廣州地化所在蛇紋石向皂石轉(zhuǎn)變機(jī)制的研究中取得了新進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間:2018-10-26
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黏土礦物是地球表層的重要組成礦物。在一些地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程中,黏土礦物會(huì)發(fā)生物相的轉(zhuǎn)變。由于黏土礦物的轉(zhuǎn)變及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的特征明顯受其所處的環(huán)境體系制約,因此,它成為了一些重大地質(zhì)事件的關(guān)鍵信息載體;同時(shí),由于黏土礦物具有巨大的比表面積、高的表面反應(yīng)活性,對(duì)相關(guān)地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程中的物質(zhì)循環(huán)方式和途徑也有重要影響。因此,黏土礦物物相轉(zhuǎn)變研究是認(rèn)識(shí)、理解古氣候與古環(huán)境演變、元素的遷移與富集、油氣的形成與聚集等地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程的重要窗口。
到目前為止,已被證實(shí)的黏土礦物轉(zhuǎn)變途徑主要有兩類,即2:1型黏土礦物間的轉(zhuǎn)變(如,蒙皂石族礦物的伊利石化)和2:1型黏土礦物向1:1型礦物轉(zhuǎn)變(如,蒙皂石族礦物的高嶺石化),其中所涉及的轉(zhuǎn)變機(jī)制主要包括“固相轉(zhuǎn)變”和“溶解-再結(jié)晶”。與上述兩種轉(zhuǎn)變途徑相比,1:1型黏土礦物向2:1型礦物的轉(zhuǎn)變卻鮮有報(bào)導(dǎo)。
鑒此,廣州地球化學(xué)研究所礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何宏平研究員團(tuán)隊(duì),通過(guò)模擬自然界的熱液過(guò)程,探討1:1型黏土礦物向2:1型黏土礦物轉(zhuǎn)變的可能性及其轉(zhuǎn)變機(jī)制,并獲得了以下新認(rèn)識(shí):
(1)蛇紋石可固相轉(zhuǎn)變?yōu)槊稍硎?,?/span>1:1型黏土礦物可固相轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>2:1型黏土礦物。這可能是自然界存在但尚未被發(fā)現(xiàn)的第三類黏土礦物轉(zhuǎn)變途徑。
(2)研究結(jié)果表明,利蛇紋石的轉(zhuǎn)變反應(yīng)不僅發(fā)生在片層邊緣,同時(shí)也發(fā)生在片層內(nèi)部;而葉蛇紋石的轉(zhuǎn)變反應(yīng)僅發(fā)生在片層邊緣。說(shuō)明,礦物結(jié)構(gòu)對(duì)其物相轉(zhuǎn)變具有重要制約。
(3)在新形成的蒙皂石礦物的結(jié)構(gòu)片層中,兩層四面體片擁有不同的層電荷,很好地解譯了自然界混層礦物中存在的“極性結(jié)構(gòu)”(polar layer)結(jié)構(gòu)這一難題。

圖1. 利蛇紋石及其水熱產(chǎn)物的HRTEM圖。(L = lizardite,S = smectite)
圖2. 葉蛇紋石及其水熱產(chǎn)物的HRTEM圖。(A = antigorite,S = smectite)

圖3. 利蛇紋石和葉蛇紋石轉(zhuǎn)變過(guò)程示意圖
該成果不僅對(duì)理解黏土礦物特殊的結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)具有重要意義,而且對(duì)探討板塊俯沖的動(dòng)力學(xué)機(jī)制、重大地質(zhì)災(zāi)害的成因,以及元素的地球化學(xué)循環(huán)等都有重要的啟示作用。相關(guān)成果已在線發(fā)表于American Mineralogist。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家外專局/中國(guó)科學(xué)院“礦物結(jié)構(gòu)域表明物理化學(xué)”創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等資助。
論文信息:
Shichao Ji, Jianxi Zhu, Hongping He, Qi Tao, Runliang Zhu, Lingya Ma, Meng Chen, Shangying Li, and Junming Zhou. (2018) Conversion of serpentine to smectite under hydrothermal condition: Implication for solid-state transformation. American mineralogist, 103, 241-251. Doi: https://doi.org/10.2138/am-2018-6183CCBYNCND 241.
(中科院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿)

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