挥发分（H、C、N、S、F、Cl等）可以在大气层和地球内部圈层之间通过地幔去气和板块俯冲等动力学过程迁移循环,影响着地球的气候、宜居性和演化历程。地球内部的挥发分有多种赋存方式,其中H可以直接参加含水矿物晶格,也可以与O结合形成羟基,进入含水矿物和名义上无水矿物（nominally anhydrous minerals,简称NAMs）的晶格缺陷中,或以水分子的形式赋存于熔体和流体中。在硅酸盐矿物中F-与OH-具有相似的结合机制,可通过置换OH-赋存于含水矿物和NAMs中。挥发分能够显著影响矿物和岩石的诸多物理和化学性质（电导率、熔点、离子扩散速率、流变性等）,进而影响地球深部的动力学过程。前人对地幔硅酸盐矿物中挥发分的赋存形式、含量、分布以及物理-化学效应等方面已开展了大量研究,研究对象主要是橄榄石,但在上地幔挥发分的赋存形式和电导率效应方面仍然存在着一些关键问题。（1）前人研究大多假设H是以点缺陷的形式进入NAMs晶格的,上地幔NAMs中是否还存在其它赋存水的缺陷形式?这对我们认识上地幔中水的分布、迁移及其物理化学效应非常重要。（2）上地幔顶部电导率异常的形成机制仍存在争议,包括:富水NAMs,部分熔融,石墨或者其它含水矿物的连通结构,不同的电导率异常机制要求不同的地幔动力学模型。（3）F作为上地幔的主要挥发分,是否具有与H类似的电导率增强效应?针对上述科学问题,本论文首先对天然辉石和石榴子石中H的赋存形式开展了研究。样品包括:雅鲁藏布构造缝合带东部罗布莎蛇绿岩中橄榄岩的斜方辉石（Opx）、西部普兰蛇绿岩中橄榄岩的单斜辉石（Cpx）、苏鲁超高压变质带榴辉岩中的石榴子石。通过岩相学观察、电子探针、扫描电镜和电子背散射衍射分析在微米尺度获得样品的结构和成分信息,使用透射电镜和电子能量损失谱（Electron Energy Loss spectroscopy,简称EELS）在纳米尺度分析样品的显微结构和OH-分布,并将之与傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform infrared spectroscopy,简称FTIR）的OH-吸收峰对比。EELS和FTIR分析所使用的样品通过聚焦离子束技术制备。我们发现了三种非点缺陷形式的羟基赋存形式:辉石的出溶边界、斜方辉石的无序堆垛层错、石榴子石的含水矿物出溶体。主要认识包括:（1）斜方辉石和单斜辉石的相互出溶可形成呈透镜状平行分布的出溶条带,出溶条带与寄主矿物之间的拓扑关系为Cpx（100）∥Opx（100）,出溶过程中H在母体矿物中变得不稳定而通过离子扩散的方式析离出来,富集于辉石的出溶边界。（2）斜方辉石堆垛层错中OH-的含量很高并发生了非晶化,表明从母矿物中析出的H会优先进入矿物中自由能较低的结构薄弱面,可引起矿物晶格的非晶化。（3）石榴子石的FTIR富水区域存在纳米尺度的直闪石出溶条带和斜绿泥石包裹体,直闪石被斜绿泥石部分交代。表明榴辉岩中石榴子石异常高且不均一的羟基含量可能与纳米级的直闪石和斜绿泥石包裹体有关,绿泥石的红外光谱吸收峰与石榴子石在3600 cm-1的羟基吸收峰重合,从而引起石榴子石水含量的高估。金云母是经历了交代作用的岩石圈地幔中常见的副矿物,也是氟在岩石圈地幔的主要载体矿物之一。本论文以两颗宝石级的天然金云母巨晶为初始材料,在高温高压下原位测定了金云母垂直于（001）、（010）和（110）方向上的电导率。实验条件是1 GPa、200-900℃和Ni-NiO氧缓冲体系,阻抗光谱的扫频范围是10~6-0.1 Hz。实验前后金云母的化学成分和水含量基本一致。电导率测定结果表明:金云母的电导率随温度升高而增加,电导率与温度之间的关系符合阿伦尼乌斯方程,金云母沿不同方向的电导率具有显著的各向异性,沿⊥（001）和⊥（010）方向的活化焓为～204 k J/mol,沿⊥（110）方向的活化焓为～134 k J/mol。温度为700℃时金云母的电导率为～0.1 S/m,比其它常见含水矿物的电导率高3个数量级以上,也比无水橄榄石的电导率高～3-5个数量级。为了确定金云母中F的电导率增强效应,在高温高压下沿⊥（010）方向原位测定了一系列具有不同F含量（而其它元素含量基本一致）的宝石级金云母单晶的电导率,实验条件为1 GPa、200-650℃和Ni-NiO氧缓冲体系,扫频范围是10~6-0.1 Hz。实验结果表明:金云母的电导率随着F含量的升高而升高,主要的电荷载体是F,活化焓为～180-200 k J/mol,导电机制为离子导电。金云母电导率与F含量呈近似1:1的线性关系,高温下F导电会产生非常高的电导率。富F的矿物组合（例如:金云母和角闪石）可能会在岩石圈地幔中局部富集,如果它们形成连通的网络,就可能产生区域性的高电导率。考虑到硅酸盐矿物中F和羟基之间的置换关系和相似的晶体化学行为,F对NAMs可能具有与H相似的电导率增强效应。