第七届青年地学论坛

含水矿物是俯冲板块的重要组成矿物之一，其高温高压稳定性及脱水作用对于正确理解板片俯冲作用动力学过程具有重要意义。同时铝在地球内部也起到十分重要的作用，俯冲过程中由于富水流体与俯冲陆壳中的片麻岩或变泥质岩在湿固相线反应即可以形成富水熔体，造成大量的Si和Al的富集，表现为花岗质成分，是岛弧岩浆物质的主要来源。黄玉（Al₂SiO₄(F,OH)₂）和硬水铝石（AlOOH）都是重要的含铝（Al）及含水（H₂O）矿物，是俯冲带中Al和H₂O的重要载体。因此，在高温高压条件下研究黄玉和硬水铝石的热弹性及结构稳定性是了解地球深部水循环及板片俯冲作用动力学过程的关键。虽然前人对黄玉和硬水铝石的状态方程进行了一些研究工作，但前人所获得的黄玉和硬水铝石的零压体弹模量值（K₀）却并不一致，黄玉的K₀值最大差别可达~12%，而硬水铝石的最大差别甚至可达~26%。另外，关于黄玉和硬水铝石的高温高压稳定性，前人的研究也基本上集中于相对高温（>1000 K）高压条件下，而对于相对低温（<1000 K）高压条件下黄玉和硬水铝石的热稳定性研究则仍非常缺乏。这不仅阻碍人们对于黄玉和硬水铝石P-T相图的全面细致的了解，而且也会影响人们对于冷俯冲特别是超冷俯冲条件下黄玉和硬水铝石等含水矿物的稳定性及其对俯冲作用动力学影响的认识。因此，本文利用原位同步辐射X射线衍射（XRD）和拉曼光谱实验技术，在~24.4 GPa和713 K条件下研究了黄玉和硬水铝石的热弹性及稳定性。研究发现，黄玉和硬水铝石在本文最高温度和压力（~24.4 GPa和713 K）范围内仍保持其结构稳定性，并没有发生结构相变。此外，根据本文及前人关于黄玉和硬水铝石状态方程参数的实验结果，讨论了造成黄玉及硬水铝石状态方程参数值变化的可能原因。最后，绘制了黄玉和硬水铝石的P-T相图，探讨了黄玉和硬水铝石在不同地温梯度条件下的稳定性。发现在冷俯冲特别是超冷俯冲条件下，黄玉可以在上地幔~370公里以上的深度范围内保持亚稳态，可能是冷俯冲带中挥发份的重要载体，能将挥发份元素带入上地幔深部进而影响上地幔的地球化学行为。然而，在冷俯冲特别是超冷俯冲条件下硬水铝石的最大稳定深度为~360 公里，且其相比于橄榄石、辉石等上地幔矿物具有更高的弹性波速，说明硬水铝石有可能是冷俯冲板片中波速正异常的原因之一。
 

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