2.0 GPa块状斜长角闪岩部分熔融--时间和温度的影响

利用多顶砧压机, 以青藏高原北喜马拉雅构造带的天然斜长角闪岩为样品, 在2.0 GPa, 800～1000℃条件下进行了两个系列的块状样品脱水部分熔融实验: (1) 保持压力p = 2.0 GPa, 加热时间t = 12 h不变, 改变温度(800℃～1000℃)的实验; (2) 保持压力p = 2.0 GPa, 温度T = 850℃不变, 改变加热时间(12～200 h)的实验. 结果表明, 2.0 GPa, 加热12 h的条件下, 随温度升高, 斜长角闪岩中依次生成了石榴石、熔体和单斜辉石, 熔体的成分呈英云闪长质-花岗闪长质-英云闪长质的演化趋势. 2.0 GPa, 850℃条件下, 随加热时间增加, 斜长角闪岩中依次生成了石榴石、熔体和单斜辉石, 熔体的成分由英云闪长质向花岗闪长质演化.当块状岩石样品中熔体体积百分比的含量达到5%时, 熔体已经相互连通.温度大于850℃的条件下生成的熔体其粘度在104 Pas量级, 已经满足了在地质时间尺度上熔体分凝形成岩浆的粘度要求. 因此, 可以认为在增厚地壳的下部, 斜长角闪岩的脱水部分熔融可以形成英云闪长质-花岗质岩浆.     

2.0 GPa块状斜长角闪岩部分熔融

利用多顶砧压机, 以青藏高原北喜马拉雅构造带的天然斜长角闪岩为样品, 在2.0 GPa, 800~1000℃条件下进行了两个系列的块状样品脱水部分熔融实验: (1) 保持压力p = 2.0 GPa, 加热时间t = 12 h不变, 改变温度(800℃~1000℃)的实验; (2) 保持压力p = 2.0 GPa, 温度T = 850℃不变, 改变加热时间(12~200 h)的实验. 结果表明, 2.0 GPa, 加热12 h的条件下, 随温度升高, 斜长角闪岩中依次生成了石榴石、 熔体和单斜辉石, 熔体的成分呈英云闪长质-花岗闪长质-英云闪长质的演化趋势. 2.0 GPa, 850℃条件下, 随加热时间增加, 斜长角闪岩中依次生成了石榴石、熔体和单斜辉石, 熔体的成分由英云闪长质向花岗闪长质演化.当块状岩石样品中熔体体积百分比的含量达到5%时, 熔体已经相互连通.温度大于850℃的条件下生成的熔体其粘度在104 Pas量级, 已经满足了在地质时间尺度上熔体分凝形成岩浆的粘度要求. 因此, 可以认为在增厚地壳的下 部, 斜长角闪岩的脱水部分熔融可以形成英云闪长质-花岗质岩浆.     

斜长角闪岩弹性和流变性质的高温高压实验研究

对来自浙江陈蔡地区的天然斜长角闪岩在高温高压下进行了弹性波速和流变性质的实验研究.波速实验发现, 细粒和中粒斜长角闪岩的纵波波速沿线理方向(X)的传播快于沿面理法向(Z)的传播;在800或600 MPa及550℃的高温高压条件下,细粒和中粒斜长角闪岩的波速各向异性仍较高, 分别约为7.83%和9.77%,其平均纵波波速约为6.77和6.64 km/s.在高准静水压力作用下,当温度升至750℃之后,不同方向上传播的岩石波速都开始大幅度下降. 高固定围压和低固定应变速率(500 MPa,1×10^-4/s) 的三轴流变实验发现, 细粒斜长角闪岩的变形随温度的升高经历了脆性破裂(<650℃)、半脆性破裂、碎裂流动直至塑性变形(>800℃)这样一个基本过程. 韧性变形域内流变强度随温度的增加而逐渐下降, 且在750~800℃间强度急剧下降. 对两类实验前、后的样品进行显微和探针分析, 认为脱水熔融是引起波速和强度在高压(静水压、围压)、750℃之后大幅下降的主要原因之一.     

