流体包裹体压力计研究之二:高温高压下碳氢化合物的拉曼光诸

在温度23～315℃、压力高达近2000MPa下用金刚石压腔下研究了正庚烷、环己烷及其混合物的拉曼光谱特征.结果表明:环已烷和正庚烷混合,只是改变了环已烷及正庚烷的平均C-H伸缩振动的拉曼位移,但是并不影响其P-△vp关系式.另外,经过数据拟合,得到了平均C-H伸缩振动的拉曼位移与压力的关系为:P=78.21(△vp)+71.56.该公式可以用来作为流体包裹体尤其是油气包裹体的压力计.     

拉曼光谱方法测量流体包裹体的内压及其应用

通过金刚石压腔和显微激光拉曼光谱方法,获得了流体包裹体中H2O-NaCl体系的O—H、碳酸根的C—O、硫酸根的S—O和正庚烷-环己烷的C—H振动拉曼位移与温度和压力关系的表达式。该研究结果可以用于实测流体包裹体在不同温度下的内压,并可由此获得流体包裹体的p-t线或等容线。这不仅有助于精确获得流体包裹体的形成温度和形成压力,也可为研究和确定流体包裹体中流体的组成和性质提供依据。     

流体包裹体压力计研究之一:高温高压下Na2SO4溶液的拉曼光谱

用金刚石压腔研究了Na2SO4溶液在温度30~400℃、压力90~2400 MPa条件下的拉曼光谱特征。结果表明:温度相同时,SO42-的对称伸缩振动随压力增大向高频方向偏移;而在压力基本相同时,随温度升高则向低频方向偏移。经过数据拟合得到了SO42-对称伸缩振动的拉曼位移与温度、压力的关系为:ρ=190.44Δυp 0.002 7t2 2.901 9t-111.68。该公式可以用来作为流体包裹体的压力计。     

常温和压力0.1～1300 MPa下硬石膏的拉曼光谱研究

利用立方氧化锆压腔装置测量了高压下硬石膏中硫酸根离子内部S-O键的四个振动（对称伸缩振动、弯曲振动、反对称伸缩振动和变形弯曲振动）的拉曼位移,研究结果表明：在25℃和0．1～1300MPa压力范围内硬石膏未发生相变,所观察到的硬石膏各个拉曼峰的位移值随压力的增加而线性增加,它们与压力之间的关系可分别表达为：υ1018=0．0053p＋1016.8,υ417=0．0013p＋416．82,υ498=0．0044P＋499．25,υ1129=0．0052p＋1128．5,υ1160=0．0067p＋1159．5,υ608=0．0028p＋608．76,υ627=0．0036p＋627．01,υ675=0．0039p＋675．32,且伸缩振动受压力的影响比弯曲振动大。其1018cm^-1峰强度大,是石英464cm^-1峰的6倍,因此硬石膏也是宝石压腔良好的压力标定物质。     

天然气和液态混合烷烃拉曼特征峰与温度、压力的关系

天然气和液态混合烷烃在不同压力和温度下的原位拉曼测试表明,天然气和液态混合烷烃的拉曼特征峰随温度增高向高波数移动,随压力增大而表现出不同的拉曼位移趋势。2917 cm^-1左右为天然气的C–H对称伸缩振动峰(ν1),随压力增大向低波数移动,甲烷占烃类的比例和C₂₊烃类含量对ν1拉曼位移有影响。<150℃时,液态混合烷烃的C–H对称伸缩振动峰和C–H不对称伸缩振动峰随压力增加向高波数移动,拉曼特征峰位移与压力相关性曲线变化趋势一致;≥150℃时,液态混合烷烃的部分拉曼特征峰随压力增大向低波数移动,拉曼特征峰位移与压力相关性曲线变化趋势不一致。     

一种潜在的地质压力计：流体包裹体子矿物的激光拉曼光谱测压法

高温高压下矿物的拉曼原位测量表明，某些拉曼活性的物质其拉曼位移与压力之间具有良好的线性关系。这一特性使我们能够通过测量矿物包裹体中含有这些子矿物的拉曼位移以确定矿物的形成压力。与目前常采用的共存矿物对压力计以及流体包裹体的CO2等容线法等压力测定方法相比，该方法具有快速、方便和准确的特点。由于包裹体中可以存在各种不同的子矿物以及不同的溶液物质，因此系统研究包裹体中一切可能存在的矿物或物质的拉曼位移与温度和压力之间的关系将可以提供一种方便、准确的地质压力测量手段。     

