21世紀初十年中國礦物學岩石學與地球化學研究新進展（簡體書）

《21世紀初十年中國礦物學、巖石學與地球化學研究新進展》收集了從2012年開始在?礦物巖石地球化學通報?上刊登的
“學科發展十年進展”一系列文章,共41篇.《21世紀初十年中國礦物學、巖石學與地球化學研究新進展》較為全面地綜述了21
世紀初十年中國在礦物學、巖石學、地球化學、沉積學及其相關學科的主
要研究進展,并對未來學科發展趨勢進行了展望.

從事礦物學、巖石學、地球化學及其相關領域研究的科研人員、教學人員和部分生產人員，也是廣大研究生的重要學習、參考資料。

目 錄
序超高壓礦物研究進展
陳　鳴 1
工藝礦物學近十年的主要進展
彭明生　劉曉文　劉　羽　楊志軍 8礦物物理學研究進展簡述 (2000~2010年) 朱建喜　何宏平　陳　鳴　董發勤　馮雄漢　蔣引珊　王林江　袁　鵬 16我國礦物材料研究進展 (2000~2010年) 廖立兵　汪　靈　董發勤　彭同江　白志民 28
化學地球動力學研究進展
鄭永飛　楊進輝　宋述光　陳伊翔 45
花崗巖研究進展
徐夕生　賀振宇 7721世紀最初十年變質巖石學研究進展 魏春景 83
大陸深俯沖與超高壓變質研究進展
鄭永飛　張立飛　劉　良　陳伊翔 100蛇綠巖地幔橄欖巖中的深部礦物:發現與研究進展 楊經綏　徐向珍　戎　合　牛曉露 131華南陸塊的形成與 Rodinia超大陸聚合G裂解———觀察、解釋與檢驗 李獻華　李武顯　何　斌 147
埃達克巖與埃達克質巖在中國的研究進展
許繼峰　王　強　陳建林　曹　康 170 目 錄
序超高壓礦物研究進展
陳　鳴 1
工藝礦物學近十年的主要進展
彭明生　劉曉文　劉　羽　楊志軍 8礦物物理學研究進展簡述 (2000~2010年) 朱建喜　何宏平　陳　鳴　董發勤　馮雄漢　蔣引珊　王林江　袁　鵬 16我國礦物材料研究進展 (2000~2010年) 廖立兵　汪　靈　董發勤　彭同江　白志民 28
化學地球動力學研究進展
鄭永飛　楊進輝　宋述光　陳伊翔 45
花崗巖研究進展
徐夕生　賀振宇 7721世紀最初十年變質巖石學研究進展 魏春景 83
大陸深俯沖與超高壓變質研究進展
鄭永飛　張立飛　劉　良　陳伊翔 100蛇綠巖地幔橄欖巖中的深部礦物:發現與研究進展 楊經綏　徐向珍　戎　合　牛曉露 131華南陸塊的形成與 Rodinia超大陸聚合G裂解———觀察、解釋與檢驗 李獻華　李武顯　何　斌 147
埃達克巖與埃達克質巖在中國的研究進展
許繼峰　王　強　陳建林　曹　康 170
新世紀十年地幔地球化學研究進展
周新華　張宏福　鄭建平　夏群科　劉勇勝　湯艷杰　黃　方　劉傳周 181
我國大火成巖省和地幔柱研究進展與展望
徐義剛　何　斌　羅震宇　劉海泉　位　荀 199
華北巖石圈地幔巖石學研究進展
鄭建平　周新華 22021世紀初十年火山與地球內部化學研究進展 樊祺誠　張招崇 234盆地動力學———21世紀初十年中國的主要研究進展及前沿 李　忠 247
21世紀初十年中國古地理學發展概要 鄭秀娟　鮑志東　馮增昭 265環境地球化學研究進展 (2000 ~2010年)簡述 洪業湯　曾永平　馮新斌　肖化云　劉再華　陳玖斌　洪　冰　仇廣樂　趙志琦　張　凱
李曉東　商立海　尹潤生 278
瑪珥湖古氣候環境研究進展
劉嘉麒　伍　婧　儲國強　劉　強　旺　羅　P atrickRioual　劉嘉麗　游海濤 305
新世紀亞洲風塵系統地球化學研究進展
陳　駿 322
汞的環境地球化學研究進展
馮新斌　陳玖斌　付學吾　胡海燕　李　平　仇廣樂　閆海魚　尹潤生　張　華　朱　偉 3382001 ~2010年生物地球化學研究進展與展望 謝樹成　羅根明　宋金明　李　超　黃咸雨　楊　歡　李一良　黃俊華　胡超涌 377
