矿物显微出溶结构的研究.ppt

矿物显微出溶结构的研究矿物显微出溶结构的研究及其地质意义及其地质意义引引 言言矿物出溶结构及其相关结构涉及的基本概念矿物出溶结构及其相关结构涉及的基本概念矿物出溶结构的基本特征及其识别标志矿物出溶结构的基本特征及其识别标志一些出溶结构引发的争议及其启示一些出溶结构引发的争议及其启示　　　　　　　　1.1.橄榄石出溶钛铁氧化物橄榄石出溶钛铁氧化物 2. 2.单斜辉石出溶石英单斜辉石出溶石英 3. 3.石榴子石出溶金红石石榴子石出溶金红石出溶结构研究面临的一些问题出溶结构研究面临的一些问题结语结语提提 纲纲一、引一、引 言言“出溶结构”是结晶岩石中主要造岩矿物常见的一种显微结构，长期受到研究者的关注上一世纪90年代以前比较详细描述出溶结构的矿物主要有：长石族矿物的出溶 详见：Feldspar minerals，Smith J.V & Brown W.L.,1984 辉石族矿物的出溶 详见： Rock-forming minerals,Vol.2A. Deer W. A., et al. (1978) －资料丰富，出溶方位的描述氧化物矿物的出溶－尖晶石-磁铁矿与磁铁矿-钛铁矿系列 详见： Oxide Minerals. Mineralogical Society of America .(1991) ----Chapter 5: Oxide textures — A Mini-Atlas , Haggerty S.E －图片非常漂亮 这一时期最主要的研究进展之一是认识到这些“出溶结构”的形成是矿物固溶体降温分解的产物对其研究成为探索结晶岩石演化历史（尤其是冷却历史）的重要内容碱性长石出溶图解（据Smith and Parsons,1974)(据Yund & Tulis,1983)1990,1991年南非含金刚石金伯利岩中的南非含金刚石金伯利岩中的幔源石榴子石二辉橄幔源石榴子石二辉橄榄岩和榴辉岩捕虏体的石榴子石中分别发现了出溶的单斜辉榄岩和榴辉岩捕虏体的石榴子石中分别发现了出溶的单斜辉石和斜方辉石棒状体石和斜方辉石棒状体- -石榴子石的出溶石榴子石的出溶 ，结合高温高压条件，结合高温高压条件石榴子石－辉石固溶体的实验资料，论证提出出溶前该石榴石榴子石－辉石固溶体的实验资料，论证提出出溶前该石榴子石（子石（超超SiSi）的形成压力）的形成压力 >10>10－－14 GPa14 GPa，即这些岩石来源于，即这些岩石来源于300300－－400Km400Km的地幔深度的地幔深度Haggerty et al, 1990. Ultradeep (greater than 300 kilometers) ultramafic upper mantle xenoliths. Science, 248: 993~996 Sautter, Haggerty et al, 1991. Ultradeep (>300 kilometers) ultramafic xenoliths: Petrological evidence from the transition zone. Science, 252: 827~830.石榴子石出溶辉石显微结构的发现与研究意义重大启示：地幔深度条件下某些矿物固溶体可“溶解”地壳深度所不能“溶解”的特殊组分，这些组分在岩石侵位或折返过程中由于压力或压力和温度的降低变得不稳定并从寄主矿物中离溶出来。

因此，一些特殊矿物出溶结构可能成为赋存岩石形成深度的判别标志此后，矿物出溶结构研究拓展到超高压变质岩石之中，涌现出一大批重要的研究成果(After Liou et al.,2007)目前全球至少在目前全球至少在 22 22 条造山带条造山带中发现了超高压岩石中发现了超高压岩石认定依据：认定依据：特征矿物特征矿物（如柯石英，金刚石等）及（如柯石英，金刚石等）及特殊的矿物出溶结构；特殊的矿物出溶结构；矿物出溶结构研究意义：矿物出溶结构研究意义：限定俯冲深度限定俯冲深度及其及其动力学演化过程动力学演化过程方面发挥着重要作用方面发挥着重要作用 目前关注的科学问题：目前关注的科学问题：如何区分认定某些矿物的显微结构是如何区分认定某些矿物的显微结构是“出溶结构出溶结构”还是还是“非出溶非出溶结构结构”？？ 如何准确解析这些显微结构的地质内涵？如何准确解析这些显微结构的地质内涵？在学习、理解前人研究成果的基础上，重点就矿物出溶结构的识在学习、理解前人研究成果的基础上，重点就矿物出溶结构的识别标志、如何进行研究及其研究面临的问题与挑战谈一谈体会别标志、如何进行研究及其研究面临的问题与挑战谈一谈体会. . 二二、、矿物出溶结构及其相关结构涉及的矿物出溶结构及其相关结构涉及的基本概念基本概念出溶作用出溶作用(exsolution)(exsolution)交代作用交代作用(metasomatism)(metasomatism)矿物中的包裹体矿物中的包裹体(inclusion) (inclusion) 矿物的定向附生矿物的定向附生(overgrowth) (overgrowth) （（1 1）出溶作用）出溶作用 ( (exsolution) )概念：概念：出溶出溶作用通常是指某一均匀的矿物固溶体，由于温度、压力或温度与压力两者同时改变而分离为两种或两种以上不同矿物相的过程.由出溶作用形成的异种矿物之间的相互交生(intergrowth) 称之为矿物的出溶结构，出溶后较丰富的矿物相称为基质，而较少量的矿物相称为出溶片晶或出溶棒状体.固溶体(solid solution)概念：在固态条件下，一种组份内“溶解”了其他组而形成的均匀的固体。