冷冻条件下天然包裹体中流体水分子氢键的拉曼光谱特征

水的拉曼图谱实际就是带氢键作用的OH伸缩振动峰(包括对称伸缩振动峰和反对称伸缩振动峰)和不带氢键作用的OH对称伸缩振动峰(包括对称伸缩振动峰和反对称伸缩振动峰)的叠加包络线,通过对流体中水的拉曼图谱的分析可以反映流体中氢键作用的强弱.因此,用Renishaw MK1-1000型显微激光拉曼探针原位分析了冷冻条件下天然的流体包裹体腔内流体水分子的氢键作用.研究表明,在冷冻条件下,水分子运动以带氢键作用的伸缩振动为主,同时还有微弱的非氢键作用的伸缩振动;随着温度的降低,流体中水分子的氢键作用不断地增强;在-130~-180 ℃区间氢键作用增强的趋势明显加大,暗示流体性质在此温度区间可能发生了突变.      

草酸的稳定性及CO_2包裹体压力计实验研究

应用金刚石压腔(diamond-anvil cell)实验技术,对草酸的稳定性进行了研究。草酸在高压低温条件下可以稳定存在,而在低压高温条件下将分解为CO2、H2O等气体。当成矿流体遇到破裂带或裂隙而发生减压沸腾时,可以使成矿流体中的有机络合物迅速发生分解产生大量CO2,从而造成金属元素在有利的空间沉淀、富集成矿。同时,实验研究了高温高压条件下CO2的物理化学性质,得到了CO2包裹体压力计的测定方程:P(MPa)=271.517·(Δν1381.93-0.010987·ΔT)+0.1,式中Δν1381.93(cm-1)为待测包裹体中CO2的拉曼位移相对于常温常压下CO2的拉曼位移1381.93cm-1之差,ΔT(℃)为待测包裹体的温度与常温(23℃)之差,P(MPa)为待测包裹体的内压。由上式计算拉曼位移ν的标准偏差为±0.2cm-1,压力P的误差为±54MPa。该压力标定方程适用于在高压下温度范围为23℃≤T≤390℃的压力标定。     

利用U—1000型激光拉曼探针测定流体包裹体气体成分的研究

本文利用U－1000型激光拉曼探针成功地测量出单个流体包裹体中H2S、CH4、CO2气体成分，并讨论了包裹体中这些气体的拉曼谱峰位移与包裹体内压的关系，分析了影响激光拉曼探针定量测定包裹体气相成分的取面积和拉曼定量因子因素。     

CH4-H2O体系流体包裹体均一过程激光拉曼光谱定量分析

对南黄海盆地二叠纪地层中某石英脉中的CH4-H2O体系流体包裹体均一过程进行了激光拉曼光谱定量分析。利用甲烷与水的拉曼峰面积比值计算不同温度下流体包裹体中水溶液相中甲烷的浓度,除了在100℃附近出现最小值,随温度增加甲烷浓度呈指数增大。包裹体在214℃完全均一,均一时甲烷的浓度为0·1347mol/L。同时利用甲烷的拉曼特征对流体包裹体均一过程的内压变化作了分析。压力变化可以分为三个区间:19~100℃,随温度升高压力增大;100~150℃压力随温度升高减小;150℃之后压力迅速增大。均一温度下的内压为21·92MPa。流体包裹体内压的变化主要是由甲烷溶解行为和封闭体系的热力学特征决定的。实验表明激光拉曼光技术可以作为定量分析含甲烷流体包裹体的一种有效方法。     

长石在高温高压条件下的物理化学行为

长石是地学上非常重要的矿物之一。它有可能随着板块俯冲而进入地球深部,因此它在高温高压条件下的相行为以及物理化学性质对地球深部地球动力学研究非常有意义。本文总结了长石端员组份(钾、钠、钙长石)以及其固溶体系列已知的高温、高压实验数据,并绘制成相图。已有的研究成果显示:这三种端员组份在高压下的相行为有较大差异,并产生了许多只在高温高压条件下稳定的相如K-Holl-I、K-Holl-II、CF、CAS及CaPv等。由这些高压相构成的具有长石成分的不同相组合的密度在约5~23GPa的压力范围内超过地幔岩的密度,因此这些相组合可以主动俯冲到上地幔的深处。另一方面,已有研究表明,这些高压相对碱金属及碱土金属在地幔中的赋存状态有着非常重要的影响。     

