天然辐照损伤对锆石高压相变的影响

论文摘要

天然锆石作为一种富含U和Th等放射性元素的硅酸盐矿物,其物理化学性质稳定。在自然界陨石撞击过程中会转变为莱氏石这种十分稀少的硅酸盐矿物。它可以作为陨石撞击事件确认无疑的证据,并指示陨石撞击过程的压力范围。一般认为,莱氏石形成主要受温压条件影响。然而天然锆石内部放射性元素产生的辐照对材料微观结构的改变也深刻影响着锆石的高压相变。本文将金刚石对顶砧与同步辐射X射线衍射、显微拉曼光谱和高分辨透射电镜等先进手段相结合,系统研究了5种不同天然辐照损伤程度锆石样品的高压相变行为。通过原位高压拉曼和同步辐射XRD实验,独立分析了不同辐照剂量对锆石高压相变影响。研究发现低辐照剂量对锆石的高压相变具有促进作用。超过某一剂量后,随着剂量的升高反而抑制莱氏石形成。根据卸压后样品的高分辨透射电子显微镜观察发现:低辐照剂量锆石晶体的完整性未受破坏,41 GPa左右已完全转变为莱氏石;而高辐照剂量下,晶体的完整性已被破坏,加压至42GPa后样品中不仅包含莱氏石纳米颗粒,还有锆石纳米晶体以及大量非晶区域,这表明高剂量辐照抑制莱氏石产生。通过对同步辐射XRD数据进行Rietveld精修,得到相变过程中每种剂量样品的两相比例变化趋势,进一步量化了α衰变对锆石高压相转变的影响程度。五种样品的两相比例变化趋势均可以通过一个具有明确物理参数的指数函数很好地拟合,并得到不同剂量下锆石相变的起始压力以及转变一半锆石相时所需要的压力。在上述实验观察和分析基础上,我们首次阐述了辐照损伤对锆石相变影响的物理机理。锆石向莱氏石的转变需要满足两个条件:1、锆石晶体的完整性,以保持相变所需的剪切应变;2、锆石相变为莱氏石所需的微小位移。在低剂量时,辐照损伤以及辐照产生的[SiO4]四面体的旋转提供了锆石向莱氏石转变时所需的微小原子位移,同时锆石晶体完整性还未被破坏。在高压下,两者共同促进在晶体结构向低对称性、更紧密排列的白钨矿结构转变;而在高剂量下锆石的完整晶格遭到完全破坏,使之无法提供锆石高压相变为莱氏石所需的剪切应变,从而抑制了莱氏石的产生。另外纳米锆石的形成也可能抑制了高压相变的发生。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王偲偲

导师: 刘迎新,李伟星

关键词: 锆石,莱氏石,辐照损伤,高压相变

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P578.94;P575

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001043

总页数: 58

文件大小: 8623K

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