即，固溶体是由两种或两种以上的组份组成的，其中含量较高的组份可看成是固态的溶剂，其他组份则为溶质分类：1.替代固溶体—类质同象混晶 （有序与无序之分） 2.填隙固溶体（侵入固溶体） 3.缺位固溶体类质同象是固溶体的一种类型从晶体结构的角度看，除有序固溶体外，其余固溶体的晶格都是明显的缺陷结构三类固溶体分别与杂质填隙、替位和空位三种点缺陷相对应出溶作用的特点：出溶作用的特点：组分迁移的方式：是原子、离子或分子的扩散作用.驱动力或必要条件：是出溶前后体系自由能的降低.组分变化的规律：是等化学的分解反应－即理论上 出溶前后组分是守恒的.详见：1.《矿物学原理》－施倪承，马喆生等译，地质出版社，1992 2. Rock-forming minerals,Vol.2A. Deer W. A., et al. (1978) 3. Solid solutions in silicate and oxide systems, edited by Charles A. Geiger, Eotvos University Press, 2001 出溶结构的特征：出溶结构的特征：通常表现为单个矿物晶体或颗粒内两种或两种以上异种矿物晶体彼此间以一定的结晶学取向关系交互连生，或一种矿物晶体嵌生于另一种晶体之中.其中，结晶学取向关系可表现为拓扑取向 (topotaxy) 或共晶格取向(syntaxy)或共面网取向(epitaxy); 共晶格取向依据两种矿物接触边界面网间距的差别可分为共格界面与非共格界面碱性长石出溶条纹间的非共格(A，C)、共格(B)和半共格(D)边界图解(据Yund & Tulis,1983)（（2 2）交代作用）交代作用( (metasomatism) )交代作用一词是十八世纪中叶首次由诺曼(C.Naumann)提出的，用以指“一种能使固体岩石总化学成分改变的作用”.此后，哥尔德斯密特(1922)、林格伦(1933)和柯尔仁斯基(1936)等人都曾予交代作用以各种定义.目前，一般理解交代作用“是指有一定数量的组分被带进和带出，使岩石或矿物的总化学成分发生不同程度的改变的一种机理复杂的成岩和成矿作用”.由交代作用形成的显微结构称交代结构，交代结构广泛发育于许多高级变质岩中.交代作用的特点：组分迁移的方式：主要为渗透作用和扩散作用.驱动力：岩石或矿物中存在毛细管状态的粒间空隙或 裂隙之间的压力差以及不同部位的浓度差.组分变化规律：由于有一定数量组分的带出带入，因 此交代前后岩石或矿物的总化学成分发生不同程度的改变交代结构的特征： 由交代作用新生成的矿物的形态通常很不规则，常呈树枝状或细脉状，有时还贯通或切割主晶矿物颗粒的边界，并且在主晶内的分布很不均匀. 然而，定向交代结构，如一部分条纹长石结构的形成，就是斜长石沿一定方位交代钾长石所致. 交代结构举例引自《变质岩鉴定手册》，陈曼云等编著，地质出版社，2009引自《变质岩鉴定手册》，陈曼云等编著，地质出版社，2009引自《变质岩鉴定手册》，陈曼云等编著，地质出版社，2009（（3 3）矿物中的包裹体）矿物中的包裹体 (inclusion) 矿物包裹体矿物包裹体 是矿物在生长过程中或形成后所捕获而包裹在矿物颗粒内部的外来物质. 包裹体既可以是其它矿物晶体，也可以是气体、液体或非晶质体. 包裹体按成因分类： 原生(primary inclusion) 、 假次生(psedou-secondary inclusion) 次生(secondary inclusion).原生包裹体：是矿物生长过程中同时形成的包裹体，常沿矿物某些特定结晶学方向，特别是平行主矿物的某些晶面方向成群或呈条带状、环带状分布(图中的P).假次生包裹体和次生包裹体：则是主矿物结晶过程中或形成之后，热液沿矿物的细微裂隙贯入并发生重结晶时捕获而形成的包裹体，它们常沿矿物颗粒内部的裂隙或切穿矿物颗粒的裂隙分布(图中的PS和S). 据何知礼 ，1982（（4 4）矿物的定向附生）矿物的定向附生(overgrowth) 定向附生：定向附生：又称浮生，是指一种晶体以一定的结晶学取向关系附生于另一种晶体之上或之中而构成的晶体之间的规则连生. 成因机理：成因机理：附生一般都是共面网取向连生(epitaxy), 即矿物晶体之间，由于它们具有彼此相似的面网而导致的相互取向连生. 如：十字石的 (010) 面网与蓝晶石的 (100) 面网在结构与成分上都相近，故十字石以(010) 面附生于蓝晶石 (100) 面上. 成因分类：成因分类：生长定向附生、出溶定向附生及交代定向附生. 十字石以十字石以(010) 面附生于蓝晶面附生于蓝晶石石 (100) 面上面上对生长定向附生而言对生长定向附生而言，其中两种晶体可同时结晶，，其中两种晶体可同时结晶，如形成文像结构的长石和石英的规则交生就是这如形成文像结构的长石和石英的规则交生就是这种成因的定向连生；也可以是一种晶体先形成，种成因的定向连生；也可以是一种晶体先形成，而后另一种晶体按一定规律浮生其上，如十字石而后另一种晶体按一定规律浮生其上，如十字石与蓝晶石与蓝晶石. . 而出溶定向附生与交代定向附生则分别与前述出而出溶定向附生与交代定向附生则分别与前述出溶结构和定向交代结构的概念是完全一致的溶结构和定向交代结构的概念是完全一致的. .