Carrara大理岩高温高压变形实验研究

利用高精度的Paterson高温高压流变仪对Carrara大理岩在高温(873~1173K)高压(~300MPa)以及约10-6~10-3s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。结果表明,在等应变速率条件下,其强度随着温度的升高而降低;在等温和等压条件下,其强度随着应变速率的增加先快速增加而后缓慢增加。在应变速率对差应力的双对数投图中,我们发现随着温度的升高拟合直线的斜率减小,并且在873K和高应变速率时973K温度下Carrara大理岩的流变本构方程服从指数律变化关系;而在高温(1073K和1173K)和973K低应变速率条件下Carrara大理岩的应力指数n为5.3~7.7,且服从幂次律变化关系。因此,Carrara大理岩在本研究的实验条件下主要有两种变形机制,一种是用指数律表示的高应力变形机制;另一种是用幂次律表示的中等应力变形机制。     

冲绳海槽浮岩的高温高压纵波速度

对采自冲绳海槽中部海底的浮岩样品和邻近陆地樱岛火山的安山岩样品进行了温度 (常温 - 15 0 0℃ )与压力 (常压 - 2 .4 GPa)实验 ,测得在较低温度 -压力条件下 (<1GPa,<80 0℃ )浮岩样品的纵波速度小于安山岩样品的纵波速度 ,在较高温度 -压力条件下 (>1GPa,>80 0℃ )二者的纵波速度接近一致 (5 .9km /s)。 1GPa/80 0℃是浮岩样品和安山岩样品的热动力相变点 ,推测该点的深度大于 18km。     

铁橄榄石高温高压流变性的实验研究

通过高温高压实验研究了铁橄榄石集合体的流变性.首先,利用高精度的Paterson气体介质变形装置对铁橄榄石集合体Fe2SiO4进行了高温三轴压缩蠕变试验.变形试验条件为:温度1273～1423K,围压300MPa,差应力10～250MPa,应变率10-7～10-4s-1,试件的最大变形量不超过20%.利用三维非线性拟合方法对蠕变试验数据进行分析,得到铁橄榄石集合体的微观变形机制为扩散域和位错域,扩散域的应力指数为1左右.位错蠕变域中,干燥铁橄榄石集合体的应力指数为5.4.活化能为781kJ/mol;含水铁橄榄石集合体的应力指数为3.4,活化能为516kJ/mol.实验结果表明,含水时铁橄榄石的流变强度比干燥时小一个数量级.将实验结果与铁橄榄石单晶的强度进行对比,发现铁橄榄石集合体的流变强度比铁橄榄石单晶的强度高.从而得到了铁橄榄石集合体高温高压流变性(强度)的初步试验结果.     

Viscosity of albite melt at high pressure and high temperature

 The viscosity of albite (NaAlSi₃O₈) melt was measured at high pressure by the in situ falling-sphere method using a high-resolution X-ray CCD camera and a large-volume multianvil apparatus installed at SPring-8. This system enabled us to conduct in situ viscosity measurements more accurately than that using the conventional technique at pressures of up to several gigapascals and viscosity in the order of 10⁰ Pa s. The viscosity of albite melt is 5.8 Pa s at 2.6 GPa and 2.2 Pa s at 5.3 GPa and 1973 K. Experiments at 1873 and 1973 K show that the decrease in viscosity continues to 5.3 GPa. The activation energy for viscosity is estimated to be 316(8) kJ mol⁻¹ at 3.3 GPa. Molecular dynamics simulations suggest that a gradual decrease in viscosity of albite melt at high pressure may be explained by structural changes such as an increase in the coordination number of aluminum in the melt. Received: 6 January 2001 / Accepted: 27 August 2001     

Density of peridotite melts at high pressure

Densities of ultramafic melts were determined up to 22 GPa by relative buoyancy experiments. Olivine and diamond were used as buoyancy markers. We confirmed that the density crossover of PHN 1611 melt and its equilibrium olivine (Fo94) occurs at around 13.5 GPa and 2030 °C and that olivine floats from deeper regions in the magma ocean of the primordial terrestrial mantle. The comparison of the compression curves of basic and ultrabasic melts implies that the basic melt is more compressible. This can be explained by the difference in the amount of compressible linkage of SiO_n and AlO_n polyhedra. The interstitial melt trapped by the density crossover can be the cause of the impedance anomaly of the seismic wave in the deep upper mantle.     

