硬主石的高温高压实验研究进展

高温高压实验研究是国际地球科学研究的前沿领域和重要方向之一,模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球内部物质的物理和化学性质,是解释地震波数据、了解地球内部结构和动力学过程的重要途径.硬柱石是大洋冷俯冲带中的一种重要变质矿物,国内外学者开展了大量的硬柱石高温高压物理化学性质的实验研究,并取得一系列重要成果.本文对硬柱石的...     

地球内部水与无机成烃

地球内部水是广泛存在的,由于高温高压作用使其具有独特的物理和化学性质,它对于烃类物质生成和运移都具有重要的意义。在地球内部,水与无机矿物作用产生H2或者O2,对C-O-H流体平衡存在影响,这是烃类物质形成和稳定的重要因素。地球内部高温高压水热流体一方面为有机反应提供高效的介质,另一方面它直接作为反应物与碳酸盐和金属碳化物反应生成烃类物质。对于地球早期有机物形成和水热条件下有机物的主要合成反应——费托反应,其重要的成烃物质H2主要由水与矿物作用产生,这是目前较为认同的地球内部无机成烃的重要方式。     

美国卡内基研究所生物地球化学研究概况

由美国华盛顿卡内基研究所(Carnegie Institution of Washington)的一些学者倡导而开辟的生物地球化学研究领域,经过较长时间的开创性研究与探索现已处于领先地位,其中许多研究课题是由该所地球物理实验室的研究人员承担的。为了满足地质学家及生物科学在内的专门领域和专家们的需要,他们研制出了许多新的仪器和研究方法。生物地球化学这门学科即将列入大学课程。 地质学和生物学的结合,产生了生物地球化学学科,科学家们在此领域对生物组织与有机     

地球深部物质科学——在静高压大腔体实验研究方面的某些进展

介绍近年来使用静态超高压大腔体实验技术 ,在模拟地球内部的高温高压条件下 ,对地球物质进行的若干物理和化学性质的实验研究。高压同时高温条件下多种岩石样品的弹性波速就位测量揭示出物质的声软化现象和振幅效应 ;高温高压下陨石和岩石的熔融结晶实验发现了陨石硅酸盐相的不混溶现象以及玄武岩熔体结构的变化 ,在玄武岩转变为榴辉岩的实验中观测到了刚玉相 ;在高温高压水的实验中 ,发现了冰 Ⅶ 的亚稳相和熔融前效应以及超临界水及其稀溶液的一些新性质。这些实验结果为探索地球深部物质的性质和状态以及迁移和演化提供了新的依据。     

贝彻尔的高温高压实验室和我在该处的实验工作

我作为中国科学院地球化学研究所和美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的地球物理和行星物理研究所间的人员交流计划的一部分,于1981年4月24日至1982年12月18日,在该研究所亚瑟·贝彻尔(Arthur L·Boetther)教授的高温高压实验室进行合作研究约20个月。     

实验矿物物理的发展现状与趋势:1.相变和状态方程、电导率、热导率

实验矿物物理是高温高压实验地球科学的重要分支学科之一,它主要是通过高温高压实验模拟地球内部的物理化学环境,并原位测定地球深部物质（矿物、岩石和熔/流体等）的相变和状态方程、电导率、热导率等物理参数,探讨地球内部的圈层结构、物质组成、地球动力学过程等地球物理性质相关的一系列重要科学问题. 综述了实验矿物物理的发展历史、近二十年的研究现状与趋势,并展望了该学科未来发展的方向、关键科学问题与面临的主要挑战.      

高温高压下水和氯化钠溶液的物理化学性质研究

高温高压下水和氯化钠溶液的物理化学性质研究徐有生（中国科学院地球化学研究所，贵阳５５０００２）关键词高温高压水和ＮａＣｌ溶液物理化学性质水和ＮａＣｌ溶液是地质上最常见的溶液，了解其物理化学性质有助于研究水溶液在地球内部各种地质作用和地质过程中所起的作...     

利用地震波研究地壳内部应力状态的方法(综述)

地壳中的构造现象和地震的发生均为地壳内部应力作用的结果。研究地壳内部的应力场应力场状态、应力场随时间和空间的分布变化规律,以及地震在什么样的应力状态下发生是解决地震预报问题的关键问题。而了解地壳表层应力的形成和分布规律,应力的大小和变化特征,对于解决地质工程问题具有很重要的意义。目前研究地球内部应力及应力场的方法主要有以下四大类。 (1) 实地直接测定钻孔中的应力状态。 (2) 利用地球物理观测获得的地震学、重力学及地热学资料推断地球内部的应力状态。 (3) 利用地质学方法,推断产生现代构造运动的应力场。 (4) 在实验室研究地壳内部岩石的脆破裂,高温高压下物质的流动规律,岩组测压技     