小结小结：：由以上基本概念出发，明显可以看出由以上基本概念出发，明显可以看出矿物的矿物的““出溶出溶结构结构””、、““定向交代结构定向交代结构””、、““定向包裹体定向包裹体””和和 “ “生长定向附生生长定向附生” ” 4 4种显微结构有某些相似之处种显微结构有某些相似之处. .但它但它们的们的形成机理与形成过程是完全不同的形成机理与形成过程是完全不同的，因而所代，因而所代表的表的地质内涵亦有本质上的差别地质内涵亦有本质上的差别. .因此，因此，有效地区分与辨认矿物中一些具有定向性的有效地区分与辨认矿物中一些具有定向性的显微结构究竟是显微结构究竟是““出溶结构出溶结构””还是还是““非出溶结构非出溶结构””的研究至关重要的研究至关重要. .需要细致地显微结构观察、分析三、矿物显微出溶结构的基本特征三、矿物显微出溶结构的基本特征 及其识别标志及其识别标志一些典型矿物显微出溶结构的几何学一些典型矿物显微出溶结构的几何学特征举例：特征举例：1. 1. 石榴子石出溶单斜辉石＋斜方辉石石榴子石出溶单斜辉石＋斜方辉石(1)(1)石榴子石出石榴子石出溶单斜辉石溶单斜辉石和斜方辉石和斜方辉石最早最早发现于发现于南非含金刚南非含金刚石金伯利岩石金伯利岩中的中的幔源石幔源石榴子石二辉榴子石二辉橄榄岩橄榄岩. .出溶的辉石棒状体主要分布在石榴子石颗粒的核部，且其出溶的辉石棒状体主要分布在石榴子石颗粒的核部，且其<001><001>方向沿石榴石的方向沿石榴石的<111><111>晶带方向分布；少部分呈石榴子石的裙边分布晶带方向分布；少部分呈石榴子石的裙边分布. .Haggerty et al, 1990. Ultradeep (greater than 300 kilometers) ultramafic upper mantle xenoliths. Science, 248: 993~996 几乎同时几乎同时，石，石榴子石出溶单榴子石出溶单斜辉石和斜方斜辉石和斜方辉石辉石又见于又见于南南非含金刚石金非含金刚石金伯利岩中的伯利岩中的榴榴辉岩捕虏体以辉岩捕虏体以及石榴石捕虏及石榴石捕虏晶中晶中. .出溶的辉石棒状体亦主体分布在石榴子石的核部，其出溶的辉石棒状体亦主体分布在石榴子石的核部，其<001><001>方向沿石榴石的方向沿石榴石的<111><111>晶带方向分布，并且在薄片中辉石一般沿三组方向分布，构成三角形图晶带方向分布，并且在薄片中辉石一般沿三组方向分布，构成三角形图案案. . Sautter, Haggerty et al, 1991. Ultradeep (>300 kilometers) ultramafic xenoliths: Petrological evidence from the transition zone. Science, 252: 827~830.1. 1. 石榴子石出溶单斜辉石＋斜方辉石石榴子石出溶单斜辉石＋斜方辉石(2)(2)1. 1. 石榴子石出溶单斜辉石＋斜方辉石石榴子石出溶单斜辉石＋斜方辉石(3)(3)见于挪威西部片麻岩区见于挪威西部片麻岩区(WGR)(WGR)石榴石橄榄石榴石橄榄岩的变斑状石榴子石瘤中岩的变斑状石榴子石瘤中依据依据第一种产出的针状辉石第一种产出的针状辉石恢复出溶前超硅石榴子石的成分指示恢复出溶前超硅石榴子石的成分指示其来源深度其来源深度为为185-200km 185-200km (van Roermund et al, 1998, 2001)；；新近进一步结合原位微量元素特征等分析新近进一步结合原位微量元素特征等分析确定第二种产出的辉石也是出溶的确定第二种产出的辉石也是出溶的产物产物，重新恢复出溶前超硅石榴子石的成分，重新恢复出溶前超硅石榴子石的成分获其形成深度为获其形成深度为>350km >350km (Spengler, 2006，Nature). 出溶的辉石有两种产出出溶的辉石有两种产出方式方式：：单个石榴石颗粒核部的单个石榴石颗粒核部的针状出溶物针状出溶物；；多晶石榴子石三接点间多晶石榴子石三接点间隙中的出溶物隙中的出溶物. .2. 2. 石榴子石出溶单斜辉石＋金红石＋磷灰石石榴子石出溶单斜辉石＋金红石＋磷灰石Ye et al (2000) 在中国青岛仰口在中国青岛仰口榴辉岩的粗粒石榴辉岩的粗粒石榴子石的核部发榴子石的核部发现密集的单斜辉现密集的单斜辉石、金红石与磷石、金红石与磷灰石的出溶灰石的出溶 （（Ye et al，，2000，，Nature)费氏台测定显示这些出溶棒状体的长轴方向彼此呈费氏台测定显示这些出溶棒状体的长轴方向彼此呈6060 /120/120 的夹角分的夹角分组平行，故分析其长轴方向沿石榴子石的组平行，故分析其长轴方向沿石榴子石的<111><111>晶带方向分布晶带方向分布. . 3. 3. 橄榄石出溶钛铁氧化物橄榄石出溶钛铁氧化物 该显微矿物出溶结构首先由该显微矿物出溶结构首先由Dobrzhinetskaya et al (1996，，Science) 发现于发现于Alpe Arami石榴子石橄榄岩中，石榴子石橄榄岩中，之后又分别在我国大别之后又分别在我国大别-苏鲁苏鲁和柴北缘石榴子石橄榄岩中陆续被发现和柴北缘石榴子石橄榄岩中陆续被发现. 其显微结构的显著特征是出溶的钛铁矿棒状体密集地出现在第一其显微结构的显著特征是出溶的钛铁矿棒状体密集地出现在第一世代橄榄石的核部世代橄榄石的核部. 