高温高压下矿物和岩石电导率的测量

地球及行星内部物质的电导率与温度有着密切的依赖关系.在实验室创造代表地球内部不同温度的物理及化学条件,可直接测量物质的电导率,矿物和岩石电导率的测量和研究可获得地球内部(地幔)物质传输过程的信息,这不仅提供对地球物理测量结果的解释,同时也提供了地球和行星内部温度分布     

高温高压下矿物岩石电导率的实验研究进展

高温高压下矿物、岩石电性性质的实验研究是了解地球内部物质成分、演化过程及进行地球物理探测资料解释的有力工具.本文主要介绍了高温高压下电导率实验在如何保持良好绝缘性能,如何消除或减小极化效应及如何减小外界电信号对测量信号的干扰等方面的技术、方法,阐述了温度、压力、氧逸度、水含量以及熔体等因素对矿物、岩石电导率的影响以及一些主要的研究结果和进展情况,讨论了电性研究的地球物理和地质意义,并指出了尚需研究的不足之处.     

上地幔矿物和岩石电导率的实验研究

高温高压电导率实验研究是透视地球内部结构与物质组成的一个重要窗口.百年来进行了大量地幔矿物电导率的研究,但对地幔岩石的研究却不足;进行了压力对地幔矿物电导率影响的研究,但获得的激活体积值却有正有负;进行了含水橄榄石电导率的测量,但仍存在干湿软流圈地幔之争;进行了部分熔融岩石电导率的研究,但对异常高导成因的解释却仍没有定论.因为该研究对人们认识地幔的物质组成和矿物相变,地幔的电性结构和热结构,以及洋壳俯冲和高导异常成因等地幔动力学问题有重大意义,因此,还需继续研究地幔岩石、矿物的电导率与温度、压力、氧逸度和组分等之间的关系,再结合地球物理的探测结果,构建合理的电导率-深度剖面图.     

地幔矿物电导率研究进展

研究地幔矿物的电导率可以揭示地球内部电导率的分布规律以及地球介质的极化机制。通过对近年来国际上地幔矿物电导率的研究结果进行分析和总结,介绍了矿物的各种影响因素与电导率的关系;对含水和不含水的地幔矿物导电机制进行了区别,不含水矿物的导电机制主要为小极化子,含水矿物的导电机制为自由质子。比较了各种典型的地幔矿物电导率结果并对电导率模型进行了评述和总结,对电导率的研究方向进行了展望。认为水在地幔矿物电导率和电导率剖面中起着重要作用     

高温高压下壳幔含水矿物电导率实验研究

含水矿物是地壳、地幔,尤其是俯冲带内的重要矿物.高温高压下壳幔含水矿物电导率实验研究是一个相对较新的研究方向.随着实验技术的不断进步,很多高压相含水硅酸岩矿物的电导率测定工作得以开展,在有效控制温度、压强和氧逸度等条件下,含水矿物的电导率实验数据可以对地球内部水的分布提供制约.本文介绍了已有的蛇纹石、滑石、水镁石、phase A、super hydrous phase B、phase D含水矿物在高温高压下的电导率实验研究,对各含水矿物电导率数据的有效性进行了分析,并重点介绍了电导率测试含水矿物脱水对全岩电导率的影响以及压强对含水矿物电导率的影响.在已有数据的基础上,对含水矿物的导电机制以及俯冲带的电结构进行了探讨.最后对今后的研究前景及潜在的研究领域进行了展望.     

地壳岩石矿物电导率实验研究进展

矿物和岩石电导率的实验研究一直都是国内外专家学者所关注的重点内容,目前电导率的实验测量主要采用交流阻抗谱的方法.从实验结果来看,地壳矿物和岩石电导率的影响因素主要分为外部环境和内部性质两部分,包括矿物和岩石所受到的温度和压力大小、内部赋存的流体和熔体、岩石颗粒边缘的碳膜、岩石的颗粒大小和面理方向以及矿物晶格赋存的结构水与晶格方向等.结合地球物理探测结果,前人对下地壳高导层成因提出了各自不同的看法,同时电导率的实验数据对于解释地下岩层结构、动力学特征也带来了一定的帮助.通过总结可以发现对于断层带的电导率性质目前仍然知之甚少,在今后的实验研究中则需要重点关注.     

