论文部分内容阅读
黝帘石属于绿帘石族矿物[Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH)],产出于各种不同地质环境(比如大陆碰撞带和俯冲带)的高压和超高压变质岩中。不同于其他绿帘石族矿物属于单斜晶系矿物,黝帘石属于斜方晶系(空间群Pnma)。本文采用金刚石压腔装置(DAC)结合同步辐射X射线衍射及拉曼光谱技术对天然黝帘石[Ca2(Al2.71Fe0.29)(Si O4)(Si2O7)O(OH)]进行了原位常温高压实验研究,以期增进对黝帘石在常温高压下的稳定性以及Fe含量的不同对于其弹性性质影响的认识。原位常温高压X射线衍射实验在上海同步辐射装置(SSRF)的BL15U线站上完成。实验采用DAC高压装置结合单晶X射线衍射实验技术,实验最高压力约为30 GPa,衍射谱图采用黝帘石标准谱(JCPDS85-1631)进行指标化,衍射斑点的位置用来计算其在不同压力下的晶胞参数。随着实验压力的升高,所有的衍射晶面间距逐渐减小,当压力达约15.2 GPa,在衍射图谱上出现一新的衍射晶面信号(晶面间距d=2.238 3?),并在之后的压力范围内一直存在。此外当压力达约22.6 GPa,又有一晶面间距d=2.689 6?的新衍射信号出现,并一直保持存在到最高压力。据此推断黝帘石在压力约15 GPa时存在结构的变化。同时,在常温最高压力约为40 GPa条件下,对黝帘石进行了拉曼光谱测量。随着实验压力的增加,黝帘石的拉曼振动峰向着高波数方向移动,在压力约为15.7 GPa,低压下存在的波数为1 083 cm-1和1 098 cm-1的两个振动峰消失,与此同时,在波数为247 cm-1、303 cm-1、339 cm-1、和379 cm-1位置分别出现了新的拉曼谱峰,其中,339 cm-1峰于27.6 GPa时消失,其余新峰一直保持到实验最高压力值。因此,本文推测天然黝帘石样品在15~16 GPa压力范围内存在有结构的变化。对于变化后的结构和性质还有待于进一步研究。另外,本文利用三阶Birch-Murnaghan状态方程拟合了发生结构变化前(0~14.4 GPa)的p-V数据,得到V0=908.1(9)?3、K0=108(2)GPa和K’0=6.5(6),其中V0、K0和K’0分别表示零压晶胞体积、等温体积模量及其压力导数值。综合上述获得的实验结果并结合前人对黝帘石的研究成果,本文探讨了含Fe量的不同对于黝帘石弹性性质以及晶体结构性质的影响。与不含Fe黝帘石的等温体积模量[Ca2Al3Si3O12OH](122.1(7)GPa,123.4(4)GPa)以及低含Fe量的黝帘石[Ca2Al2.88Fe0.12Si3O12OH]的体积模量(119.1(7)GPa)相比,本次实验样品黝帘石[Ca2(Al2.71Fe0.29)(Si O4)(Si2O7)O(OH)]的体积模量(108(2)GPa)明显偏小,说明含Fe会增加黝帘石矿物的可压缩性,并且,含铁量越大其体积模量越小。