礦床地球化學近十年若干研究進展
胡瑞忠　溫漢捷　蘇文超　彭建堂　畢獻武　陳佑緯 409
流體包裹體研究進展
倪　培　范宏瑞　丁俊英 434
勘查地球化學近十年進展
王學求 441
構造地球化學近十年主要進展
韓潤生 452
我國礦產資源高效清潔利用進展與展望
畢獻武　董少花 461
地震地球化學研究進展
周曉成　杜建國　陳　志　崔月菊　劉　雷 473
非傳統穩定同位素地球化學的創建與發展
朱祥坤　王　躍　閆　斌　李　津　董愛國　李志紅　孫　劍 483
同位素地球化學發展趨勢
孫衛東　韋剛健　張兆峰　丁　興　凌明星 536
離子探針微區分析技術及其在地球科學中的應用進展
李秋立　楊　蔚　劉　宇　唐國強　郝佳龍　張建超　胡　森　趙旭晁　陳雅麗　儲雪蕾
王　英　蔣　云　張愛鋮　徐偉彪　林楊挺　李獻華 544地質樣品鉑族元素及 ReGOs同位素分析進展 漆　亮　黃小文 569
近十年來我國實驗礦物巖石地球化學研究進展和展望
熊小林　章軍鋒　鄭海飛　許文良　周永勝 595

國內理論及計算地球化學十年進展
劉　耘 603隕石學與天體化學 (2001 ~2010年)研究進展 林楊挺　繆秉魁　徐　琳　胡　森　馮　璐　趙旭晁　楊　晶 621中國月球探測進展 (2001 ~2010年) 劉建忠　歐陽自遠　李春來　鄒永廖 644我國南極隕石收集進展 (2000 ~2010年)
繆秉魁　林楊挺　王道德　歐陽自遠 657
中國非常規油氣勘探與研究新進展
鄒才能　陶士振　楊　智　袁選俊　朱如凱　侯連華　賈進華　王　嵐　吳松濤　白　斌高曉輝　楊　春 672
中國近十年天然氣示蹤地球化學研究進展
劉文匯　王曉鋒　騰格爾　張殿偉　王　杰　陶　成　張中寧　盧龍飛 686
中國天然氣地球化學研究新進展及展望
宋　巖　趙孟軍　胡國藝　朱光有 702
南海天然氣水合物研究進展
羅　敏　王宏斌　楊勝雄　陳多福 719

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超高壓礦物研究進展 .<br> 陳　鳴 <br> (中國科學院廣州地球化學研究所 ,廣州510640)<br> 摘　要　我國超高壓礦物研究近十年來取得了重要進展 .參與發現了五個超高壓新礦物及若干待命名高壓相 ,被國際礦物協會新礦物、命名與分類委員會批準和命名的超高壓礦物包括涂氏磷鈣石、塞石英、玲根石、謝氏超晶石、阿考寨石等 .在沖擊變質隕石中發現了后尖晶石結構的超高壓相 ,即謝氏超晶石和 CF相,引起了高壓地質學及大地構造學界的關注 .揭示了從沖擊成因二氧化硅熔體中結晶的柯石英 ,合理地限定了沖擊變質成因柯石英的形成壓力溫度條件 ,為我國首個地外天體撞擊構造 ———岫巖隕石坑的證實提供了關鍵的礦物物理證據 .<br> 關鍵詞　超高壓礦物　高壓多形　沖擊變質　撞擊　地幔<br> 超高壓礦物的產狀與經歷過超高壓歷史的巖石密切相關 .巖石經歷過超高壓力作用的關鍵證據是含有柯石英和金剛石等超高壓礦物的變質巖或地幔巖 .柯石英和金剛石分別屬于石英和石墨的高壓多形 ,其形成壓力一般要大于2.5GP a[1]和4GP a[2].通常把巖石峰變質壓力達到柯石英穩定范圍的巖石稱為超高壓變質巖 [3,4].結合特定礦物在一定超高壓下發生多形轉變的特點 ,這里把超高壓礦物定義為形成壓力達到柯石英穩定場以上的礦物高壓多形 .礦物形成壓力條件并非界定超高壓礦物的唯一指標 .橄欖石是上地幔重要組成礦物之一 ,在正常地熱梯度下壓力高達14GP a時仍保持其晶體結構的穩定 ,但不屬于超高壓礦物 .