水对地幔矿物弹性性质的影响及其地球物理意义

构成地幔的大部分名义上无水矿物,包括橄榄石及其同质异象体、辉石以及石榴石等,均可以羟基形式赋存一定量的水.水在地幔不同深度的出现不仅对一系列物理性质(包括密度、波速、熔融温度、电导率和流变强度等)有重要影响,并且对地幔的动力学行为、横向结构和成分的不均一性以及地球深部的演化过程具有重要意义.近年来,地震学研究在地幔不同深度和不同区域均发现低速带的存在,而观测到的地幔速度异常很可能与地幔中的水密切相关.高温高压矿物学利用实验和理论计算,对水是如何影响地幔主要构成矿物的弹性模量和波速进行了深入研究,并取得了大量进展.这些研究对正确理解地幔速度异常的形成机制,查明地幔中水的分布,探寻水在地球内部的迁移形式至关重要.本文针对近年来高温高压矿物学在地幔含水矿物弹性模量的研究成果进行了综述,介绍了该研究方向的进展和不足,并对未来的研究方向进行了阐述.     

高温高压下岩石的电性研究

高温高压下岩石的电性研究是了解地球内部物质组成、运移及演化的重要手段,因而日益受到地球物理学界人士的青睐．本文从测量方法、设备及影响因素等方面介绍了高温高压下电性研究的发展进程,探讨了高温高压下电性研究的发展方向．      

矿物高温高压下弹性的第一性原理计算研究进展

矿物在高温高压下的弹性特性是我们将地球内部波速信息转换为地球内部成分、温度时所不可缺的最基本数据,是我们理解地球内部水的分布、地球动力学特性等的基础.最近十多年来,弹性特性的研究取得了长足的进展.第一性原理计算方法无需引进任何经验参数,所得的结果跟实验可以比拟,可以提供认识地球内部所需的高温高压弹性系统可靠数据,在矿物高温高压下弹性研究中扮演了越来越重要的角色.这一方面得益于计算能力的提高,同时也由于计算方法的进步,如最近发展的新方法所需的计算量不到常规方法的十分之一,且保持计算精度,新方法缓解了常规方法惊人计算量对矿物弹性研究的制约,加速了我们对地球内部主要矿物弹性特性的获取,有力地深化了我们对地球内部成分动力学特性的认识.目前我们对下地幔的主要矿物的弹性特性已经有比较好的认识,包括温度、压强、铁含量对弹性的影响,以及铁的自旋转变下铁方镁石体模量的反常降低,利用这些数据限定下地幔铁方镁石最可能的含量为10~15%.其自旋转变效应足以在层析成像中产生清晰的信号,例如在~1700km处纵波的温度敏感性不到~2300km深处的几分之一,全球P波图像及夏威夷、冰岛等热点下面的地幔柱P波图像在相应深度的"中断"都可能与铁方镁石自旋转变有关.地球动力学模拟也发现铁的自旋转变对太平洋和非洲下面大低波速块体的两大结构特点(包括清晰的边界以及从核幔边界一直稳定到边界以上近千千米)的形成扮演关键的角色,从不同的角度表明下地幔铁发生了自旋转变.计算也研究了大部分上地幔和地幔过渡带的矿物弹性特性包括水含量对地幔过渡带矿物弹性的影响,以及俯冲带含水矿物及其他不含水的主要矿物的弹性特性,以帮助弄清俯冲带的含水及水的运移状况,水在地球内部的分布等.但目前水对矿物弹性影响的计算工作基本上还没考虑温度的影响,俯冲带的温度比周围地幔低,温度的效应是不容忽视的问题,应该是将来进一步研究的重要方向.铁及其合金在高温高压下的弹性也被计算大量的研究,这些研究为更好地确定地核轻元素的种类及其含量提供基础数据,但现有的弹性数据还远未能满足我们认识地球内部结构对弹性数据的需求,我们还有大量的工作需要展开.     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.     

高温高压实验中重金属在硅酸盐熔体中溶解度研究及进展

本文对高温高压重金属溶解度研究的目的、内容进行了概述,并对国内外这一领域研究的历史、现状及有关实验技术方法进行了综述,重点在于对目前国内外研究的进展和方法的初步改进以及讨论高温高压实验对地质找矿的解释应用.     