镜质体反射率与最高温度及其附近温度变化率的关系--几种镜质体反射率计算模型的比较

对常用的Waples、Middleton及Easy%Ro模型,通过蒙特卡罗方法,得到了相应的简化模型.所有简化模型均表明镜质体反射率(Ro)主要受控于最高温度(Tmax),并且与最高温度附近的温度变化率(Hr)有关.通过对简化模型的比较发现：(1)相对于Easy%Ro模型而言,Waples、Middleton模型对Hr的变化更为敏感;(2)总的来讲,达到相同的Ro值Middleton模型需要的温度最高,Easy%Ro模型其次,Waples模型需要的温度最低.在一定条件下,根据简化模型,利用实测的lnRo-H数据可以求取地层经历的最高温度及相应的地温梯度、热流和时间.实例分析表明岩石热导率等数据的准确性直接影响Ro解释的结果,但这种影响容易分析,而Hr的不确定性则导致多解性.     

热水条件下斜长石和辉石断层泥的摩擦滑动研究

在热水条件下对辉长岩的2种主要组成矿物斜长石和辉石进行了摩擦滑动实验研究。结果表明:1)斜长石在整个实验温度范围内(<607℃)显示速度弱化,而辉石除了在200℃附近表现出微弱的速度强化外,在其他温度范围也都表现为速度弱化;2)斜长石在低温时强度随温度的升高而略有增加,高温时强度则随温度的升高而降低。辉石的摩擦强度随着温度的增加没有系统性的变化,在0.74上下波动;3)在热水条件下辉长岩的摩擦性质并不是这2种主要矿物的叠加,有可能是辉长岩中的次要矿物的存在导致了辉长岩的速度强化;4)本实验所得热水条件下的实验结果与干燥条件下的结果有很大差异,再一次表明水的存在极大地影响了岩石的摩擦稳定性     

砂岩的热破裂过程

高温环境下,岩石表现为明显的宏观破裂特征. 本实验在细观尺度下观测了不同温度条件下,阜新细砂岩的矿物组分和微结构及其发展变化,以及内部微裂纹的发生和发展. 从实验中观察到,自150℃开始,阜新细砂岩微裂纹数量有剧烈的增加,并达到峰值;当温度超过210℃以后,可见裂纹的数量呈下降趋势并逐渐稳定;当温度达到810℃,细砂岩裂纹数量出现第二个增长峰值. 结果表明随着温度变化,细砂岩存在热破裂阀值.     

热水条件下花岗质糜棱岩的摩擦滑动实验研究

为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是：有效正应力为200 MPa;孔隙水压为30 MPa（在400 ℃到600 ℃之间为超临界水条件）;温度为100 ℃到600 ℃;轴向加载的速率范围从0.04 μm/s到0.2 μm/s再到1 μm/s.实验结果表明：（1）当温度小于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而增大;当温度大于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而减小.这种趋势和以往花岗岩的摩擦滑动数据基本一致;（2）糜棱岩在200 ℃和400 ℃时表现为速度弱化,其余温度下为速度强化;（3）糜棱岩与已有花岗岩的摩擦滑动数据并不完全一致;（4）花岗质糜棱岩速度弱化向速度强化转变的温度在430 ℃附近,以此我们可以推测：在变形机制为摩擦滑动的深部条件下,地震成核的深度范围可以比以往的估计更深.     

福州乌鸦嘴泉水氡恒温脱气观测的实验研究

在日常观测中发现水氡水样在水温相对高时进行脱气,水氡测值也相对较高,反之氡值相对较低。特别在夏季和冬季室外温度变化比较大,水样水温变化也较大,在不同的水样水温条件下脱气时,对水氡测值影响也不相同。为了分析相同水样在不同水温条件脱气对水氡测值影响变化,进行一系列的比测实验,采用恒温水浴来控制相同水样在不同水温(20℃、25℃、30℃)条件下进行脱气对比观测实验,试图找出相对于对水氡测值影响较小,较为稳定水样温度或温度区间条件下进行恒温脱气的观测方法。     

