高温高压下地幔矿物岩石电导率影响因素研究进展

实验室高温高压条件下获得的地幔矿物岩石电导率值可以帮助获得地球内部物质组成、物质运动变化状态和解释地球物理探测资料.研究表明,电导率测量影响因素(外部因素和内部因素)控制不当将使得测量的电导率值产生较大差异.本文综述了近20年来这些影响因素对地幔矿物岩石电导率的影响程度及进展情况,电导率随着温度,铁含量和水含量的增加而增加;不含水条件下,电导率随着氧逸度和压力的增加分别增加和减小,含水条件下则恰恰相反;忽略颗粒边界的影响;测量频率和结晶方向对电导率的影响尚存在一定争议;进行电导率测量时有必要考虑系统平衡时间和样品中铁含量的流失.最后探讨了高温高压条件下电导率实验研究的不足和发展方向.     

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.     

上地幔电导率-温度关系及在大地电磁测深法中应用综述

上地幔热结构的研究对探索地球内部物质状态和岩石圈形成演化过程,评估自然资源的存储状况,监控火山区岩浆活动从而降低自然灾害风险等有着重要的意义.本文概述了基于不同岩石物理学高温高压实验得到的上地幔矿物电导率-温度关系.通过分析并对比前人的实验结果,讨论了不同实验得到的同一矿物的电导率-温度经验关系中参数差异产生的原因.大地电磁测深法(MT)以其探测深度大,受浅部高阻体影响较小且对低阻体分辨率较高等特点,在研究壳幔电性结构、热状态和地球动力学机制中得到了广泛的应用.以MT得到的上地幔电阻率模型为基础,结合岩石物理学实验标定的矿物电导率-温度经验关系,建立上地幔的温度和熔融百分比模型,这项工作在研究上地幔热状态中起着不可或缺的作用.笔者总结并讨论了前人以MT方法获得电性结构为基础,利用电导率-温度经验关系评价上地幔热状态的应用实例,并对未来的研究工作做了展望,同时对其可行性做了评估.     

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.     

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．      

多学科(GGE)研究地壳结构和震源区的方法探讨

就采用地球物理探测、地质岩石学分析和高温高压实验(GGE)综合研究区域地壳细结构和确定地震震源区的可能性和方法作了探讨,并以临汾地区为例,给出了实施过程中的一些具体考虑.这些考虑包括:通过地球物理探测建立地壳、上地幔的速度、电性、密度、磁性和热等结构,给出深部的温压分布等;通过地质调查、钻探和岩石学分析确定沉积层的性质与厚度、结晶基底的组成,推测深部物质的状态,选取典型样品等;在模拟深部温压条件下,通过对岩石波速、电性和密度等的测定和与地球物理结构模型、地质岩石学结构模型进行综合比较建立区域地壳三维结构,通过对岩石力学行为的实验测定与了解,选择发震判据,确定潜在震源区.     

岩石软化温度及其在地球深部岩石力学性质研究中的意义

从高温高压岩石力学实验的角度阐述了岩石软化的现象,提出岩石软化温度的概念和定义以及测量方法.根据对大量经过高温变形试件的显微结构观察,从岩石中各矿物组分对不同温度下的变形反应和机制出发,认为岩石软化现象的本质是岩石中的各矿物组分在高温下逐步由脆性变形向韧性变形和塑性变形转化过程中在岩石力学性质上的综合反映.提出岩石中矿物变形序次及不同组分矿物在岩石中的结构位置和含量是决定岩石软化温度的主要因素.由此进一步讨论了岩石中矿物的变形序次对地壳内岩石脆-韧性变形转化条件的影响及其在地球深部岩石力学性质和地震孕育理论研究中的重要意义.     

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     

上地幔高导物质的连通性和电导率的实验研究进展

矿物/岩石的电学性质是认识地球内部物质与结构的重要依据.高导物质(熔体、流体、石墨、磁铁矿等)能否显著影响上地幔的电性结构,取决于这些物质在上地幔中的连通性、电学性质和体积分数.近年来的研究表明,挥发分(水、二氧化碳)能够有效的降低橄榄岩的固相线,并提高玄武岩熔体的电导率.因此我们可以尝试用少量的熔体去解释上地幔某些区域的高导异常.但目前在高温高压下对这些熔体连通性的研究仍不足,我们并不清楚少量熔体在三维条件下是以何种形式连通的?俯冲带中的水主要储存在孔隙和含水矿物中.地慢矿物的蚀变,含水矿物脱水的过程中将产生含高浓度电解质的流体.二面角的观测证明了在高温高压下流体能在橄榄石间保持连通,因此我们可以认为这些高导流体对俯冲带的电性结构有很大程度的影响.石墨在橄榄岩体系中具有很高的二面角,不大可能以连通薄膜的形式在上地慢广泛存在,但石墨能否以网状形式连通?与机械的将蛇纹石和磁铁矿混合实验相比,绿泥石脱水产生的磁铁矿展示了更好的连通性.这意味着今后研究固相高导物质的连通性时不能忽略矿物在自然条件下的结构特征.     