大陆岩石圈流变研究进展与高温高压流变实验现状

大陆岩石圈类似于“三明治”的多层流变结构已经被广泛接受,并用于大陆动力学研究的各方面．然而近年来地震资料和高温高压流变实验结果表明,大陆岩石圈流变可能不是单一模式,流变结构具有多样性,而下地壳流变特性是其中最复杂的层次,这不仅受下地壳成分和结构本身的非均匀控制,而且与其含水程度相关．高温高压流变实验已经积累了大量的数据,但基性岩流变实验目前仍然处于数据积累阶段,缺乏系统性,特别是缺少含水基性岩的流变实验结果,因此,加强干的和含水的基性岩流变实验研究是深入认识下地壳岩石流变必不可少的手段和方法之一．     

Experimental studies of electrical conductivities and P-wave velocities of gabbro at high pressures and high temperatures

The studies on the physical properties of minerals and rocks in combination with the work in petrology, mineralogy and geochemistry are not only a useful mean to look into the composition and structure of the earth抯 interior, but also can provide extreme…     

The experimental studies on electrical con-ductivities and P-wave velocities of anortho-site at high pressure and high temperature

Introduction The measurements of the compressional wave velocity and electrical conductivity of minerals and rocks are of fundamental importance to look into the earths interior, including composition, geotherm, generation and distribution of fluids and melts. Hydrous minerals formed by metamatu-siom are abundant within the earth. Previous studies have been carried out on the dehydration effect on the electrical conductivity and wave velocity of rocks such as serpentine, amphibole, most of whi…     

Conductivity of NaCl solution at 0.4–5.0 GPa and 25–500 °C

NaCI-H₂O is the most fundamental ternary system in geology. Until now, the measurements of electrical conductivity of NaCl solutions are still little at high pressures (> O.5 GPa) We measured the conductivity of 0.01 m NaCl solution at 0.4–5.0 GPa and 25-500°C. The results are consistent with that of Quist and Marshall (1968) at 0.4 GPa. The conductivity of NaCl solution increases with increasing temperature. The results also show that the conductivity of NaCl solution changes little with increasing pressure below 1.5 GPa and changes rapidly with increasing pressure above 1.5 GPa. The rapid increase of the conductivity of NaCl solution may play an important role in many geological processes (such as the genesis of ore deposits under hydrothermal condition) and other fields. Project supported by the National Natural Science Foundation of China.     

东亚夏季风年代际变化的若干重要特征及两份大气再分析资料的异同

本文利用ERA和NCEP/NCAR再分析资料，以及部分观测资料，研究了东亚夏季风年代际变化的若干重要特征. 结果表明，东亚夏季风在20世纪70年代末减弱这一现象是普遍存在的，主要表现为江淮地区表面温度降低，海平面气压升高，出现偏北风异常. 研究发现，这次年代际变化还体现在与东亚季风环流密切相关的重要环流因子，如西太平洋副热带高压、欧亚西风、澳大利亚高压、南极涛动等，它们在20世纪70年代末以后都进入高指数时期. 此外，文章还揭示：ERA和NCEP/NCAR再分析资料在东亚夏季风年代际变化上基本吻合，但也有很多差别.     

Studies of electrical properties of rocks under high temperature and pressure

Studies of the rocks′ electrical properties under high temperature and pressure have found favors in the geophysicist′s eyes, because those studies are becoming to be the important methods to understand the earth′s interior materials, their migration and evolution. This article introduces the development and significant of those studies from the measurements, instruments and affections, etc.     

Dehydration melting of solid amphibolite at 2.0 GPa: Effects of time and temperature

The dehydration melting of the natural rock at high pressure is important to investigating the magma formation in the earth’s interior. Since the 1970s, a lot of geological scientists have paid more atten- tion to the dehydration melting of the natural rock[1―5]. Previous experiments of dehydration melting and observations of fieldwork argued that the dehy- dration melting of the rock was probably the most important fashion for the melting of the lower crust rock[6―12]. The genesis of most …     

Experimental studies on elastic and rheological properties of amphibolites at high pressure and high temperature

The experimental studies done at high temperature and high pressure find that increased temperature can lead to dramatic velocity and strength reductions of most of rocks at high confining pressure[1,2]. What causes this phenomenon? Is it due to dehydrati…     

Compressional elastic wave velocities of serpentinized pyroxenite at high pressures and high temperatures and its geological significance

Elastic wave velocity measurement in rocks at high pressures and high temperatures plays a key role in researching the state, properties and movement of the earth interior materials. Nowadays dehydration is believed to be as one of the most important reasons responsible for the abnormality of seismic velocity (Kern, 1982; Ito, 1990; Christensen, 1989; Popp, Kern, 1993; SONG, et al, 1996; ZHOU, 1998; ZHAO, et al, 1996). Geophysical, geochemical and mineralogical data have revealed that on…