高温高压下石膏脱水相变的原位拉曼光谱研究

本文运用激光拉曼光谱仪,利用水热金刚石压腔装置对高温高压条件下石膏-水体系中的石膏脱水相变进行拉曼光谱研究。在压力0.1MPa～837.9MPa 和温度16～200℃条件下通过系列实验对相变的过程进行了原位光谱分析。与人们已知的无水条件下石膏分两步脱水的过程不同,高压下石膏在饱和水环境下倾向于一次性的脱去所有结晶水而形成无水石膏,实验中没有观察到半水石膏的出现。通过实验数据得到石膏和无水石膏的转折温度和平衡压力间的关系式为 P_(MPa)=19.56·T_(℃)-2926.5。     

高温高压下岩石电导率不同测量方法的实验对比——以二辉橄榄岩为例

利用YJ-3000t紧装式六面顶压机,在1.0GPa、500～900℃和2.0GPa、500～950℃的实验条件下,同时采用交流阻抗谱法(AC0.05～10-6Hz)、直流法(DC)和单频交流法(0.1Hz)三种方法对采自河北大麻坪玄武岩中的尖晶石二辉橄榄岩进行了电导率的实验测量.实验结果表明:在实验的温度和压力范围内...     

Tectonometamorphic evolution of the Bohemian Massif: evidence from high pressure metamorphic rocks

The Variscan orogenic belt, of which the Bohemian Massif is a part, is typically recognized for its characteristic low pressure, high temperature metamorphism and a large volume of granites. However, there are also bodies of high pressure rocks (eclogites, garnet peridotites and high pressure granulites) which are small in size but widely distributed throughtout the Massif. Initially the high pressure rocks were considered to be relicts of a much older orogenic event, but the increasing data derived from isotopic and geochronological investigations show that many of these rocks have Palaeozoic protoliths. Metamorphic ages from the high pressure rocks define no single event. Instead, a number of discrete clusters of ages are found between about 430 Ma and the time of the dominant low pressure event at around 320–330 Ma.Most of the eclogite and granulite facies rocks are assigned to allochthonous nappes that arrived close to the end of the low pressure event, but before final granite intrusion. The nappes contain a mixture of different units and the relationship between rocks with high pressure relicts and host gneisses with no apparent signs of deep burial is still problematic. Some of the high pressure rocks retain evidence of multiple stages of partial re-equilibration during uplift. Moreover, it can be shown in certain instances that host gneisses also endured a multistage metamorphic development but with a peak event convergent with one of the breakdown stages in the enclosed rocks with high pressure relicts. It thus appears that the nappe units are composite bodies probably formed during episodic intracrustal thrusting. Fluids derived from prograde dehydration reactions in the newly under thrusting slab are taken to be the catalysts that drove the partial re-equilibrations.On the scale of the whole Massif it can be seen within the units with high pressure relicts that the temperature at the peak recorded pressure and that during the breakdown are variable in different locations. It is interpreted that regional metamorphic gradients are preserved for given stages in the history and thus the present day dismembered nappe relicts are not too far removed from their original spatial distribution in an original coherent unit. From the temperature information alone it is highly probable that the refrigerating underthrusting slab was situated in the north-west. However, this north-west to south-east underthrusting probably represents the major 380–370 Ma event and is no guide to the final thrusting that emplaced the much thinned nappe pile with high pressure relicts.Granite genesis is attributed to the late stage stacking, during the final Himalayan-type collision stage, of thinned crust covered by young, water-rich, sediments — erosion products of the earlier orogenic stages. Regional metamorphism at shallow depths above the voluminous granites was followed by final nappe emplacement which rejuvenated the granite ascent in places. Correspondence to: P. J. O'Brien     

辽西建平杂岩高压麻粒岩相变质作用的P—T条件及其地质意义

辽西建平杂岩中广泛发育高压麻粒岩块体,其特征为在基性岩中出现石榴石+单斜辉石+斜长石+石英士角闪石,利用TWQ方法结合传统地质温压计估算其变质条件为T=785～820℃,P=L 05～L 17GPa.高压麻粒岩区的其他岩石如石榴石二辉麻粒岩等虽然不出现典型的高压麻粒岩矿物组合,但其变质条件相同.研究表明它们之间矿物组合的不同系由其全岩成分,尤其是SiO2含量不同所致.因此辽西高压麻粒岩相变质作用是区域性的.该区高压麻粒岩的特征与泛非造山带和西澳的高压麻粒岩相似,也符合高压麻粒岩的经典定义,但与在华北克拉通其他地区报道的"高压麻粒岩"有所不同.