叶蛇纹岩脆性-半脆性破裂研究

利用Paterson气体介质高温高压流变仪对纯叶蛇纹岩在100~400MPa围压、25~700℃温度和10-5~1.5×10-6s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。实验结果表明叶蛇纹石在低压条件下表现为脆性破裂,高压或脱水条件下表现为半脆性破裂。随着温度的增加,叶蛇纹石的强度显示逐渐降低的趋势;尤其在脱水条件下,温度的增加可导致叶蛇纹石强度大幅度地降低,而且此时预热时间对强度的影响比未发生脱水时更加显著。结合前人的研究并对比发现,围压在室温下的增加导致叶蛇纹岩强度增加;但在高温下围压的增加导致试样强度整体上降低,这很可能是试样内聚力的局部损失与韧性增强引起的。围压和温度的升高,以及断层面上流体的增加很可能会增加破裂面的韧性,从而减小摩擦系数。此外,叶蛇纹石并非以往人们所认为的那样具有极低的强度,其强度要比低温蛇纹石(如利蛇纹石和纤蛇纹石)的大得多,即便在高温(大约600℃)下差应力大于约600MPa和中-低温(≤400℃)下差应力大于约1000MPa时仍没有表现出明显屈服的迹象。在脱水条件下,蛇纹岩并没有发生脱水致脆,相反脱水使得试样的断裂行为变得更加温和些。因此,俯冲带蛇纹岩脱水更可能诱发其周围更加脆性的岩石发生地震而不是脱水的蛇纹岩本身发生地震。     

2~100GPa压力下D_2O冰相变的低温红外吸收光谱研究

在2~100 GPa和12~298 K的温度压力范围内系统地研究了D2O冰Ⅷ以及冰Ⅶ-Ⅷ和Ⅶ-Ⅹ相变的红外吸收光谱特征。我们发现冰Ⅷ的伸缩振动(v1,v3)和转动振动(vR,vR′)的频率及其压力依赖与冰Ⅶ基本一致,但弯曲振动(v2)频率存在明显差异,在6 GPa压力以上时位于约1100 cm-1,较冰Ⅶ低约80 cm-1。在10 GPa压力以下,冰Ⅶ及冰Ⅷ的弯曲振动频率随压力升高而降低,显示出异常的软模行为,可以用结构弛豫来解释。在100 K温度以下,冰Ⅷ在74 GPa相变为非分子相的平动无序冰Ⅹ,该相变以转动振动(vR)向变形振动(vD)的转化为特征。所观察到的冰Ⅶ-Ⅹ相变的红外光谱特征可以用来确定Ⅶ-Ⅹ相变压力。在平动无序冰Ⅹ中,氢原子(H或D)沿氢键束缚O-H(D)···O轴的发生隧道效应,隧道效应使得围绕着一个氧原子可以形成由4个氢原子构成的四面体,从而导致红外活性的变形振动(vD)的产生。