下地幔温压下(Mg, Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性

在69～100 GPa冲击压力(估算温度为2600～4300 K)范围内进行了初始样品为(Mg0.92, Fe0.08)SiO3顽火辉石和MgO+SiO2的冲击压缩回收实验。对回收样品进行的X射线衍射(XRD)分析结果表明: 两发顽火辉石回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐, 而非钙钛矿结构; 另外, 回收样品中均未观察到氧化物SiO2 和(Mg0.92, Fe0.08)O的XRD特征谱线; 两发MgO+SiO2回收样品中均观察到SiO2和镁橄榄石(Mg2SiO4)而没有氧化物MgO。实验结果表明: 在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构, 在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变; 在实验的温压范围内, 不可能发生由(Mg0.92, Fe0.08)SiO3向SiO2和(Mg0.92, Fe0.08)O的化学分解相变, 顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。高压加载或卸载过程引起的晶格畸变导致回收样品和原始样品的谱线差异, 而高压加载导致钙钛矿型(Mg0.92, Fe0.08)SiO3晶格畸变的可能性更大。     

钙钛矿结构锰氧化物LaMn0.9Mg0.1O3的磁熵效应

采用传统的固相反应制备了钙钛矿结构锰氧化物L aM n0.9M g0.1O3多晶样品,并对其磁熵效应进行了研究。通过测量不同磁场下的磁化-温度曲线,发现伴随铁磁-顺磁相转变有一个大的磁熵变化,这个结果表明钙钛矿锰氧化物可以作为磁制冷技术中制冷材料。     

钙钛矿-锶钛矿-钠镧钛矿体系化合物晶体化学的研究概况

钙钛矿—锶钛矿—钠镧钛矿三元系是钙钛矿族矿物的典型代表。常温常压下CaTiO3为Pbnm结构，但随温度增高可分别相变为I4／mcm和Pm3m结构；SrTiO3的稳定结构是Pm3m14／mcm相；Na／2Ln1／2TiO3的结构则随Ln代表的元素种类不同而有所差异。三个端员组分在压力下的结构变化均没有明确的结论。在三个二元系中，只有CaTiO3—SrTiO3体系研究较深入，并已给出了T-X相图。本从样品的合成实验及高温和高压原位测量等方面展望钙钛矿型化合物的晶体化学研究及其意义。     

CaSiO_3钙钛矿的高温高压相变

<正>CaSiO3钙钛矿是地球下地幔最重要的矿物之一。根据地幔岩模型,CaSiO3钙钛矿在下地幔的体积含量约为8%;而俯冲到核幔边界中的大洋玄武岩可能含有体积分数高达~20%的CaSiO3钙钛矿。尽管此前关于CaSiO3钙钛矿在下地幔温压条件下的结构存在较大争议,但近期实验结果表明,CaSiO3在常温常压下以四方晶体结构存在,但在下地幔温度和压强条件下相变为立方体钙钛矿结构(Noguchi.,2013)。而立     

掺微胶囊相变材料粗粒土的冻胀试验研究北大核心CSCD

微胶囊相变材料(PCM)是一种可以通过转变形态而影响温度变化的材料。为了研究相关材料对路基土冻胀的影响,对普通粗粒土及掺入不同含量(5%、8%、10%)微胶囊相变材料粗粒土进行单向冻胀试验。结果表明:与普通粗粒土相比,掺入微胶囊相变材料能延缓粗粒土的温度变化,且土体具有较高的温度终值;同时,能对土样冻结深度的发展产生影响,降低粗粒土最大冻结深度值;也能减弱粗粒土的水分迁移能力,土体的补水量以及最终含水率均有不同程度的减小;掺入微胶囊相变材料能抑制粗粒土冻胀的发展,冻胀量以及冻胀率均得到一定程度的减小。比较掺入5%、8%和10%含量微胶囊相变材料粗粒土冻胀试验结果发现,更高含量的微胶囊相变材料在影响粗粒土的温度、水分以及冻胀等方面表现出更佳的改善效果。因此,在冻土区高铁路基土中掺入微胶囊相变材料,对改善路基冻胀的发生具有一定的工程意义。     