透射电镜分析揭示其出溶棒状体与橄榄石的拓扑透射电镜分析揭示其出溶棒状体与橄榄石的拓扑结构关系为：结构关系为：[0001]Ilm // [100]Ol, [11-20]Ilm // [010]Ol和和[01-10]Ilm // [001]Ol. 虽然该出溶结构的形成机制及出溶前母体矿物形成的峰期压力条件还有虽然该出溶结构的形成机制及出溶前母体矿物形成的峰期压力条件还有不同认识不同认识 ，但对其属矿物出溶结构成因的认识则无异议，但对其属矿物出溶结构成因的认识则无异议.cdef4. 4. 单斜辉石出溶钾长石、榍石出溶柯石英以及单斜辉石出溶钾长石、榍石出溶柯石英以及单斜辉石出溶石英单斜辉石出溶石英 显微结构的特征均是出溶的矿物片晶或棒状体无不例外地定向密集地显微结构的特征均是出溶的矿物片晶或棒状体无不例外地定向密集地分布在母体矿物的核部分布在母体矿物的核部. . cabcdef5. 5. 斯石英出溶蓝晶石＋尖晶石斯石英出溶蓝晶石＋尖晶石其显微结构特征除蓝晶石其显微结构特征除蓝晶石+尖晶石棒状体比较密集尖晶石棒状体比较密集地定向分布在石英颗粒的地定向分布在石英颗粒的核部之外核部之外, 还另具还另具2个显著个显著特征：特征：1)1)这些矿物棒状体这些矿物棒状体高角度高角度穿过不同石英亚颗粒边界穿过不同石英亚颗粒边界时是平行和连续的时是平行和连续的；；2)2)这些棒状体矿物这些棒状体矿物长轴延长轴延伸方向的拓扑结构关系符伸方向的拓扑结构关系符合四方晶系的对称性合四方晶系的对称性. .不仅限定其出溶母体矿物不仅限定其出溶母体矿物只可能是斯石英，而且约只可能是斯石英，而且约束该出溶是发生在斯石英束该出溶是发生在斯石英稳定域稳定域. . Liu et al (2007，，EPSL)小结：小结：就显微结构的就显微结构的几何学特征而言几何学特征而言，矿物的出溶结构普遍具有以下几个共同显，矿物的出溶结构普遍具有以下几个共同显著的基本特征：著的基本特征： 1)1)所出溶的矿物片晶总是较自形、较密集、较均匀地分布在母体矿物颗所出溶的矿物片晶总是较自形、较密集、较均匀地分布在母体矿物颗粒的核部，母体矿物颗粒的边部则是相对粒的核部，母体矿物颗粒的边部则是相对 “干净干净” 的的(van Roermund et al, 2001) ；； 2)2)所出溶的矿物片晶总是沿母体矿物的特定结晶学方向分布，不同片晶所出溶的矿物片晶总是沿母体矿物的特定结晶学方向分布，不同片晶之间是相互平行或彼此以特定的夹角分布之间是相互平行或彼此以特定的夹角分布（（Ye et al，，2000)；； 3)3)当出溶片晶或棒状体沿母体矿物的多个结晶学方向分布时，其空间分当出溶片晶或棒状体沿母体矿物的多个结晶学方向分布时，其空间分布规律一定是能被母体矿物的部分或全部对称要素联系起来的布规律一定是能被母体矿物的部分或全部对称要素联系起来的. . 具有这些几何学特征的本质，在于母体固溶体矿物的均匀性以及出溶作用具有这些几何学特征的本质，在于母体固溶体矿物的均匀性以及出溶作用过程中组分的迁移是以离子扩散的方式进行的过程中组分的迁移是以离子扩散的方式进行的. . 4) 4)另外，由于矿物固溶体的出溶是一个等化学的分解反应，所以出溶后另外，由于矿物固溶体的出溶是一个等化学的分解反应，所以出溶后的矿物成分总和应与出溶前母体矿物的成分完全一致，的矿物成分总和应与出溶前母体矿物的成分完全一致，同时，同时，“重建重建” 获获得的出溶前母体矿物成分中的各种阴阳离子的配置及其类质同像替换关系得的出溶前母体矿物成分中的各种阴阳离子的配置及其类质同像替换关系必须符合该矿物固溶体的晶体化学原理必须符合该矿物固溶体的晶体化学原理. .因此，识别矿物的出溶结构，前因此，识别矿物的出溶结构，前2个和第个和第4个或全部个或全部4个基本特征个基本特征必须具备必须具备. 其中，第其中，第4个特征是其区别于母体矿物以定向附生的个特征是其区别于母体矿物以定向附生的方式包裹了其它矿物、或母体矿物结晶后受交代作用所致沿特方式包裹了其它矿物、或母体矿物结晶后受交代作用所致沿特定方向新生了其它矿物的最重要的标志之一定方向新生了其它矿物的最重要的标志之一. 四、一些出溶结构引发的争议四、一些出溶结构引发的争议及其启示及其启示 1. 1. 关于橄榄石出溶钛铁氧化物关于橄榄石出溶钛铁氧化物Dobrzhineskaya et al (1996)依据依据:1) 重建出溶前母体矿物重建出溶前母体矿物TiO2含量与含量与瓦兹利石中瓦兹利石中TiO2的浓度比较相近的浓度比较相近 (TiO2约为约为0.6 wt%））；；2) 寄主矿物橄榄石具有寄主矿物橄榄石具有罕见的罕见的[001]优选方位；优选方位；3)透射电镜分析揭示部分出溶的钛铁透射电镜分析揭示部分出溶的钛铁矿具有斜方晶系的晶体结构矿具有斜方晶系的晶体结构 (可能是可能是其超高压同质多形变体－钙钛矿其超高压同质多形变体－钙钛矿(Pervoskite)转化而来的转化而来的) 的特征；的特征；提出橄榄石出溶钛铁矿可能发生在提出橄榄石出溶钛铁矿可能发生在>10GPa的压力的压力 (相当于相当于>300km的地的地幔深度幔深度) 条件条件. 争论焦点（争论焦点（1 1）－出溶量的估算：）－出溶量的估算：Hacker et al (1997) 对同一地区的样品（由对同一地区的样品（由Dobrzhineskaya提供）以及中国提供）以及中国苏鲁荣城迟家店石榴二辉橄榄岩的橄榄石中钛铁矿出溶物进行了统计，获苏鲁荣城迟家店石榴二辉橄榄岩的橄榄石中钛铁矿出溶物进行了统计，获得出溶前橄榄石得出溶前橄榄石Ti02含量仅为含量仅为0.02-0.03 wt%。