流体对石灰岩断层摩擦滑动影响的实验研究

在气体介质三轴高温岩石力学实验仪器上,采用意大利Scaglia Bianca石灰岩,在温度50～300℃、围压150MPa,含50MPa孔隙压、无孔隙压含饱和水和完全干燥三种条件下,开展摩擦滑动实验.实验力学数据和显微结构表明,完全干燥样品在120℃时出现慢滑移,实验样品中没有出现溶解与沉淀.无孔隙压含饱和水条件下,100℃、120℃、150℃条件下出现典型的慢滑移,实验样品中含有微弱的溶解与沉淀;300℃条件下出现黏滑,实验样品中出现沉淀.在含50MPa孔隙压条件下,50℃时的实验表现为典型的稳滑,实验样品中以溶解为主;在100～150℃时,出现慢滑移,实验样品中以溶解为主,沉淀为辅;在200～300℃时,出现典型黏滑,实验样品中以沉淀为主.实验结果表明,石灰岩断层泥摩擦滑动稳定性随温度变化,受流体中碳酸钙的溶解和沉淀作用控制,因此,流体中矿物质的饱和度这一化学性质对断层带的摩擦强度和摩擦滑动稳定性具有显著影响.     

高温高压下石英方解石断层带的摩擦滑动性状

在不同的温度、压力条件下进行了含石英和方解石断层泥标本的摩擦实验。结果表明,石英断层带的摩擦强度对压力的响应直到400℃都很明显,对温度的响应在高温(高于400℃)时才明显;方解石断层带的摩擦强度对温度很敏感,对围压的响应只在低温(200℃)时才明显;随温度升高,石英和方解石断层带均由粘滑转变为稳滑,但前者的转换界限在400℃到500℃之间,而后者在200℃到300℃之间。显微观察表明,上述差异归因于其具体变形机制的差别。      

高温高压条件下角闪岩脆-塑性转化实验研究

在高温高压条件下开展了天然角闪岩样品的变形实验研究,并且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,研究了在不同的温压和应变速率条件下角闪石的变形机制。实验结果表明,随着温度升高,样品的应力-应变曲线由强化逐渐转化为屈服,并且出现弱化,样品强度显著降低,随着围压增加,样品强度增大,随着应变速率降低,样品强度降低,压缩方向与样品面理斜交的实验样品强度显著降低。实验变形样品在500℃时,角闪石表现为晶内破裂和碎裂变形,其变形以脆性为主导;在600℃时,样品中发育由角闪石残斑和碎裂基质构成的碎裂组构,部分角闪石晶体出现了波状消光,角闪石以碎裂变形为主,局部具有塑性变形的特征;在700℃时,样品以晶体扭折变形为主,局部出现脱水和细粒微晶,并且含有微破裂,显示了样品以晶体扭折变形为主,含有微破裂,样品变形处于脆-塑性转换域;在800℃时,样品中基本没有发现明显的脆性变形,样品以动态重结晶作用为主,角闪石出现脱水。因此,在实验温压范围内,在500℃→600℃→700℃→800℃条件下,角闪石变形机制表现为脆性破裂→碎裂流动→晶体扭折→动态重结晶和脱水作用,显示了角闪石经历了脆性—脆-塑转化—塑性变形的变形机制。     

不同温压条件下居庸关花岗岩脆塑性转化与失稳型式的实验研究

为研究花岗岩的脆塑性转化和失稳型式，在固体围压介质三轴实验系统上进行了3组高温高压实验，结果表明，温度小于300℃时花岗岩为脆性破裂，大于800℃时为塑性变形，在300-600℃，花岗岩为半脆性破裂和碎裂流动，在600-800℃，花岗岩为半脆性流动，花岗岩的渐进破坏发生在低压区域；突发失稳发生在室温高压（≥300MPa)和高温高压（550℃600MPa-650℃700MPa)两个区域；在突发失稳与渐进破坏区域之间存在大范围的准突发失稳区，在实验温压范围内，影响花岗岩脆塑性转化的首要因素是温度，其次是围压；而花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。     

大麻坪橄榄石冲击波实验研究与高压态物态方程参数的确定

利用冲击波进行的动高压实验对研究超高压下的物质性质也是十分有效的.本文报告了对大麻坪采集的橄榄石进行压力在10~45GPa范围的冲击波动高压实验结果.结合前人等温冷压实验结果,确定了实验过程的温度,对于冲击波实验压力从10GPa变化到30GPa时,温度在摄氏几十度到摄氏800多度之间.测量了岩石超高压下密度变化,在3.627~4.009g·cm~(-3)之间.通过回收实验和确定的温度,表明小于30GPa压力实验条件下,没有发生相变过程.同时也确定了状态方程的参数.最后,指出了实验结果在上地幔地球内部物质运动过程的含义,即冷板块中的亚临界橄榄岩可以存在地幔转换带中.     