高温高压微束衍射实验进展及其地学应用

同步辐射X射线微束衍射技术与静态高压装置(包括金刚石压砧设备和大腔体压力机设备)结合运用是研究高温高压下物质晶体结构、相变等的有效方法。金刚石压砧高温高压实验技术的发展体现在:在产生极端高温高压的同时,获得准确的实验温度压力值,采用充装气体传压介质等方法减小压力梯度,采用激光双面加温技术和改进激光光路以减小样品径向和轴向的温度梯度。大腔体压力机高温高压实验技术的发展主要表现在产生更高的实验压力,以及测试过程中使样品在一定幅度摆动以消除晶体生长和择优取向对衍射数据的影响。同步辐射X射线微束衍射技术的发展主要表现在更高亮度和更宽能量范围的同步辐射光源的使用、X射线聚焦技术的发展,以及角色散X射线衍射测试技术的进步。介绍了近年来高温高压微束衍射实验在地球科学领域所取得的一些最新进展,包括硅酸盐超钙钛矿的实验发现,铁的高温高压相变及熔融曲线、SiO2 超斯石英相变、橄榄石尖晶石相—超尖晶石相转变压力的精确测定等研究结果;认为硅酸盐超钙钛矿的进一步深入研究,水对地球深部矿物岩石力学性质及熔融行为的影响,高温高压下物质的化学反应性和地球深部元素的地球化学行为等,是今后高温高压实验研究的重要方向。     

用重折率法鉴别材料中的晶相转变类型

材料研制中经常要对材料的有关物相及其相变进行经常的、大量的检测。在这些检测中遇到的最大难题是相变类型,该文提出如何用重折率法来检测晶相的相变类型。这种方法简便。     

含NaCl和Na2SO4双组分盐渍土的水盐相变温度研究

盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数。不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性。通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况。结果表明：全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na₂SO₄比例的不同而不同。随NaCl的加入,在Na⁺同离子效应的影响下,Na₂SO₄更容易结晶,但土体的冰和芒硝共晶点温度下降,使得冰含量显著减少,从而降低了孔隙溶液中固相的产生比例,起到抑制Na₂SO₄盐渍土盐冻胀变形的作用。当土中只含Na₂SO₄盐时,随Na₂SO₄浓度的增加,冰和芒硝共晶点的温度先上升而后缓慢下降,二次相变前冰盐的累积量是导致冰和芒硝共晶点产生这种变化的主要原因。盐渍土三相共晶点温度随NaCl含量的增加呈现上升趋势,这是因为随着NaCl的加入,在发生三相共晶前,孔隙溶液发生相变的固相含量减少,从而使孔隙结构对三相共晶点的影响减小。此外,含有NaCl与Na₂SO₄双组分的盐渍土,水分和盐分可能以单固相、双固相以及三固相状态析出。研究结果可为深入认识盐渍土的相变规律及物理性质提供理论支撑。     

地球下地幔矿物结构和热力学参数的研究进展与展望

下地幔从660 km到2 891 km深度,占据整个地球质量的49.2%并处于极端高温高压的状态。在下地幔相应的温度压力条件下研究主要构成矿物的物理性质,尤其是结构、密度和波速,是理解下地幔结构、物质组成以及动力学过程的关键。通过回顾过去30年高温高压矿物学实验对下地幔矿物,包括布里基曼石、铁方镁石、Ca-钙钛矿以及硅酸盐—后钙钛矿结构和热力学状态方程的重要研究进展,探讨温压条件变化、成分变化以及Fe自旋变化对这些下地幔矿物(相)密度和体波波速的影响,指出现有研究结果的不足和需要解决的问题,并对未来的研究方向提出展望。     