Green et al (1997) 进一步用显微镜重新测量出溶钛铁矿的含量为进一步用显微镜重新测量出溶钛铁矿的含量为0.1-1.0 vol %，，TiO2的含量为的含量为0.07-0.6 wt%Bozhilov et al (2003) 利用共利用共聚焦激光扫描显微镜三维定聚焦激光扫描显微镜三维定量测试方法获得出溶钛铁矿量测试方法获得出溶钛铁矿的平均含量为的平均含量为0.31 vol %，个，个别颗粒达到别颗粒达到1.2 vol %，， TiO2的平均含量为的平均含量为0.23 wt %，最，最大可达大可达0.9 wt % (a) 0.07 vol%, (b) 0.24 vol%, (c) 0.57 vol.%, and (d) 1.05 vol%.争论焦点（争论焦点（2 2）－关于出溶机制）－关于出溶机制(A)(A)：：Risold et al (2001)发现橄榄石中存在平行与发现橄榄石中存在平行与(001)的面缺陷，而且杆状钛铁矿倾向于沿的面缺陷，而且杆状钛铁矿倾向于沿面缺陷分布，并从高分辨晶格像上测得面面缺陷分布，并从高分辨晶格像上测得面缺陷处的面间距为缺陷处的面间距为0.44mm，推测该面缺陷，推测该面缺陷为斜硅镁石层，而斜硅镁石结构通常允许为斜硅镁石层，而斜硅镁石结构通常允许有较高的钛含量，有较高的钛含量，因此提出这些钛铁矿可因此提出这些钛铁矿可能是由橄榄石中含钛硅镁石层分解而形成能是由橄榄石中含钛硅镁石层分解而形成的的. Bozhilov et al (2003) 则认为则认为Risold et al (2001)的假说无法解释的假说无法解释Alpe Arami第第一世代橄榄石中通常出现一世代橄榄石中通常出现均匀分布的钛铁矿和同时出现的铬铁矿以及该橄均匀分布的钛铁矿和同时出现的铬铁矿以及该橄榄岩中缺乏钛斜硅镁石的现象榄岩中缺乏钛斜硅镁石的现象. 争论焦点（争论焦点（2 2）－关于出溶机制）－关于出溶机制(B)(B)：：金振民等金振民等(1998)在大别碧溪岭石榴子石异剥橄榄岩的橄榄石中发现棒状在大别碧溪岭石榴子石异剥橄榄岩的橄榄石中发现棒状钛铬磁铁矿的出溶体，后经深入研究认为钛铬磁铁矿的出溶体，后经深入研究认为其形成可能是瓦兹利石稳定其形成可能是瓦兹利石稳定域域{(Fe, Cr)2, (Ti + Fe 2+)}O4 - (Mg, Fe)2SiO4固溶体减压分解的产物固溶体减压分解的产物，其，其形成深度可能形成深度可能>300km (Liu X W, 2005). Zhang et al (1999) 在大别毛屋方辉橄榄岩的橄榄石中发现磁铁矿的出在大别毛屋方辉橄榄岩的橄榄石中发现磁铁矿的出溶体，溶体，提出该出溶体的形成可能是减压作用过程中瓦兹利石结构的提出该出溶体的形成可能是减压作用过程中瓦兹利石结构的Fe3O4-(Fe, Mg)2SiO4固溶体分解的产物固溶体分解的产物，并推测毛屋超镁铁质岩的俯冲，并推测毛屋超镁铁质岩的俯冲深度深度>200km . 新近，宋述光等新近，宋述光等(2005)在柴北缘胜利口石榴子石橄榄岩的橄榄石中发现在柴北缘胜利口石榴子石橄榄岩的橄榄石中发现出溶的钛铁矿，亦认为推测其形成深度出溶的钛铁矿，亦认为推测其形成深度>200km . 争论焦点（争论焦点（2 2）－关于出溶机制）－关于出溶机制(C)(C)：：新近，新近，Hwang et al (2008)Hwang et al (2008)在大在大别毛北石榴子石橄榄岩中发现了别毛北石榴子石橄榄岩中发现了定向的铬磁铁矿＋赤铁矿棒状体，定向的铬磁铁矿＋赤铁矿棒状体，并提出其形成机制可能为：并提出其形成机制可能为：9 Fe7￿ ￿Si3￿ ￿O10(OH)6 (含水橄榄石）含水橄榄石） = 27 Fe2SiO4 (olivine) + 3 Fe2O3 (hematite) + Fe3O4 (magnetite) + 23 H2O + 4 H2但，但，Hwang et al (2008) Hwang et al (2008) 的这一的这一模型要求出溶前橄榄石含模型要求出溶前橄榄石含 (OH) (OH) 要高达要高达13.8%13.8%，折合成，折合成H H2 2O O为为6.5 6.5 wtwt％，对此，目前还缺乏实验矿％，对此，目前还缺乏实验矿物学资料的支撑物学资料的支撑. . 争论焦点（争论焦点（3 3）－高温高压实验资料（）－高温高压实验资料（A A）：）：Gudfinnsson and Wood (1998) 在温度介于在温度介于1400-1600 C和压力为和压力为13.2-14.2GPa的条件下的条件下以橄榄石和以橄榄石和地幔橄榄岩为起始材料地幔橄榄岩为起始材料，实验确定了，实验确定了平衡共存橄榄石平衡共存橄榄石与瓦兹利石与瓦兹利石中微量元素中微量元素Ti, Al, Cr, Ni, Ca和和Na的分配的分配.结果表明：结果表明：瓦兹利石中瓦兹利石中TiO2的最高含量为的最高含量为0.63 wt %，而橄榄石中，而橄榄石中TiO2的最高含量仅为的最高含量仅为0.11 wt %。

