水对地幔硅酸盐矿物的物理化学性质、运移迁徙以及热稳定性都有着显著的影响.研究水在地幔矿物中的赋存机制及地球深部的水循环过程,是当今世界矿物学与地球科学领域内的热点和重点之一,这对于我们了解地球深部的岩石矿物学与诸多地球动力学过程都有着深远的意义.首先俯冲板块中的蛇纹石(serpentine,含水量10％～13％)随着板块的向下运动,在高温高压下分解将产生Phase A(含水11.8％)、粒硅镁石(chondrodite,含水5.4％)和斜硅镁石(clinohumite,含水2.9％)[1-3].这3种矿物为橄榄岩体系中重要的致密高含水硅酸镁(DHMS)成员,通过这些含水矿物作载体,俯冲板块中的水将有可能进入上地幔深部乃至转换带中.而地幔转换带作为地幔物理化学性质剧烈变化的区域(从410～660km),对地球的岩石圈层结构以及地球动力学都有着特殊的意义[4-6],其贡献主要来自于橄榄石的高压相瓦兹利石(Wadsleyite)和林伍德石(ringwoodite).这两种矿物占据了地幔转换带体积的60％～70％,为名义上无水矿物(NAMS),但是通过羟基取代(Mg2+= 2H+)的方式,可使得其结晶水含量高达3％左右[7-9].如果瓦兹利石和林伍德石的结晶水含量达到了饱和,将使得地幔转换带的储水能力为地球表面水总量的7～8倍,因此转换带是地球深部最重要的储水层.最近,加拿大Pearson研究小组通过研究来自巴西Juina的金刚石包裹体,发现来自地幔转换带的天然林伍德石的含水量约为1％[10],这与我们通过高温高压实验数据[11],模拟出的地幔转换带中的含水量是一致的.对含水矿物晶体结构的分析将有助于我们从微观机制上认识水(羟基)在硅酸盐矿物中的赋存机制.关于晶体结构方面的工作,我们将介绍以下两个方面：1)通过不同含水量的瓦兹利石和林伍德石晶体结构分析,深入探讨氢离子在名义无水矿物中的取代机理[11-13]；2)通过比较合成的和天然的粒硅镁石和斜硅镁石样品,系统分析氟、钛、铁元素对其晶体结构的影响[14-15].除了探讨晶体结构之外,我们还将通过高温高压实验数据,系统阐述水对上述硅酸盐矿物的热力学状态方程的影响[11-16].结晶水的进入将会使得矿物的热膨胀系数与压变系数明显增加,这将对上地幔及转换带的动力学产生深远影响.