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二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应速率和氢气形成的影响

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橄榄石热液蚀变影响地球动力学和俯冲带挥发分(如水和碳)的再循环.二氧化硅是地质流体的重要成分之一.已有实验研究主要采用H2O或者盐溶液作为初始物与橄榄石反应,而对二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应和氢气形成的影响缺乏认识.本文在300～515℃和3.0kbar条件下开展水热实验(1bar=105Pa),考察均匀混合的橄榄石和二氧化硅粉末与盐溶液(0.5molL-1的NaCl)反应产物和过程.使用傅里叶红外光谱分析建立标准曲线,测定了实验产物中蛇纹石和滑石的比例.结果显示,二氧化硅可以显著影响橄榄石的热液蚀变反应路径、反应速率和氢气的形成.在300℃、SiO2含量为10wt％时,7天后橄榄石热液蚀变形成蛇纹石(占6.5％)和滑石(占12％).延长反应时间,蛇纹石和滑石并没有明显增加.形成蛇纹石的反应方程式为:4.5橄榄石+5.5SiO2+4H2O=蛇纹石.当初始物中SiO2增加至20wt％以上时,橄榄石热液蚀变形成滑石.当SiO2含量从20wt％增至40wt％时(反应时间均为14天),实验产物中的滑石含量从43％增加至77％,表明反应速率随着SiO2含量的增加而加快.形成滑石的反应方程式为:3橄榄石+5SiO2+2H2O=2滑石.其他温度下的实验得到类似的实验结果.在300℃,SiO2导致热液蚀变产生的氢气浓度降低了 1～2个数量级,对应的氧逸度(logfO2)为ΔFMQ-0.96～ΔFMQ-3.41(FMQ为铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲的氧逸度值).

黄瑞芳、孙卫东、丁兴、赵予生、李毅兵、商修齐

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中国科学院南海海洋研究所,边缘海与大洋地质重点实验室,广州 510301

南方科技大学前沿与交叉科学研究院,深圳 518055

中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心,青岛 266071

中国科学院广州地球化学研究所,同位素地球化学国家重点实验室,广州 510640

中国地质科学院地质研究所,北京 100037

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橄榄石热液蚀变 二氧化硅 蛇纹石化 氢气 蛇纹石

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2024

10.1360/N072023-0035

中国科学(地球科学)
中国科学院

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CSTPCD北大核心
影响因子：1.828
ISSN：1674-7240
年,卷(期)：2024.54(1)
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