超高壓礦物瓦士利石 (wadsleyite)和林伍德石 (igwodt rnoie)是與橄欖石化學成分相同的兩種高壓多形 .礦物形成和穩定于一定的壓力和溫度條件 .當外界壓力條件變化時 ,超高壓礦物會發生變形、相變甚至分解反應 .自然界超高壓條件主要出現在巨大天體撞擊事件以及星球內部地質環境.在地球表面低壓環境下 ,超高壓礦物處于不穩定或亞穩定狀態 .在具有4000多成員的龐大礦物家族中 ,目前被發現的超高壓礦物只有十多種 .盡管已知的超高壓礦物種類不多 ,它的存在豐富了礦物學的內容 ,對地球和行星科學發展起到了重要的推動作用 .超高壓礦物攜帶了形成溫度與壓力條件的可靠物理信息 ,確立了它在地球和行星科學研究中的重要性 .超高壓礦物為探索天體撞擊事件、地球深部物質狀態以及大地構造演變歷史提供了重要信息 ,甚至推動了某些科學領域的重大突破 .<br> 1960年柯石英在美國巴林杰隕石坑中的首次發現是地球與行星科學的一個里程碑事件 .它不但使該坑成為世界上第一個被證實的地外天體撞擊構造 [5],而且促進了沖擊變質科學的建立和發展[6].以沖擊變質為核心內容的科學研究揭示了大量的地球撞擊構造 ,在探索地球與行星的形成和 <br> .本文已在 .礦物巖石地球化學通報 .2012年第31卷,第5期刊發 . <br> 演化、成巖成礦、地質歷史的環境與生物突變事件等方面發揮了重要作用[7~9].另外,1984年柯石英在阿爾卑斯山西部[10]和挪威南部[11]超高壓變質帶的發現也極大地變革了固體地球科學界對大陸碰撞造山帶和俯沖折返歷史的認識.柯石英和金剛石在超高壓變質巖中的存在表明大陸地殼巖石可能俯沖下沉到80~120km以下,然后折返到地表附近的地質歷史.我國大別G蘇魯超高壓變質帶中柯石英[12]和金剛石[13]的發現,也使得該區成為我國固體地球科學界的研究熱點,成為國際上著名的造山帶之一.進入21世紀,我國在天然超高壓礦物研究相繼取得了若干重要進展.<br> 1　超高壓新礦物<br> 2000年前發現的超高壓礦物主要有金剛石、柯石英、斯石英、瓦士利石、林伍德石、阿基<br> 墨石 (akimotoite)和鎂鐵榴石等.除金剛石和柯石英在地幔巖、超高壓變質巖和沖擊變質巖中<br> 均被發現外,其余超高壓礦物均僅被發現于沖擊變質巖石 (隕石)之中.<br> 21世紀以來,已有6種超高壓新礦物被國際礦物協會新礦物命名與分類委員會 (CNMNCG IMAtit)16]批準和命名 、玲根石 li(n表g1n),te)包括 [17]、:謝氏超晶石 萊氏石 ((iee)it[14]、涂氏磷鈣石 和阿考寨石 ((aea)g[15 i<br> ]、e)塞石英 [等;(另發現<br> reidittuitseiferG <br> e)[(uixe)[18]kot19]<br> 若干有待命名的超高壓相:具有 CaFe2O4結構的鉻鐵礦高壓多形 (CF相)[20]、TiO2Ⅱ相金紅石<br> 高壓多形[21]、鐵橄欖石高壓多形[22]和 (NaJ,Ca)Ghexaluminosilicate[23]等.上述獲得批準和命名的6種超高壓新礦物,我國參與了其中的5種.此外,CF相和金紅石高壓多形 TiO2Ⅱ相的發現也與我們的工作有關.涂氏磷鈣石、謝氏超晶石和 CF相發現于我國隨州球粒隕石沖擊脈體,玲根石發現在我國寺巷口球粒隕石沖擊脈體,塞石英存在于火星 Shergot<br> y無球粒隕石中,阿考寨石發現了德國里斯隕石撞擊坑,TiO2Ⅱ相發現于隕石撞擊坑及超高壓變質巖中.