Phase relations in the system diopside-jadeite at high pressures and high temperatures

Phase behaviour in the system diopside-jadeite (CaMgSi₂O₆NaAlSi₂O₆) have been investigated in the pressure region 100–300 kbar at about 1000°C in a diamond-anvil press coupled with laser heating. The omphacite solid solution extends from 30 to at least 200 kbar for the entire system. Omphacites, ranging in composition from pure diopside to more than 40 mole % jadeite, transform to diopside (II) at pressures greater than 230 kbar. Diopside (II), which probably possesses a perovskite-type structure, cannot be preserved when experiments are quenched to ambient conditions. Jadeite-rich omphacites were found to decompose into an assemblage of NaAlSiO₄(CaFe₂O₄-type structure) + stishovite + diopside (II) (?) at pressures greater than about 260 kbar. These results suggest that an eclogitic model mantle would not display the 400-km seismic discontinuity. Moreover, sodium in the transition zone and lower mantle would most likely be accommodated in phases of omphacite and diopside (II).     

Experimental study of the electrical conductivity of hydrous minerals in the crust and the mantle under high pressure and high temperature

Hydrous minerals are important water carriers in the crust and the mantle, especially in the subduction zone. With the recent development of the experimental technique, studies of the electrical conductivity of hydrous silicate minerals under controlled temperature, pressure and oxygen fugacity, have helped to constrain the water distribution in the Earth’s interior. This paper introduces high pressure and temperature experimental study of electrical conductivity measurement of hydrous minerals such as serpentine, talc, brucite, phase A, super hydrous phase B and phase D, and assesses the data quality of the above minerals. The dehydration effect and the pressure effect on the bulk conductivity of the hydrous minerals are specifically emphasized. The conduction mechanism of hydrous minerals and the electrical structure of the subduction zone are discussed based on the available conductivity data. Finally, the potential research fields of the electrical conductivity of hydrous minerals is presented.     

高强高性能混凝土剪力墙的研究现状及展望

对国内外高强高性能混凝土剪力墙的研究现状进行了综述与分析,内容涉及高强高性能混凝土剪力墙的抗震性能试验、有限元分析理论、抗震设计方法和抗火研究等方面.重点阐述了轴压比、剪跨比、配筋率、混凝土强度等级等因素对高强高性能混凝土剪力墙力学性能的影响;同时,结合高强高性能混凝土剪力墙在实际工程中的应用情况,提出了一些亟待解决的问题.     

宽带高频电磁场数据反演方法研究

采用非线性最小二乘法结合蒙特卡罗法,实现宽带高频电磁场椭圆极化率数据的精确反演,确定地下层状介质的真实电阻率和介电常数.反演结果表明,对于均匀半空间和二层介质模型,最小二乘法能够很好地实现反演,而对于三层或更多层的介质,首先利用蒙特卡罗法确定拟合初始模型,再进行最小二乘反演,能够避免收敛到局部极小值,提高了反演的稳定性.为了加速正演响应函数的计算和迭代的速度,采用高密度采样的线性滤波算法,大大加快了该精确反演方法的速度.针对如覆盖区地质填图和土壤调查等大面积确定地质体性质的应用,本文还给出了一种近似反演方法（相位矢量图法）,能够快速获取视电阻率和视介电常数,不仅可以为应用提供有用的基础信息,而且可作为精确反演方法的初始模型.     

Measurement of the adiabats of quartz,forsterite, and magnesium oxide at high pressures and high temperatures and adiabatic gradient in the mantle

The geophysically-important adiabat (?T/?P)_s has been measured at pressures up to 50 kbar and temperatures up to 1000°C. A simple power law describes the relationship between (?T/?P)_s and the compression of the material. The power is independent of the material and of the temperature within the uncertainty. This consistency in the power allows the extrapolation of the adiabat to pressure and temperature conditions of the mantle of the earth. The adiabatic gradient is shown to be significantly smaller than the melting gradient.     