地幔转换带520km地震不连续面及其成因

前人研究表明410km和660km地震不连续面分别由橄榄石向瓦兹利石相变和后尖晶石相变引起。但对520km地震不连续面(简称D520)的研究相对较少,对其成因的解释还存在很大争议。橄榄石中瓦兹利石-林伍德石相变以及CaSiO3钙钛矿的出溶反应被广泛认为是D520的相变成因。辉石相变为尖晶石+斯石英组合也曾被认为是D520的可能成因。1 400℃条件下对MgSiO3辉石相变的实验研究,结合前人对橄榄石相变的研究成果,计算了方辉橄榄岩在1 400℃、18GPa条件下因辉石-瓦兹利石+斯石英和瓦兹利石-林伍德石相变引起的密度增量和波速增量,发现俯冲方辉橄榄岩中辉石的相变对520km深度的密度增量和波速增量有很大的贡献,有助于形成D520。此外,在探讨D520的成因时应综合考虑地幔转换带中温度,水以及矿物间Fe、Mg、Ca等主量元素分配等因素的影响。     

相山铀矿田邹家山矿床流体包裹体研究

笔者对相山铀矿田邹家山矿床铀矿石中的流体包裹体进行研究,结果表明该矿床的均一温度分布范围较广,为122～360℃。矿床形成温度有两个阶段,分别是高温阶段213～360℃(平均值为263.1℃)和低温阶段122～185℃(平均值为142.7℃),属于中低温热液铀矿床。高温阶段盐度变化范围为(1.74～7.31)wt%(平均值为3.77wt%),低温阶段盐度变化范围为(0.88～2.57)wt%(平均值为1.64 wt%)。矿床成矿溶液高温段的平均密度0.78g/cm3,成矿压力204.57×105 Pa,成矿深度0.68km;低温段的平均密度0.92g/cm3,成矿压力96.08×105 Pa,成矿深度0.32km。据此推测,邹家山铀矿床的成矿流体来源主要是岩浆期后热液,同时伴有大气水热液。     

Transition of TiO_2 in TiO_2/Vermiculite Nanocomposites

The TiO2/vermiculite composites were prepared by in-situ hydrolyzing reaction and in-situ dehydrating reaction of tetrabutyl titanate-hexadecyl trimethyl ammonium bromide intercalated vermiculite. The structural phase transition of TiO2 in TiO2/vermiculite composites calcined at different temperatures was characterized by using XRD and Raman. The results show that at calcination temperature of 800℃ appeared the anatase phase of TiO2 in TiO2/vermiculite nanocomposites, while pure TiO2 is all converted to rutile at the same temperature. The average crystal size of TiO2 in TiO2/vermiculite nanocomposites and pure TiO2 both increase with the calcination temperature. The average grain size of TiO2 in TiO2/vermiculite nanocomposites is less than that of pure TiO2 at the same calcination temperature. The results also show that the silicon-oxygen structure in layered vermiculite structure can effectively depress the phase transformation from anatase to rutile, thus enhancing the transition temperature and inhibitting the growth of anatase crystals.     

High temperature dehydroxylation of muscovite-2M1: a kinetic study by in situ XRPD

Muscovite-2M₁ shows a major phase transition at about 800°C, which is generally attributed in the literature to the structural dehydroxylation process, although a number of structural models have been proposed for the dehydroxylated phase, and different transformation mechanisms have also been put forward. The observed first order transformation involves an increase in the cell volume, and it is not clear to date how the cell expansion is related to the loss of hydroxyl groups. The phase change has been re-investigated here by in situ high temperature powder diffraction, both in non-isothermal and isothermal modes, to combine for the first time the structural and the kinetic interpretation of the transformation. The results unequivocally confirm that the reaction taking place in the temperature range 700–1000°C is truly a dehydroxylation process, involving the nucleation and growth of the high temperature dehydroxylated phase, having Al in 5-fold coordination. Structural simulations of the basal peaks of the powder diffraction patterns indicate that the model originally proposed by Udagawa et al. (1974) for the dehydroxylated phase correctly describes the high temperature phase. The kinetic analysis of the isothermal data using an Avrami-type model yields values for the reaction order compatible with a reaction mechanism limited by a monodimensional diffusion step. Apparent activation energy of the process in vacuum is about 251 kJ/mol. Experiments carried out at temperatures much higher than the onset temperature of the reaction show that the dehydroxylation reaction overlaps with the reaction of formation of mullite, the final product in the reaction pathway. Received: 24 April 1998 / Revised, accepted: 12 October 1998     