<br> 天然超高壓礦物的成因主要劃分為三種類型,即地幔成因、超高壓變質成因和沖擊變質成因等.與過去的研究結果一致,我們發現的超高壓新礦物產狀仍主要與沖擊變質有關,表明天體撞擊作用引起的壓力和溫度條件不但有利于超高壓礦物的形成,而且有利于超高壓礦物的保存.因此,沖擊變質巖石是發現天然超高壓礦物的重要寶藏.<br> 表1　超高壓新礦物及超高壓相<br> 礦物名稱分子式產　狀 CNMNC狀態①<br> 萊氏石 ZrSiO4 隕石撞擊坑 2001年批準 <br> 涂氏磷鈣石 塞石英 Ca3(PO4)2SiO2 沖擊變質隕石沖擊變質隕石 2001年批準2004年批準 <br> 玲根石 謝氏超晶石 (Na,Ca)AlSi3O8FeCr2O4 沖擊變質隕石沖擊變質隕石 2004年批準2007年批準 <br> CF相 未批準 <br> 阿考寨石 TiO2 隕石撞擊坑 2008年批準 <br> TiO2Ⅱ相 隕石撞擊坑超高壓變質巖 未批準 <br> 鐵橄欖石高壓多形 Fe2SiO4 沖擊變質隕石 未批準 <br> (Na,Ca)Ghexaluminosilicate (CaxNa1Gx)Al3＋xSi3GxO11 沖擊變質隕石 未批準 <br> <br> 注:①CNMNCGTheCommis<br> iononNew Minerals,NomenclatureandClas<br> ificationoftheInternationalMineralogicalAs<br> ociG ation. <br> TiO2Ⅱ相是金紅石高壓多形之一 ,實驗表明這個高壓相的穩定壓力在6~15GP a[24 ],對應于地球190 ~450km深度壓力范圍 .天然產狀的 TiO2Ⅱ相已在沖擊變質巖和超高壓變質巖中發現其蹤跡 ,但尚未獲得國際礦物協會新礦物、命名與分類委員會的批準和命名 .值得關注的是 , Zhang等[25 ]報告在德國 SaxonianErgebirge超高壓變質巖金紅石中發現納米級厚度的 TiO2Ⅱ相片晶 ,其后 ,我國學者 Wu等[26 ]也在大別山榴輝巖金紅石中發現了類似特征的 TiO2Ⅱ相.盡管有研究對產出在超高壓變質巖中的 TiO2Ⅱ相提出了疑問 [27 ],但由于這個相的形成壓力覆蓋上地幔主要深度范圍 ,有關天然 TiO2Ⅱ相的特征和形成機制將成為今后超高壓礦物研究的重要內容之一 .<br> 2　后尖晶石高壓多形<br> 尖晶石結構是礦物家族重要的結構類型之一 ,典型的尖晶石結構礦物包括鉻鐵礦、磁鐵礦和尖晶石等 .尖晶石結構礦物不但廣泛分布于地球上地幔巖石中 ,具有尖晶石結構的硅酸鹽礦物如瓦士利石和林伍德石等被認為是410 ~660km地幔過渡帶最主要的礦物結構類型之一 .<br> 隨著壓力加大 ,尖晶石結構礦物是否會轉變為密度更大的后尖晶石高壓多形 ?這個問題曾受到地球物理學家和地幔礦物學家的重視 .A..E..Ringwood曾提出斜方晶系 CaFe2O4結構相和 CaTi2O4結構相可能是地球深部發生的后尖晶石相轉變的首選結構類型 .Irifune等[28 ,29 ]1991年和2002年通過高壓實驗合成了具有 CaFe2O4和 CaTi2O4結構的兩種 MgAl2O4高壓多形 .但是 ,自然界是否存在天然產狀后尖晶石高壓多形的研究多年來沒有取得進展 .<br> 我們通過對不同沖擊變質程度球粒隕石歷史溫度壓力的分析 ,在我國隨州球粒隕石沖擊脈體中發現了鉻鐵礦的兩種高壓多形 CF相 (CaFe2O4結構相 )[20 ]和謝氏超晶石 (CaTi2O4結構相)[18 ].