双高期油藏层内非均质对剩余油的影响及分析

针对辽河油田J16块油层厚度大,层内非均质严重的特点,通过地震精细解释,细分韵律段,构建等时地层格架,精细刻画了单砂体内部构架,研究表明,纵向剩余油集中在反韵律厚层的顶部,主要受上部隔层、下部夹层及重力影响.2008年挖潜井在厚层顶部投产取得了较好的效果,说明对于双高期油藏层内非均质对剩余油的分布具有控制作用,这对进一步挖掘老区油藏潜力,提高采收率都具有很重要的意义.     

高温高压下麻粒岩电导率研究

麻粒岩是下地壳的重要组成物质,模拟其在下地壳温压条件下的电导率对于认识下地壳的电导率分布具有十分重要的意义.本文用交流法在1 GPa下,373~1002 K范围内研究了麻粒岩样品的复阻抗,并且对测量结果进行了阻抗谱分析.研究结果表明,复阻抗对频率具有依赖性,且随温度的升高,复阻抗的实部、虚部均变小.在实验给出的温度范围内,电导率结果符合Arrhenius关系式.当温度在373~663 K范围内时,实验所获得的激化焓为0.31 eV,表明样品的电导率由低能带杂质离子所控制;当温度在673~1002 K范围内时,激化焓为0.67 eV,此时可能为小极化子导电.将所得电导率结果与西南峨边-马边地区以及华北应县―商河地区的大地电磁结果进行了对比,发现在所模拟的下地壳温压范围内,实验室测得的电导率位于野外MT数据范围内.     

高温高压下碳酸盐熔体对地幔岩电导率的影响

为了观测含碳酸盐地幔岩部分熔融过程中电导率的变化,厘清碳酸盐熔体在金伯利岩岩浆形成过程中所起的作用,并探讨Slave克拉通中部Lac de Gras地区约80～120km深处的高导成因,我们利用DS 3600t六面顶压机和Solartron 1260阻抗/增益-相位分析仪在1.0～3.0GPa、673～1873K温压条件下分别测量了含碳酸钠(Na_2CO_3)、碳酸钙(CaCO_3)和大洋中脊玄武岩(MORB)的地幔岩样品的电导率.实验结果表明,地幔岩样品的电导率主要受到温度和组分的影响,而压力对其影响较小.在温度低于1023K时,含Na_2CO_3地幔岩样品的电导率明显高于含同比重CaCO_3和MORB的;温度达到1023K时,含Na_2CO_3地幔岩样品开始熔融;但在之后的200K温度区间内,该部分熔融样品的电导率随温度的增加几乎不发生变化.这一现象或许揭示:地幔深部的碳酸质岩浆在快速上升过程中会同化吸收岩石圈地幔中的斜方辉石(Opx),进而形成金伯利岩岩浆,期间岩浆的电导率几乎不发生变化.含CaCO_3和MORB的地幔岩样品分别在1723K和1423K开始熔融,其部分熔融样品的电导率随温度的增加而快速增加.依据前人的研究结果和我们的实验结果,我们认为可以用含碳酸盐的部分熔融样品来解释Slave克拉通中部Lac de Gras地区约80～120km深处的异常高导现象,并推测熔体中碳酸盐的熔体比例小于2wt.%.     

高温高压条件下彭灌杂岩的强度对汶川地震发震机制的启示

采用汶川地震震源区彭灌杂岩中代表性细粒花岗岩样品,在固体围压介质三轴实验系统上开展了高温高压流变实验研究.实验的温度和压力条件按照龙门山断层带5~30 km深度对应的温度和压力（静岩压）设定.利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察.实验结果表明,实验样品在10~20 km深度都具有很高的强度,彭灌杂岩在该深度处于脆性破裂-脆塑性转化域,而在20~30 km实验样品强度显著降低,彭灌杂岩进入塑性流变域,这与流变结构中的极限强度很接近.以花岗岩为代表的彭灌杂岩的破裂强度决定了中上地壳的强度,在15~20 km深度不仅强度达到最大值,而且控制了断层不稳定滑动,具备地震成核条件.因此,把彭灌杂岩强度随深度变化规律与流变结构和滑动稳定性参数（a-b）结合起来得出,彭灌杂岩在15~20 km的高强度是汶川地震的孕育和发生的必要条件.     

高温高压下角闪片麻岩的电导率研究

在1.0 GPa压力、343～962 K温度和0.1～106Hz频率的条件下,使用Solartron 1260阻抗-增益/相位分析仪对含角闪石的片麻岩从平行和垂直面理两个不同方向分别进行了电阻抗的测定,并且进一步分析了片麻岩的微观导电机制.高温高压实验结果表明:片麻岩的复阻抗对温度、频率表现出明显的依赖性.片麻岩的电导...