硬柱石的高温高压实验研究进展

高温高压实验研究是国际地球科学研究的前沿领域和重要方向之一,模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球内部物质的物理和化学性质,是解释地震波数据、了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。硬柱石是大洋冷俯冲带中的一种重要变质矿物,国内外学者开展了大量的硬柱石高温高压物理化学性质的实验研究,并取得一系列重要成果。本文对硬柱石的高温高压实验研究成果进行了梳理和总结,包括硬柱石的热稳定性、压缩性、振动光谱性质以及物性参数等,指出前人研究中存在的不足,提出未来研究中需要加强的方向。本文旨在让更多的学者对硬柱石的高温高压物理化学性质具有更加全面的认识。     

实验地球科学的前沿与发展战略

实验地球科学是利用实验装置和技术模拟地球内部的高温高压条件,开展地球内部物质的物理和化学属性与地球内部过程研究.我国的实验地球科学在过去10年得到了快速发展,已成为国际高温高压实验领域的一支重要研究力量.主要介绍了实验地球科学的定义与战略价值,简述了我国实验地球科学的发展现状与薄弱环节,提出了未来学科发展的思路和重要举措,并展望了学科未来的优先发展方向.     

地球内部极端条件下流体和物质相互作用:透过金刚石窗口探测地球深部流体

报道关于地球内部极端条件下的流体实验研究的最新进展。使用金刚石压砧结合各种谱学方法及同步辐射光源技术,在高温超高压条件下原位直接测量物质的结构和性质,已经获得分子-原子尺度信息新的实验数据。本项工作使用金刚石压砧对高压(10GPa)和高温高压(800℃,3GPa)条件下的NaCl-H2O进行红外谱原位直测,研究了高压和高温高压下水分子结构,发现水分子的O—H振动特征峰频率随温度向高波数变化,而且,在临界态区域时水分子间的氢键网格被破坏。实验说明:地球内部流体性质由深到浅不断变化,如水的密度、介电常数等物理参数随温度压力而改变,在临界态出现突变。这些变化可以用高压高温的物质的各种谱学特征来表征。水的性质与它的分子结构、分子振动有关。在跨越临界区时水的性质异常涨落是由水分子结构异常变化、分子振动形式变化和氢键网格破坏所导致的。从分子尺度认识地球内部流体在极端条件下的性质和高压原位实验观测有助于我们进一步了解地球深部物质的性质及其相互作用,有助于认识深部过程。     

剪切变形与部分熔融:原理、方法和应用

差应力是各种地质构造现象,如地震活动、造山带的形成及各种动力学过程等产生的重要驱动力,因此研究剪切变形下部分熔融岩石的物理化学性质对正确认识地球各圈层的变形、地幔对流、板块构造运移、地球形成与演化等科学问题具有重要的意义。本文首先介绍了在高温高压及剪切变形下地球内部物质物性测量的原理和方法,然后对剪切变形下部分熔融岩石物性测量方面所取得的最新进展和一些重要的地学应用做了简要评述,最后对今后的研究前景及潜在的研究领域做出了展望。     

实验岩石学发展现状与趋势

实验岩石学通过高温高压实验来模拟地球内部状态,正演研究矿物、岩石及其组分的物理化学行为,与天然矿物和岩石样品反演研究相互补充. 从20世纪初美国卡内基研究所建立地球物理实验室算起,实验岩石学已经历了100多年的发展,在认识地球内部状态和过程以及矿物和岩石成因方面发挥了重要作用. 我国实验岩石学研究开展约50年,进入21世纪以来在实验平台和创新性研究成果方面取得了显著进步. 在学科发展趋势方面,实验岩石学表现出以下6方面的特点:（1）新的高温高压实验技术不断涌现;（2）实验与分析测试技术高度融合;（3）实验模拟与计算模拟相结合;（4）从热力学平衡扩展到动力学研究;（5）从干体系扩展到对挥发分和流体的深入研究;（6）应用场景从固体地球扩展到类地行星. 通过进一步开发或改进高温高压实验技术,加强与分析测试技术以及计算技术的结合,实验岩石学有望在破解地球内部流体的性质和作用、地幔演化和岩浆分异、变质反应速率和机制、类地行星形成与演化等重要科学问题方面作出关键贡献.      

同步辐射激光加温DAC技术及在地球深部物质研究中的应用

实验室模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球相关材料的物理和化学性质,是解释地震波数据、进一步了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。用高功率的红外激光光束,加温金刚石对顶砧压腔(DAC)中的样品,可以获得深部地幔乃至地核的极端温度和压力条件,已广泛地用于地球深部矿物的相变、熔融和状态方程研究。同步辐射微束技术的发展,为激光加温DAC技术的应用开辟了新的领域,也使地幔及地核条件下的矿物研究有了重要的突破。文章介绍激光加温DAC技术的发展;阐述高温高压原位的同步辐射X射线衍射方法;例举激光加温DAC技术在地球深部物质研究中的一些应用;并对一些关键的技术问题加以分析和讨论。     