水对Carrara大理岩强度和变形机制影响的实验研究

采用干燥和含水Carrara大理岩样品,在温度400~700℃、围压300MPa、应变速率10~(-4)/s和10~(-5)/s条件下开展了轴向压缩实验。利用傅里叶变换红外光谱仪,测试了实验样品中的水含量,通过偏光显微镜、扫描电镜与能谱分析了实验变形样品的微观结构。实验力学数据表明,在400℃时,样品表现为应变强化特征;在500~700℃条件下,样品转变为稳态流变。样品强度随温度增加而降低,随应变速率降低而降低;而水对大理岩强度的影响不显著。微观结构分析表明,在400℃时,大理岩以脆性破裂为主,含水样品局部出现压溶。在500℃时干样品和含水大理岩处于脆塑性转化变形域。干样品在600℃时变形以位错滑移为主,而干样品在700℃时和含水样品在600~700℃时,以位错攀移和动态重结晶为主要变形机制。较低的应变速率和较高的水含量促进了压溶作用和动态重结晶。     

江苏东海红土山、青龙山榴辉岩的变质作用和成因问题

本文就红土山和青龙山榴辉岩的矿物、岩石组分和矿物共生组合特征,参照矿物、岩石实验数据和实验曲线,计算出该榴辉岩是在T=890°-1270℃,P=17.25-24.75Kb,相当于52—74公里深度的区域变质作用条件下形成。其原岩可能来源于拉斑玄武岩。榴辉岩在成岩后又遭受了剪切挤压的动力变质作用,使其经历了进变质和退变质作用。推测榴辉岩的成岩和迁移,所经历的条件是温度由1080℃±190℃降到750℃±80℃,压力由21.0Kb±3.75Kb 降到4.3Kb±2.5Kb,并被挤压到壳内混合岩化片麻岩系中,以大小不等的透镜体产出。动力变质的退变质作用,其温度、压力条件,本文计算的方程式为P(Kb)=0.0506T(℃)-33.65,为地震地质提供构造演变的条件和有关能量计算问题     

高温高压下石灰岩剪切网络的实验研究

主要介绍在不同温度(300—1000℃)、围压(300—600 MPa)条件下灰岩的等应变率压缩实验和蠕变实验以及变形样品的显微观测、分析结果.通过研究岩石的流变特性、变形形迹和变形机制及其受温度,压力、应变率等因素的影响,确定由共轭网络状塑性流动向均匀塑性流动过渡的温、压界限,并讨论了相应的流变学标志和微观构造标志.上述结果为大陆岩石层多层构造网络的研究提供了实验依据.     

超深碳酸盐岩油气储层岩石弹性性质高温高压超声实验研究

面向超深碳酸盐岩油气勘探开发中储层精细地震刻画问题,研发了高温(200℃)、高压(200 MPa)岩石弹性性质超声测量系统.收集塔里木盆地9块奥陶系超深碳酸岩储层岩石样品,通过高温高压条件下超声纵、横波速度测量发现,在围压保持69.0 MPa不变的情况下,当温度从25℃上升到200℃时,干岩石样品的纵、横波速度以及体积模量与剪切模量随着温度的升高而下降,纵波速度与体积模量最大降幅分别达到3.54%和7.54%,横波速度与剪切模量最大降幅分别达到4.57%和8.93%;在温度保持200℃不变情况下,当围压从69.0 MPa上升到137.9 MPa时,干岩石样品的纵、横波速度以及体积模量与剪切模量随着围压的升高而升高,纵波速度与体积模量最大升幅分别达到1.78%和3.39%,横波速度与剪切模量最大升幅分别达到1.95%和5.26%.在超深碳酸盐岩油气储层环境下,温度对碳酸盐岩岩石骨架弹性性质的影响可能超过围压对岩石骨架弹性性质的影响.岩石样品温度与围压循环实验表明,干岩石弹性性质与温度以及围压的变化关系不具可逆性,碳酸盐岩岩石样品弹性模量与温度之间总体上存在线性关系,其截距与斜率由碳酸盐岩...     

