天然黝帘石原位高压X射线衍射和拉曼光谱
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)(SiO4)(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。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15.2GPa，在衍射图谱上出现一新的衍射晶面信号（晶面间距d=2.2383(A)），并在之后的压力范围内一直存在。此外当压力达约22.6GPa，又有一晶面间距d=2.6896(A)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15GPa时存在结构的变化。同时，在常温最高压力约为40GPa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15.7GPa，低压下存在的波数为1083cm-1和1098cm-l的两个振动峰消失，与此同时，在波数为247cm-l、303cm-l、339cm-l、和379cm-1位置分别出现了新的拉曼谱峰，其中，339cm-1峰于27.6GPa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15-16GPa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(0-14.4GPa)的p-V数据，得到V0=908.1(9)(A)3、K0=108(2)GPa和K”n=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)(SiO4)(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。
黝帘石 结构稳定性 可压缩性 原位常温高压实验 X射线衍射 拉曼光谱
许金贵 张波 范大伟 巫翔 周文戈 谢鸿森
中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压院重点实验室,贵阳 550002;中国科学院大学,北京 100049 中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压院重点实验室,贵阳 550002;北京高压科学研究中心长春分中心,长春 130012 北京大学地球与空间科学学院,北京 100871 中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压院重点实验室,贵阳 550002
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2015-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）