华北克拉通金刚石形成压力——来自橄榄石包裹体的约束.pdf
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1、第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW93华北克拉通金刚石形成压力来自橄榄石包裹体的约束一秦临莅,施光海,赵欣中国地质大学(北京)珠宝学院,北京,100083注:本文为国家自然科学基金资助项目(编号:42273044)的成果。收稿日期:2023-04-10;改回日期:2023-04-30;责任编辑:刘志强。DOI:10.16509/j.georeview.2023.s1.035作者简介:秦临莅,1991 年生,博士研究生,主要从事天然金刚石及其包裹体的研究;Email:。通讯作者:施光海,男,1968年生,博士,
2、教授,矿物学、宝石学相关研究;Email:。关键词:关键词:金刚石;橄榄石;包裹体;残余应力;形成压力金刚石中的刚性共价键使其能够在巨大的温度压力变化下发生极小的体积变化,这使它成为一个非常坚固的宿主,以及极好的圈闭压力记录仪。在包裹体完成封装后随着金刚石抬升至地表的过程中,由于二者热膨胀和压缩性的差异,包裹体相对寄主金刚石发生膨胀或相对压缩。通过限定矿物包裹体周围的残余压力,可以得到寄主金刚石形成压力、起源深度等有用信息。橄榄石是金刚石中最为常见的包裹体之一,也是迄今为止用于限定金刚石源区压力的包裹体中研究程度最高的包裹体。研究通过两种技术手段(微区原位 X 射线粉晶衍射法和显微拉曼光谱点测
3、法)获得了橄榄石包裹体在金刚石中所处的残余应力,通过计算获得金刚石形成压力范围 4.925.41 Gpa。比较两种方法,认为对于“半包裹”的橄榄石包裹体,原位微区 X 射线单晶衍射的测试方法能更好的获得包裹体残余应力,且无需对样品金刚石进行进一步“破坏”。1金刚石及其橄榄石包裹体概述样品金刚石共 5 粒,其中山东蒙阴 2 粒(MY-2,M3-25),辽宁瓦房店 3 粒(L1-2,L2-16,L2-61),均含有橄榄石包裹体,现已通过抛磨样品金刚石将包裹体露出至其中一个表面。对已暴露至表面的橄榄石包裹体进行电子探针成分分析,表明其 Fo 含量为91.6394.27(表1,表2),均属镁橄榄石系列
4、,因此金刚石属于典型的橄榄岩型金刚石(Stachel and Harris2008)。需要注意的是,样品L1-14、L2-61 中较小的橄榄石包裹体由于未暴露至样品表面而未测得。2不同测试方法下金刚石形成压力2.1微区原位 X 射线粉晶衍射法(XRD)橄榄石包体的内部压力(Pi)可以通过其单位晶胞体积(Vi)和针对其特定成分标定的 P-V-T 状态方程获得。橄榄石包裹体晶胞参数 a,b,c,单位晶胞体积 V 通过 XRD 数据获得(其中样品 L1-14 由于橄榄石包裹体由于未暴露至样品表面而未获得良好测试结果),根据Nestola等(2011),对于Fo 92.0的橄榄石,体积模量 KT0=1
5、23.4(9)GPa,其第一压力导数 K=5.5(3),T=300 k,V0=291.7923。橄榄石中至少10%的镁橄榄石含量变化对KT0和K值的影响可以忽略不计,因此可将 Fo 92 的状态方程应用于本文 Fo 约 91.6394.27 的橄榄石。对应的残余应力 Pi 使用 EOSFIT6.0 软件并基于三阶 Birch-Murnaghan 计算获得(表 1)。结果表明,样品金刚石中橄榄石包裹体所处残余应力 Pi 为 0.691.13 Gpa。由于金刚石源区形成压力 P0与包裹体的残余应力 Pi呈正相关,即 P0=(3.25910-4Pi+3.28510-3)T0+0.9246Pi+0.3
6、19(Izraeli et al.,1999),我们得到了 4.925.41 Gpa 的金刚石形成压力(表 1)。2.2拉曼点测法金刚石中橄榄石包裹体的拉曼位移变化常用于定量计算包裹体的残余应力。在完全包裹的包裹体中保留的残余压力的变化将导致“峰值偏移”peak1 相对于完全游离状态下的包裹体 peak0 偏移到更高的波数(Izraeli et al.,1999)。具有特定 Fo 成地质论评 2023 年 69 卷 增刊 194分橄榄石的拉曼光谱中,谱带或谱峰的位置也与其保 留 的 残 余 压 力 成 正 比(Izraeli et al.,1999,Ugapeva et al.,2016)。本
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