这一结果有力地支持了这一结果有力地支持了Alpe Arami橄榄石中钛铁矿出橄榄石中钛铁矿出溶棒状体的形成是瓦兹利石固溶体分解的产物溶棒状体的形成是瓦兹利石固溶体分解的产物. 争论焦点（争论焦点（3 3）－高温高压实验资料（）－高温高压实验资料（B B）：）：Dobrzhineskaya et al (2000) 在温度介于在温度介于1350-1700K和压力为和压力为5-12GPa的条件的条件范围内，以范围内，以石榴子石橄榄岩＋纯钛铁矿粉末石榴子石橄榄岩＋纯钛铁矿粉末(不含水体系不含水体系)为起始材料进行了为起始材料进行了TiO2在橄榄石中溶解度的高温高压实验研究在橄榄石中溶解度的高温高压实验研究.实验结果表明：在实验结果表明：在5GPa和和1400K橄榄石橄榄石TiO2的含量低于检出线，在的含量低于检出线，在8-10GPa 橄榄石含橄榄石含TiO2 为为0.5 wt %，在，在12GPa和和1600K 橄榄石橄榄石TiO2含量可达含量可达1 wt %争论焦点（争论焦点（3 3）－高温高压实验资料（）－高温高压实验资料（C C）：）：新近，新近，Hermann et al (2005)利用合成的利用合成的TiO2-MgO-SiO2体系体系进行实验研究，发现：进行实验研究，发现：在在1200-1500 C 和和1 bar压力条件下，压力条件下，橄榄石橄榄石中中TiO2的溶解度不仅随温度的升高而增大，的溶解度不仅随温度的升高而增大，而且还与共生的矿物相密切相关而且还与共生的矿物相密切相关. 如：如：与尖晶与尖晶石共生的橄榄石中石共生的橄榄石中TiO2的溶解度最高可达的溶解度最高可达1.25 wt %，而与板钛矿共生的橄榄石，而与板钛矿共生的橄榄石TiO2的溶解的溶解度最高仅为度最高仅为0.43 wt %；；在在1400 C 和和1.5-5.5GPa 压力条件，压力条件，橄榄石中橄榄石中TiO2的溶解度并不与压力呈现明显的相关，的溶解度并不与压力呈现明显的相关，在所有的实验中橄榄石的在所有的实验中橄榄石的TiO2含量均为含量均为约约0.2 wt%. 据此，据此，Hermann et al (2005)提出含提出含Ti橄榄石橄榄石以及橄榄石出溶钛铁矿不能作为指示其源于超以及橄榄石出溶钛铁矿不能作为指示其源于超深地幔深度的标志深地幔深度的标志. 然而，该实验的起始材料、然而，该实验的起始材料、实验的温压条件、尤其是实验产物中共生矿物实验的温压条件、尤其是实验产物中共生矿物组合的特征与前２个实验有明显的不同组合的特征与前２个实验有明显的不同. 因此，因此，我们认为该实验资料不足以用来讨论石榴子石我们认为该实验资料不足以用来讨论石榴子石橄榄石岩中橄榄石出溶钛铁氧化物的形成机制橄榄石岩中橄榄石出溶钛铁氧化物的形成机制. 争论焦点（争论焦点（4 4）－其它间接证据（Ａ）：）－其它间接证据（Ａ）：Bozhilov et al (1999) 进一步在进一步在Alpe Arami石榴子石橄榄岩中的石榴子石橄榄岩中的透辉石中发现空间群透辉石中发现空间群为为P21/c的单斜顽火辉的单斜顽火辉石的出溶，具有这种石的出溶，具有这种空间群的单斜顽火辉空间群的单斜顽火辉石只在深度大于石只在深度大于250km的地幔条件下的地幔条件下才稳定存在，才稳定存在，从而为从而为Alpe Arami石榴子石石榴子石橄榄岩超深来源提供橄榄岩超深来源提供了另一个有力的证据了另一个有力的证据. ( Bozhilov et al, 1999,Science)2. 2. 关于单斜辉石出溶石英的争议关于单斜辉石出溶石英的争议单斜辉石出溶石英的显微结构在世界许多高压－超高压带的榴辉岩中陆续单斜辉石出溶石英的显微结构在世界许多高压－超高压带的榴辉岩中陆续被发现，被发现，曾被认为是识别超高压变质作用的证据之一曾被认为是识别超高压变质作用的证据之一. 目前文献对其形成目前文献对其形成机制有两种解释：机制有两种解释： 1）认为是先存含）认为是先存含Ca-Eskola组分的单斜辉石降压退变分解的产物，其组分的单斜辉石降压退变分解的产物，其分解化学式可表示为：分解化学式可表示为： 2Ca0.5□0.5AlSi2O6→CaAl2SiO6+ SiO2. 依据：依据：Sobolev et al (1968) 发现西伯利亚金伯利岩蓝晶石榴辉岩中的单发现西伯利亚金伯利岩蓝晶石榴辉岩中的单斜辉石具有非计量化学之特征，后来斜辉石具有非计量化学之特征，后来Smyth (1980) 分析计算南非金伯利分析计算南非金伯利岩榴辉岩中的绿辉石含岩榴辉岩中的绿辉石含Ca-Eskola 组分可高达组分可高达17 mol %.然而，然而，Gasparik (1986) 的反转实验又的反转实验又进一步表明进一步表明含含Ca-Eskola 组分的单斜辉组分的单斜辉石的低压稳定性可延伸到石英稳定域石的低压稳定性可延伸到石英稳定域. 基于这一实验资料，基于这一实验资料，Page et al (2005) 强烈主张单斜辉石出溶石英的显微结强烈主张单斜辉石出溶石英的显微结构不能单独作为指示超高压的标志构不能单独作为指示超高压的标志. 同时，含同时，含Ca-Eskola组分的单斜辉石亦组分的单斜辉石亦被高温高压实验研究证实被高温高压实验研究证实.  2) Smith (1988) 把单斜辉石中石英棒状体的形成解释为是早期超硅单把单斜辉石中石英棒状体的形成解释为是早期超硅单斜辉石降压出溶的结果。

