导　　师： 何宏平

授予学位： 博士

作　　者： (）;

机构地区： 中国科学院广州地球化学研究所

摘　　要： 云母是一种重要的造岩矿物,广泛分布于岩浆岩、沉积岩和变质岩之中。云母可以从气相、熔体、热液或者固相中结晶形成。在生长过程中,云母记录了地质历史变迁和环境条件演化等重要信息,因此成为一种重要的信息载体,引起了矿物学家和岩石学家的广泛关注。根据云母微形貌和微结构特征可以推测出结晶时环境的过饱和度和温度压力等物理-化学条件。然而,目前只有热液成因的云母生长过程进行过详细地研究,其他条件（气相、熔体和固相）的生长过程却鲜有报道。众所周知,岩浆冷却结晶而成的云母是云母家族中的重要组成部分,并且具有十分重要的经济价值,但人们对云母在熔体中的生长动力学过程却知之甚少。另外,云母在生长过程中,由于某些动力学和/或热力学因素,常形成各种多型。目前关于云母多型成因,尤其是三八面体云母（比如:黑云母和金云母）仍存在争议。主要集中在:（1）结构控制是否影响多型形成,其强度多大;（2）层生长和螺旋生长机制与多型成因的关系;（3）温度变化速率是否影响多型形成;（4）化学成分是否对云母多型成因起控制作用。氟金云母是一种典型的三八面体云母,广泛赋存于火山岩、变质岩和热液脉中,同时也可以人工合成。相对于地质样品,熔融法合成的氟金云母具有成分简单、晶体尺寸大、反应条件严格可控等优点,并且各种多型（比如:1M、2M1和3T型等）共存。因此氟金云母是研究熔体中云母生长机制以及多型成因等科学问题的理想对象。本论文通过开展熔体中氟金云母合成和表征实验,揭示了熔体中氟金云母生长过程及其与驱动力之间的关系;探讨了结构控制、生长机制、降温速率和Al浓度对氟金云母多型成因的影响,阐述了氟金云母多型形成机制。论文获得了以下新的认识:1.结构精修获得1M和2M1型氟金云母晶体结构,结构控制对多型的形成作用较小。合成了1M氟金云母,其空间群为C2/m,晶胞参数为a=5.2941（4）?,b=9.1773（6）?,c=10.1061（7）?,?=100.141（7）°;2M1氟金云母空间群为C2/c,晶胞参数为a=5.3094（16）?,b=9.1973（28）?,c=20.0442（60）?,?=95.141（7）°。1M和2M1氟金云母具有相似的化学成分,并以Al2O3含量较高（1M多型:15.60wt%;2M1多型:15.65 wt%）为特征。计算获得1M氟金云母晶体化学式为:K1.00Na0.01Mg2.82Al0.16(Si2.88Al1.12)O10F2.00,2M1氟金云母的晶体化学式为:K0.99Na0.01Mg2.84Al0.15(Si2.87Al1.13)O10F2.00。四面体中IVAl含量对氟金云母晶体结构具有重要的影响。IVAl含量增加导致四面体平均键长(mean)、四面体旋转角（?）、八面体压平角（ψ）以及内外钾氧键长差值(（35）mean)等结构畸变参数增大,而四面体压平角（?）减小。1M和2M1型氟金云母之间结构控制作用差异小,容易受到外部因素的影响。结构控制对形成2M1多型具有一定的作用,但不是主要控制因素。2.揭示了熔体中结晶氟金云母的表面微形貌特征、生长机制、及其与驱动力之间的关系。熔体中氟金云母生长受生长驱动力大小的影响。层生长和螺旋生长的过渡区间发生在降温速率为35?C/h。3?C/h降温条件,生长驱动力小,以螺旋生长机制为主;而5?C/h降温条件,生长驱动力大,以层生长机制为主。另外,氟金云母还可以晶片沉积机制以及负螺旋机制进行生长。氟金云母晶体生长呈现出各向异性,a轴方向生长速度明显快于b轴方向。在实际过程中,晶体生长还受到了溶质浓度和传质方向的影响,经常形成凹坑以及五边形等特殊的形貌。3.探究了降温速率和生长机制对氟金云母多型成因的影响。降温速率对多型成因具有明显的影响。其他条件相同的情况下,缓慢降温（3?C/h）和快速降温（50500?C/h）形成的氟金云母中2M1多型含量都为0,表明不利于2M1多型形成。从5?C/h至30?C/h,2M1多型变化规律是先从9 wt%增加至14 wt%,然后再减少至8 wt%。缓慢降温过程（3?C/h）中熔体接近于平衡态,云母以能量最小的1M型存在。降温速率增加（530?C/h）导致熔体偏离平衡态,2M1型以亚稳态形式出现。降温速率继续增大,晶体沿c轴生长速度加快,而两种多型的结构控制作用差异小,难以形成长程有序的?120?交替堆垛,因此无2M1型氟金云母形成。另外,在本研究中螺旋生长机制难以形成2M1型氟金云母,2M1多型主要以层生长机制生长而成。4.揭示了Al浓度对1M和2M1型氟金云母多型成因的影响。2M1多型含量与氟金云母晶体结构中Al含量无关,但明显受到了起始反应物中Al浓度的影响。起始反应物中Al浓度越高越有利于2M1型氟金云母形成而不利于1M型氟金云母结晶。分析认为,Al在八面体中选择性占据M2位置可能影响了堆垛层的几何结构,从而有利于2M1多型形成。更多还原

关 键 词： [6828042]氟金云母 多型成因 [4908822]结构精修 结构畸变 螺旋生长 表面微形貌

分 类 号： [P578.959]

领　　域： []