岫岩陨石坑金红石高压多形研究

金红石高压多形在冲击变质岩石和地幔岩石的温度压力示踪以及探索地球深部后斯石英相转变有重要应用。天然金红石高压多形近年来被发现在若干超高压变质岩和陨石撞击坑岩石中，但对其形成机制和条件的认识仍十分贫乏。由于天然撞击事件可以引起类似于静态的高温高压，陨石坑中金红石高压多形的形成是否与冲击实验揭示的相转变机制相同，或与超高压变质岩中由静高压引起的相转变作用相类似，还是与其它未知过程有关尚待探讨。本项目拟对岫岩陨石坑中不同冲击变质程度岩石的矿物学调查和分析，寻找和发现金红石高压多形，研究矿物的微结构和化学组成特征，探讨冲击成因金红石高压多形的形成机制和温度压力条件，建立有效的冲击变质岩石和地球深部岩石温度压力历史的矿物示踪标准。岫岩陨石坑属于小型简单坑，过去在该类型陨石坑未曾发现金红石高压多形，这项研究对探索陨石坑撞击规模和能量与矿物高压相转变特征和规律的关系具有重要意义。

金红石是地球岩石中的一个常见副矿物，金红石高压多形的天然产状、相转变机制和物理化学条件对分析冲击变质岩石和来源于地球深部岩石的形成条件具有重要的意义。本项目计划通过对岫岩陨石坑冲击变质岩石的研究，探索金红石的冲击变质特征，调查潜在的高压相转变现象、相转变机制以及压力和温度条件。经过对岫岩陨石坑中不同冲击变质程度岩石的分析，本项研究不但发现了大量的冲击成因金红石高压多形，而且还发现了另一种重要副矿物锆石的高压相转变现象，揭示了角闪石的冲击变质现象和变化规律。主要研究结果如下：（1）在冲击变质片麻岩和变粒岩中发现了金红石/TiO2-II相的高压相转变现象。TiO2-II相的晶体结构为斜方晶系，与alpha-PbO2等结构，晶胞参数a=4.543(1)Å，b=5.491(9)Å，c=4.895(2)Å; V=122.1(4)Å3。TiO2-II相的密度比金红石高约2.9%。金红石/TiO2-II相转变的压力为35-45GPa，温度为300-900℃。TiO2-II相以微米级的微粒产出。TiO2-II相形成经由了两种不同方式，一是金红石发生马氏体类型相转变形成TiO2-II相，二是TiO2-II相沿着金红石颗粒的边缘或裂隙发生扩散性结晶生长。（2）在冲击变质片麻岩和变粒岩中发现了锆石/莱氏石的高压多形转变现象。莱氏石具有白钨矿类型的晶体结构，密度比锆石高约10.7l%。锆石/莱氏石相转变的压力为35-45GPa，温度为300-900℃。莱氏石在锆石中以微米级片晶状和不规则薄层产出。锆石/莱氏石相转变不但涉及到马氏体类型相转变，也与高压相扩散性结晶生长有关。（3）角闪石的冲击变质特征与冲击强度密切相关。在冲击压力低于10GPa和冲击温度低于300℃条件下，角闪石晶体结构和化学组成保持不变；在冲击压力为35-45GPa和冲击温度为300-900℃条件下，角闪石发生强烈变形、光学双折率降低、部分结构水（OH-1）的丢失；当冲击压力大于50GPa和温度大于1500℃时，角闪石发生熔融和脱水反应，辉石从冲击产生的角闪石熔体中结晶。本项研究揭示的金红石/TiO2-II相和锆石/莱氏石相转变现象为研究特定的冲击变质岩石和地球深部来源岩石的形成压力和温度条件建立了示踪标准。