的將適用溫壓拓展到4 GPa和1000 ℃，建立了有效的壓標體系和礦物溶解度測量方法流程。由於技術難點造成進度落後，我們目前還未能完成鑭矽酸鹽在富水流體中溶解度的測量。預期將在2020年完成測試，並獲得石榴石、斜方輝石、單斜輝石和橄欖石等礦物與含水流體之間鑭的分配係數，進而為俯衝帶板片脫水，交代地幔楔和島弧岩漿的形成過程提供更好的約束。