金刚石压腔与地幔矿物物性研究

高温高压实验是探索地球深部奥秘的重要手段,金刚石压腔(Diamonnd Anvil Cell,DAC)作为一种静态超高压实验装置,目前能够达到的温压条件可以涵盖整个地球范围.近年来,随着实验技术的发展和实验装备的不断改进,DAC可以与多种物性测量方法相结合,在模拟地球深部温度和压力的条件下,原位获得有关地幔矿物的物性数据.本文首先介绍了金刚石压腔装置及其特点,然后重点阐述了近五年来DAC在典型地慢矿物物性研究方面取得的进展:(1)水在橄榄石、辉石中的结合方式及其影响;(2)组成成分变化对橄榄石、石榴子石、斯石英、钙钛矿等矿物物性的影响.文章最后对金刚石压腔装置的改进,特别是压砧的发展进行了探讨.     

天然麻粒岩高温流变实验研究

本实验在气体介质三轴高温流变仪上,采用怀安瓦窑口麻粒岩,在温度900～1200℃、围压300 MPa、应变速率10~(-4)～10~(-6)/s条件下,开展高温流变实验.实验样品麻粒岩由斜长石(52%)、单斜辉石和斜方辉石(40%)、石英(3%)、磁铁矿和钛铁矿(5%)组成,矿物平均粒度为:斜长石294μm、单斜辉石和斜方辉石282μm、石英97μm、磁铁矿和钛铁矿109μm.利用傅里叶变换红外光谱仪分析获得变形后样品的水含量约为0.17±0.05wt%.实验样品的强度随温度升高而降低,随应变速率降低而降低.基于力学数据,采用稳态流变方程,获得实验样品在900～1000℃时的应力指数为8.1～12.9,在1050～1150℃时的应力指数为4.8～5.8,平均值5.2.应力指数随着温度升高而降低.显微结构和成分分析表明,在900℃时麻粒岩出现矿物压扁与定向拉长特征,样品以位错滑移和微破裂变形为主;在950～1000℃时,麻粒岩样品中颗粒边界变得圆滑,表现出位错攀移特征,辉石和磁铁矿边缘出现微量熔体;在1050～1200℃时麻粒岩出现部分熔融,而且随着温度和实验时间(应变)增加,熔体含量增加,熔体结晶出微粒斜长石、辉石和橄榄石,部分辉石通过固体反应生成橄榄石.颗粒边界熔体和矿物反应促进了扩散作用,导致位错攀移和熔体引起的扩散蠕变共同控制了麻粒岩的高温流变.     

支链四醚膜脂在中国土壤中的分布:对MBT/CBT指标作为古环境指标可靠性的评估

土壤环境中广泛存在的支链甘油二烷基甘油四醚脂化合物(br GDGTs),为古气候与古环境重建研究提供了新的指标.br GDGTs的甲基化指数与环化指数分别用MBT和CBT表示,被认为主要受到年平均大气温度(MAAT)和土壤p H的控制.然而在综合不同环境样品的条件下,br GDGTs指标重建的温度和土壤p H与真实值之间存在着较大的偏差.本文报道了分别代表湿润气候(西双版纳、广州、上海)、半干旱气候(东营)以及干旱气候(兰州、青藏高原)环境下超过300个土壤样品中br GDGTs化合物随中国气候带的变化特征.总体数据表明,在湿润与非碱性环境下MBT/CBT指标重建的温度与真实温度的吻合比干旱/半干旱(MAP500mm/a)及碱性环境下(p H7.0~7.5)表现得更好.同样地,CBT指标在湿润与非碱性环境中可以较好地反映土壤p H的变化.与此相反的是,在干旱/半干旱与碱性环境下,CBT指标与p H之间趋于正相关关系.本文的结果表明了土壤p H、年均大气温度及降水量是控制br GDGTs在不同气候带分布的主要环境因素,并且土壤电导率、总有机碳、总有机氮与含水率在区域环境中同样起着重要作用.通过在CBT指标计算中去除br GDGT-II化合物得到了一个新的CBT指标.该指标可以提供更准确的p H估算,特别是在干旱/半干旱与碱性环境下.本文大量的中国土壤数据表明br GDGTs指标恢复的陆地大气温度与真实值之间可能存在较大偏差,因此在应用这一指标重建古气候或古环境时应相当谨慎.