粤东莲花山断裂带高山寨钨多金属矿床流体包裹体研究

高山寨钨多金属矿床处于粤东梅州地区,位于莲花山断裂带的北西侧,属新华夏系第二个隆起褶皱带南段与南岭东西复杂构造带南缘交接复合部位。研究基于详细的岩相学观察,对该矿床含矿石英脉中的10个石英包裹体片中流体包裹体进行显微测温和激光拉曼光谱分析,从而为探讨其流体性质及成矿机制提供依据。通过研究分析,该矿床主要有五种类型流体包裹体,分别为:富液相、富气相、纯液相、纯气相以及含CO_2三相流体包裹体。选取富液相流体包裹体和少量的含CO_2三相流体包裹体进行测温。据温度测试结果推测,石英中的流体包裹体经历至少两次流体活动。富液相流体包裹体均一温度分布较广(156℃～380℃),可分为低温区间(181℃～240℃)、高温区间(261℃～338℃);含CO_2三相流体包裹体的均一温度(290℃～347℃)与富液相的流体包裹体均一温度高温区间的较为一致,但三相流体包裹体盐度(0.4%～4.9%)低于富液相包裹体(1.2%～12.5%)。从本次实验结果推测高山寨钨矿床成矿机制为:在成矿流体演化过程中,高温阶段发生流体沸腾作用,导致部分金属矿物发生沉淀;低温阶段成矿流体经历了自然冷却作用及与低温低盐度的流体混合作用,导致金属矿物沉淀富集成矿。     

基于主动加热光纤法的冻土相变温度场特征分析

冻土温度场分析对于冻土特性研究及冻土地区工程建设具有重要的作用,而冰水相变所产生的相变潜热大大增加了冻土温度场分析的复杂性。针对该问题,基于线热源模型和冻土传热基本理论,在考虑未冻水和相变潜热的情况下计算了冻土导热系数、体积热容和相变热容,分析其与测量初始温度的关系;在分析结果的基础上,对冻土含冰量的光纤测量技术进行了理论修正。基于主动加热光纤（AHFO）法,开展了一系列室内验证试验:在恒定的加热功率和时间下,采用自主研发的光纤光栅（FBG）刚玉管传感器,对同一初始含水量的冻土试样进行温度监测。结果表明:在本文试验条件下,FBG刚玉管传感器的影响半径小于5 cm,可以忽略边界效应;传感器所测温度增量与时间对数线性关系良好,主动加热对于冻土导热系数影响较小,线源模型适用于冻土导热系数测量;冻土导热系数与试验初始温度呈线性增长关系;在初始温度低于-6 ℃时,相变热容趋于稳定;在-6~0 ℃时,相变热容随温度升高逐渐增大,且变化趋势愈渐强烈;当初始温度高于-5 ℃时,相变热容甚至大于冻土自身的体积热容。相关结论为进一步提高冻土含冰量测试技术的精度提供了参考。     