斜辉石降压出溶的结果 依据：依据：最早见于最早见于Mao (1971) 的实验研究，其结果表明的实验研究，其结果表明 Jd-Ca质单斜辉质单斜辉石在石在4GPa和和1100-1700 C的条件下超硅（的条件下超硅（SiO2）高达）高达7.5%，并且，并且SiO2在单斜辉石中的溶解度随压力的增大而增加在单斜辉石中的溶解度随压力的增大而增加. 后来，后来，Angel et al (1988)在在10-15GPa和和1600 C条件下合成了具有条件下合成了具有六次配位六次配位Si的非化学计量的钠质单斜辉石端员，其表达式为的非化学计量的钠质单斜辉石端员，其表达式为Na(Mg0.5,Si0.5)Si2O6. 然而，目前我们还不十分清楚的问题是，对超硅单斜辉石而言，其中超然而，目前我们还不十分清楚的问题是，对超硅单斜辉石而言，其中超Si的多少是否一定与其含的多少是否一定与其含Ca-Eskola 组分的多寡有关？反之，含组分的多寡有关？反之，含Ca-Eskola组份的单斜辉石是否就一定超硅？因此，上述两种关于单斜辉石组份的单斜辉石是否就一定超硅？因此，上述两种关于单斜辉石出溶石英的成因机制是否完全等同需要进一步深入研究出溶石英的成因机制是否完全等同需要进一步深入研究. ３３. . 关于石榴子石出溶金红石的争议关于石榴子石出溶金红石的争议a-b: 来自苏鲁仰口的榴辉岩c-d:来自德国Erzgebirge 含金刚石的长英质岩石e-f:来自southern Bohemian Massif附近的长英质麻粒岩Hwang S. L., et al., J. metamorphic Geol., 2007, 25, 349–362AEM indicated the traces of rutile needles are parallel to <111>/<100>, <112> and<110> directions of garnet when viewed along <110>, <111> and <100> zone axes of garnet, respectively.The lack of specific orientation relationships between rutile and garnet host因此，因此， Hwang et al(2007) 提出石榴子石中的金红石提出石榴子石中的金红石棒状体可能不是出溶作用棒状体可能不是出溶作用的产物．的产物．Micrographs of exsolved pyroxenes in garnet样品来自挪威Otrøy和Fjørtoft岛上石榴橄榄岩中的石榴石Three types of exsolved intracrystalline pyroxenes:1) Orthopyroxene rods (> 90 %)2) Clinopyroxene rods3) Cpx + Opx intergrowth rodsPyroxene lamellae showing stratified intergrowth of cpx and opx with various ratios.OpxOpxCpx Cpx 在在测量的量的200多个多个辉石石颗粒中，粒中，约有有80-90％％的的辉石出石出溶体与寄主石榴石存在溶体与寄主石榴石存在紧密的密的稳定定结晶学取向关系晶学取向关系[001]px // <111>grt & [010]px // <110>grt 小结：几点启示小结：几点启示1) 一些矿物出溶结构的形成可能存在一些矿物出溶结构的形成可能存在多种机制多种机制，如橄榄石出溶钛铁矿，大，如橄榄石出溶钛铁矿，大多数研究者认为是含多数研究者认为是含TiO2瓦兹利石固溶体降压分解的产物，但也有研究瓦兹利石固溶体降压分解的产物，但也有研究提出可能是橄榄石面缺陷－含钛硅镁石层分解而形成的提出可能是橄榄石面缺陷－含钛硅镁石层分解而形成的. 对此及类似问题，对此及类似问题，多方面细致综合研究并有效地予以甄别十分关键多方面细致综合研究并有效地予以甄别十分关键. 2) 一些特殊类质同象组分在出溶母体矿物相中溶解度的高温高压实验研一些特殊类质同象组分在出溶母体矿物相中溶解度的高温高压实验研究及其溶解度与温压条件相关性的认知，究及其溶解度与温压条件相关性的认知，是判别出溶结构是否具有超高是判别出溶结构是否具有超高压指示意义以及解析矿物出溶结构形成机制的理论依据压指示意义以及解析矿物出溶结构形成机制的理论依据.但是，类质同象组分在相关矿物相中但是，类质同象组分在相关矿物相中溶解度的变化除与温压条件有关之溶解度的变化除与温压条件有关之外，还可能与体系的化学成分或矿物共生组合有关外，还可能与体系的化学成分或矿物共生组合有关. 因此，因此，在进行高温高压实验模拟或利用已有实验资料分析某一矿物出溶在进行高温高压实验模拟或利用已有实验资料分析某一矿物出溶结构的成因时，结构的成因时，应特别关注实验起始材料的成分及实验产物中的矿物共应特别关注实验起始材料的成分及实验产物中的矿物共生组合是否与所研究的岩石体系相吻合生组合是否与所研究的岩石体系相吻合. 3)矿物出溶结构的认定与研究难度相对较大，矿物出溶结构的认定与研究难度相对较大，不仅要求对出溶母体矿物在不仅要求对出溶母体矿物在高温高压条件下的晶体化学行为及其变化有全面深入的了解，而且需要对高温高压条件下的晶体化学行为及其变化有全面深入的了解，而且需要对细小的出溶矿物片晶或棒状体进行化学成分、晶体结构、出溶量以及其与细小的出溶矿物片晶或棒状体进行化学成分、晶体结构、出溶量以及其与母体矿物拓扑关系的分析和确定母体矿物拓扑关系的分析和确定. 