研究表明 ,鉻鐵礦在強烈沖擊波作用下分別轉變成為 CF相和謝氏超晶石 ,轉變壓力分別為12GP a和20GP a.最近 ,Zhang等[30 ]在經受了強烈沖擊變質的月球隕石中也找到了謝氏超晶石 ,證明后尖晶石結構礦物在自然界合適的溫度和壓力條件下可以出現 .<br> 謝氏超晶石和 CF相的形成壓力相當于離地表400 ~680km深度壓力 .天然鉻鐵礦高壓多形的發現為推斷沖擊變質隕石和從地球深部折返巖石壓力歷史提供了新的礦物物理標志 .形成于地球深部的后尖晶石相有可能被包裹在某些礦物形成的 “保壓容器 ”中而被帶往地球表面 .天然后尖晶石高壓多形將為巖石物質來源深度提供一個新的指示標準 .國際專家評論指出 ,天然后尖晶石高壓多形的發現不但為探索火山作用帶來的地球深部巖石 ,而且為當前受到普遍關注的大陸碰撞帶構造地質學提供了一個有效途徑 [31 ].后尖晶石晶體結構存在由八個和六個氧構成的 “籠”,可以容納鉻、鐵、鋁、鎂、鈉、硅和其他過渡元素和稀土元素 (圖1).天然后尖晶石礦物的發現,為分析地球深部元素的載體和遷移富集特征 ,以及地球深部尖晶石結構類型的轉變規律提供了重要依據 .<br> 3　撞擊成因的柯石英<br> 美國巴林杰隕石坑是發現柯石英的首個天然產狀 [5].迄今 ,已在世界上超過20個隕石坑中找到了沖擊變質成因的柯石英 .沖擊變質成因柯石英等超高壓礦物已被國際隕石坑科學界確定為 <br> 圖1　謝氏超晶石晶體結構示意圖<br> 地外天體撞擊構造最可靠的診斷性標志之一 .<br> 長期以來 ,隕石坑中柯石英被認為是石英的固態相轉變產物 [5,32 ].過去的研究認為 ,石英在沖擊波作用下首先被轉變為擊變玻璃 ,即一種未發生熔融的固態玻璃 ;柯石英隨后從這種二氧化硅玻璃中發生固態結晶 .根據相關的巖石礦物沖擊變質模型 ,形成柯石英所需的沖擊波峰壓為<br> 30 ~60GP a,柯石英結晶于被沖擊壓縮物質的壓力釋放期間 [32 ].由于迄今尚沒有任何沖擊實驗能合成柯石英 ,有關沖擊成因柯石英的形成壓力解釋長期停留在模糊階段 .柯石英的靜態高壓實驗結果被認為不適合用于解釋沖擊變質成因的柯石英形成條件和機制 .<br> 岫巖隕石坑是我國境內被證實的地外天體撞擊構造 ,柯石英的發現為該坑的撞擊成因提供了關鍵證據 [33 ].研究揭示該坑柯石英的產出特征與過去研究結果有明顯差異 .岫巖隕石坑中柯石英產出在沖擊形成的二氧化硅玻璃中 ,以針狀、樹枝狀和球狀等形式產出 (圖2),這是礦物從熔體中結晶的典型<br> 特征 .它表明石英在沖擊波作用下首先發生了熔融 ,柯石英隨后從二氧化硅熔體中結晶析出 .根據礦物結晶原理 ,柯石英從熔體中結晶適合靜態高壓相圖的解釋 .據 SiO2相圖 ,岫巖隕石坑中柯石英形成壓力被限定在2..5 ~13GP a[33 ].從熔體中結晶柯石英的發現不但表明撞擊作用可以在撞擊靶巖中引起類似于靜態的高溫高壓條件 ,而且可以根據相圖對柯石英的形成壓力條件作出合理的估計 . <br> 圖2　產出在二氧化硅玻璃中的柯石英 (單偏光 )<br> 4　展 望<br> 天然超高壓礦物的特殊地質意義在于其攜帶了可靠的形成條件的信息,相關研究進展對地球與行星科學發展產生了重要影響.我國具備了發展天然超高壓礦物研究的若干客觀條件.<br> 隕石母體在太陽系的形成和演化過程中經受了一定程度的撞擊,發生沖擊變質.沖擊變質隕石是研究礦物超高壓相變的理想對象.現有資料表明,沖擊變質隕石是發現超高壓礦物的主要產狀之一.我國目前擁有的南極隕石數量達一萬多塊,僅次于日本、美國,位居世界第三.這是我國開展隕石沖擊變質和超高壓礦物研究可利用的珍貴資源.<br> 星球形成經