低温盐侵蚀环境下砂浆孔隙水相变特性研究北大核心CSCD

砂浆孔隙溶液水盐相变特性是研究其水-热-盐耦合模型以及水泥基材料损伤机理的关键理论基础。为探究河西走廊盐渍土地区砂浆孔隙溶液水、盐相变规律,首先利用差示扫描量热法测定水盐相变过程中热流、相变温度等热参数;其次基于热量守恒和水分质量平衡方程,初步实现水盐分离;然后分别计算不同温度下的冰、盐晶和未冻水含量,揭示了低温下砂浆孔隙溶液水盐相变机理;最后结合微观扫描和物质能谱图,明晰了砂浆内部劣化机制。研究结果表明:随着盐浓度增大,砂浆孔隙溶液冻结温度降低、相变时间延后、水盐相变顺序调换及未冻水含量向低温方向移动;相同盐浓度下,氯化钠对砂浆孔隙溶液冻结温度的降幅最大,混合盐次之,硫酸钠最小;砂浆在低温盐侵蚀下遭受物理化学耦合作用,其中氯化钠对砂浆破坏性最大,混合盐次之,硫酸钠劣化相对较轻。     

1880年以来的全球升温趋势探究

由于导致全球温度异常的因素的多样性,使得至21世纪末全球温度是否将持续上升存在较大的不确定性.文章基于新兴的非数值算法的遗传算法,对1880～2009年全球温度异常数据,做了驱动因子挖掘,将全球温度异常分解为人类活动的碳排放造成的温度波动和全球气候系统自然振动的温度波动两部分.研究发现,当前全球气候系统存在持续变暖的趋...     

基于SPH方法的非饱和多孔介质相变耦合研究

在考虑相变的热能平衡方程和非饱和水分迁移质量控制方程的基础上,建立温度场-水分场的耦合模型,并采用一种无网格粒子算法（SPH）进行数值求解。其中,耦合方程中考虑了水流传热以及温度势对水流的直接驱动,在不考虑相变的情况下,该耦合模型可退化为常温下的水-热耦合模型,故可用于模拟冻融循环的相关问题。从求解热能平衡方程中的含冰量出发,实现解耦并对半无限单向冻结条件下介质内非稳态温度场和体积含水率分布场进行模拟,将耦合作用下的温度场与不耦合的解析解进行对比,反映出水分迁移对温度场存在较大影响。最后,求解了路基边坡在季节性周期温度边界下,温度场、水分场分布的演变规律,并评估了边坡阴阳面受热不均对水热两场分布的影响。计算结果基本能反映土冻结相变的实际物理过程,光滑粒子算法可以用于尝试解决冻土领域的其他相关问题。     

In situ X-ray observations of the coesite-stishovite transition: reversed phase boundary and kinetics

Using a DIA-type, cubic-anvil, high-pressure apparatus (SAM-85) in conjunction with in situ X-ray diffraction, we have investigated phase relations between coesite and stishovite up to 12 GPa and 1530 °C using synthetic powders of the two phases as the starting materials. The phase transition between coesite and stishovite was identified by observing the first appearance of a phase that did not already exist or by a change in the relative intensity of the two patterns. In most experiments, the diffraction patterns on samples were collected within 10 minutes after reaching a pressure and temperature condition. On this time scale, two phase boundaries associated with the coesite-stishovite transition have been determined: (1) for the stishovite-to-coesite transition, observations were made in the temperature range of 950–1530 °C, and (2) for the coesite-to-stishovite transition from 500 to 1300 °C. These observations reveal that there exists a critical temperature of about 1000 °C to constrain the coesite-stishovite equilibrium phase boundary. Above this temperature, both boundaries are linear, have positive dP/dT slopes, and lie within a pressure interval of 0.4 GPa. Below this temperature, the dP/dT slope for the stishovite-to-coesite phase boundary becomes significantly larger and that for the coesite-tostishovite phase boundary changes from positive to negative. As a result, an equilibrium phase boundary can only be determined from the results above 1000 °C and is described by a linear equation P (GPa)=6.1 (4)+ 0.0026 (2) T (°C). This dP/dT slope is in good agreement with that of Zhang et al. (1993) but more than twice that of Yagi and Akimoto (1976). For the kinetics of the phase transition, preliminary rate data were obtained for the stishovite-to-coesite transition at 1160 and 1430 °C and are in agreement with the simple geometric transformation model of Avrami and Cahn.