地球内部高温超高压流体的水热金刚石压砧原位观测

地球内部极端条件下流体原位观测实验研究有了巨大进展。使用金刚石压砧结合各种谱学方法及同步辐射光源技术,在高温超高压条件下原位直接测量水和水合物结构性质,已经获得关于地球内部流体的分子-原子尺度信息的新实验数据。本次研究通过金刚石压砧对高压(10GPa)和高温高压(800℃/3GPa)NaCl-H_2O和NaCl-D_2O-H_2O的红外谱原位直测,研究了高压和高温高压下水分子结构。发现高压高温水分子OH振动频率随温度升高向高波数变化,而且,在临界态区域时水分子间的氢键网络破坏。水分子OH振动频率随盐度升高向高波数变化。水分子的其它方式运动的频率也随温度改变。实验说明了水分子在极端条件下的结构和运动方式。地球内部由深到浅,不同深度上的流体性质不断变化,如水的密度、介电常数等物理参数随温度压力改变,水的性质在临界态会出现突变。这些变化可以用高压高温的水的各种谱学特征来表征。水的性质取决于水的分子结构(键态)、分子振动方式。在跨越临界区时的水性质异常涨落与水分子结构变化、分子振动形式变化和氢键网络破坏有关。高温超高压流体原位红外谱观测实验是从分子尺度认识地球内部流体性质。水分子尺度的信息有利于我们深入理解地球深部流体性质、活动及物质相互作用,有利于理解岩石圈和地球深内部过程。     

地幔矿物与水流体之间元素分配系数的研究及意义

流体是地球内部物质和能量迁移最为活跃的介质，它在造成地幔化学的富集和亏损，产生具有不同地球化学特征的幔源岩浆岩石，以及促进壳幔物质的再循环过程等诸多方面都起了重大作用，高温高压下实验模拟流体与地幔岩石和矿物之间痕量元素分配作用是揭示地幔流体的组成与性质，地幔中不同元素类型之间或内部的分异作用，地幔交代介质的类型与特征，岛孤玄武岩高场强元素亏损原因的一个重要的手段，并对近年来有关高温高压下流体与地幔矿物之间痕量元素分配作用的实验模拟研究进行了评述，分析了制约流体与地幔矿物之间痕量元素分配系数的因素，总结了这些研究的应用。     

第九届实验矿物岩石地球化学专业委员会会议在贵阳召开

正2018年8月24-27日,由中国科学院地球化学研究所、中国科学院地球内部物质高温高压重点实验室具体承办的第九届实验矿物岩石地球化学学会专业委员会议在贵阳召开。来自国内外有关高校和研究机构的100余名代表出席了会议。中国科学院院士金振民、刘丛强,中国科学院地球化学研究所胡瑞忠所长、国家自然科学基金委任建国处长也应邀出席了会议。专业委员会副主任委员李和平研究员主持开幕式,金振民院士、刘丛强     

冲击波实验技术及其在固体地球科学中的应用

在地球和其它行星内部,存在着如高温高压这样的极端条件,它们不能用常规的实验手段来获得,而利用高压物理中的冲击波实验技术就可以得到行星内部的高温高压状态。通过     

高温高压下元素配分的原位实验与计算模拟研究进展

地球内部元素的配分行为具有重要意义,有助于揭示地球内部物质循环、元素成矿、超临界流体性质等基础地质问题。同步辐射微聚焦X射线荧光光谱(SR-μXRF)结合金刚石压腔(DAC)技术,可以在高温高压条件下实现高准确度和高分辨率的原位(in situ)测试元素在不同物相间的浓度,并获取配分系数。而基于地球化学热力学的理论计算模拟,可以获得元素在不同物相间的赋存形式,有助于揭示元素配分机制。本文综述了SR-μXRF结合DAC技术和地球化学热力学计算模拟原位测定高温高压下元素配分的研究方法,及其在地球内部元素迁移、成矿作用和地球早期形成过程等领域中的应用进展,认为利用该套方法研究高温高压下元素配分行为的体系将变得更加复杂,对温度、压力条件则要求更高。本文旨在更新和丰富高温高压下元素配分系数数据,深化对地球内部物质循环等问题的认知。     

D-DIA装置与同步辐射源结合技术及其在矿物高温高压变形实验中的应用

高温高压变形实验是研究地球深部组成矿物流变学性质的重要技术手段之一.D-DIA(deformation-DIA)装置是最近10年来兴起的一种新的高温高压变形实验设备,通常可实现的最高压力为15 GPa和温度约为2 000 K;而同步辐射X射线衍射已经广泛地应用到物质结构科学的研究中,二者相结合,能够有效原位地研究材料物质在高温高压下的流变学性质.以美国布鲁克海文国家实验室配合有同步辐射源的D-DIA装置为例,介绍该装置的基本结构、工作原理及D-DIA装置与X射线结合技术如何实现矿物高温高压下变形过程的原位观测及相关定量力学数据的获取.这一技术突破了传统流变仪的压力局限,为在更高压力(P＞4 GPa)条件下研究地球深部组成物质的高温高压流变学性质提供了有效途径.