五五、、出溶结构研究面临的一些问题出溶结构研究面临的一些问题1)前已述及，前已述及，解析矿物出溶结构能否作为超高压变质的标志及其指示的压力解析矿物出溶结构能否作为超高压变质的标志及其指示的压力究竟是多少等地质内涵的关键，是要对出溶母体矿物在高温高压条件下的究竟是多少等地质内涵的关键，是要对出溶母体矿物在高温高压条件下的晶体化学行为及其分解与变化规律有全面深入的了解晶体化学行为及其分解与变化规律有全面深入的了解. 然而，目前仅对少数超高压或超深矿物中一些类质同象组分的溶解度随温然而，目前仅对少数超高压或超深矿物中一些类质同象组分的溶解度随温压条件变化的知识有一定的高温高压实验资料的积累，压条件变化的知识有一定的高温高压实验资料的积累，而对大部分其它超而对大部分其它超高压或超深矿物的相关知识知之甚少高压或超深矿物的相关知识知之甚少. 2) 已有研究表明，已有研究表明，同一类矿物所出溶的矿物的种类具有多样性同一类矿物所出溶的矿物的种类具有多样性. 如：石榴子如：石榴子石可以出溶单斜辉石或斜方辉石，也可以出溶单斜辉石＋金红石＋磷灰石石可以出溶单斜辉石或斜方辉石，也可以出溶单斜辉石＋金红石＋磷灰石或金红石＋石英＋磷灰石；单斜辉石不仅可出溶石英或金红石＋石英＋磷灰石；单斜辉石不仅可出溶石英/柯石英柯石英, 石榴子石，石榴子石，斜顽辉石和钾长石，还可以出溶金云母＋柯石英斜顽辉石和钾长石，还可以出溶金云母＋柯石英/石英石英. 显然，显然，导致这种多样性的首要因素可能是母体矿物固溶体导致这种多样性的首要因素可能是母体矿物固溶体 “溶解溶解” 了不了不同的组分所致同的组分所致，，但控制这些不同组分耦合置换的晶体化学内因及其规律是但控制这些不同组分耦合置换的晶体化学内因及其规律是什么？其稳定存在与发生出溶时所对应的物理化学条件的差异又是什么？什么？其稳定存在与发生出溶时所对应的物理化学条件的差异又是什么？需要进一步探究需要进一步探究. 3) 近近10多年来的研究表明多年来的研究表明, 微量微量 “水水” 也可以结构水的形式与其它类质同也可以结构水的形式与其它类质同象组分耦合存在于超高压岩石的名义上无水的矿物之中象组分耦合存在于超高压岩石的名义上无水的矿物之中. 新近，一些超高压岩石中名义上无水矿物出溶了含水矿物的显微结构现象新近，一些超高压岩石中名义上无水矿物出溶了含水矿物的显微结构现象不断被发现，如哈萨克斯坦含金刚石大理岩的不断被发现，如哈萨克斯坦含金刚石大理岩的单斜辉石中发现了金云母＋单斜辉石中发现了金云母＋柯石英的出溶柯石英的出溶，柴北缘石榴子石橄榄岩的，柴北缘石榴子石橄榄岩的石榴子石中发现钠质角闪石＋金石榴子石中发现钠质角闪石＋金红石＋磷灰石的出溶红石＋磷灰石的出溶，苏鲁石榴子石二辉橄榄岩石榴子石包体中的，苏鲁石榴子石二辉橄榄岩石榴子石包体中的单斜辉单斜辉石发现出溶的含钾韭闪石石发现出溶的含钾韭闪石等等, 不仅提供了俯冲带岩石中的矿物可携带含水不仅提供了俯冲带岩石中的矿物可携带含水流体与大离子亲石元素（如流体与大离子亲石元素（如K、、Na、、P等）进入地幔深部的有力证据，而等）进入地幔深部的有力证据，而且且进一步表明伴随超高压岩石抬升折返时这种微量进一步表明伴随超高压岩石抬升折返时这种微量“水水”与大离子亲石元与大离子亲石元素在母体矿物中又变得不稳定而析离出来素在母体矿物中又变得不稳定而析离出来. 显然，显然，深俯冲岩石从地幔深度折返回地表的过程中一些名义上无水矿物的深俯冲岩石从地幔深度折返回地表的过程中一些名义上无水矿物的含水性发生了复杂的物理化学变化含水性发生了复杂的物理化学变化，，但目前我们对发生这一变化的动力学但目前我们对发生这一变化的动力学机制与引发的效应尚不明确机制与引发的效应尚不明确. 4) 目前，目前，原岩类型主体是各种片麻岩原岩类型主体是各种片麻岩 (含副变质的含副变质的) 或沉积岩的超高压岩或沉积岩的超高压岩石不断被发现，石不断被发现，尤其是阿尔金超高压带中泥质片麻岩中先存斯石英出溶尤其是阿尔金超高压带中泥质片麻岩中先存斯石英出溶蓝晶石＋尖晶石显微结构的发现和确定，蓝晶石＋尖晶石显微结构的发现和确定，表明这些岩石深俯冲形成的矿表明这些岩石深俯冲形成的矿物组合和矿物学特征及其在抬升过程中发生的物理化学变化以及残存的物组合和矿物学特征及其在抬升过程中发生的物理化学变化以及残存的矿物学信息可能不完全等同于榴辉岩和变质的超镁铁质岩矿物学信息可能不完全等同于榴辉岩和变质的超镁铁质岩。

但对此，目但对此，目前人们的认知大部分是匮乏的前人们的认知大部分是匮乏的因此，针对上述问题因此，针对上述问题, 把高温高压实验与天然岩石样品中的把高温高压实验与天然岩石样品中的显微结构观察以及多种矿物微区分析测试手段有机地相结合显微结构观察以及多种矿物微区分析测试手段有机地相结合开展深入研究开展深入研究，不仅对深化超高压变质作用以及大陆深俯冲，不仅对深化超高压变质作用以及大陆深俯冲研究提供重要信息和关键性的约束条件，而且有望对陆壳深研究提供重要信息和关键性的约束条件，而且有望对陆壳深俯冲以及引发的壳幔交换作用等固体地球科学重要问题提供俯冲以及引发的壳幔交换作用等固体地球科学重要问题提供新认识n出溶结构蕴含丰富的地质信息,研究意义重大，但研究难度大n如何研究？n野外地质－－新鲜样品显微结构的细致观察－－前提n精细地分析测试－－包括成分、拓扑关系等 EBSD，透射电镜n固溶体矿物高温高压实验－－ －是解析出溶结构地质意义的核心六六、、结语结语。