玄武岩的高温高压实验研究

玄武岩及其高温高压相—榴辉岩的相组合,经历了长期的地质作用,反映出一定的时空条件。从高温高压实验矿物学,实验岩石学入手,对于以相组合出现的某些化学体系进行平衡条件研究,可揭示此类岩石形成的物理化学环境,并有助于阐明地球内部的物理状态、组成成分以及活动过程。     

玄武岩的高温高压实验研究

玄武岩及其高温高压相—榴辉岩的相组合,经历了长期的地质作用,反映出一定的时空条件。从高温高压实验矿物学、实验岩石学入手,对于以相组合出现的某些化学体系进行平衡条件研究,可揭示此类岩石形成的物理化学环境,并有助于阐明地球内部的物理状态、组成成分以及活动过程。 N.L.Bowen早在1928年曾根据高温下的实验     

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。     

●●以下文章网络预出版（在线出版）于2022年12月20日，预计刊于《地质论评》2023年第69卷第1期(2023年1月15日发行纸质版）或2023年第69卷第2期（2023年3月15日发行纸质版）

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：① 高压釜实验;② 热液金刚石压腔—激光拉曼实验;③ 熔融毛细硅管—激光拉曼实验;④ 计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到（半）开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

铅锌富集机制实验研究方法综述

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：(1)高压釜实验;(2)热液金刚石压腔—激光拉曼实验;(3)熔融毛细硅管—激光拉曼实验;(4)计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到(半)开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

高温高压微束衍射实验进展及其地学应用

同步辐射X射线微束衍射技术与静态高压装置(包括金刚石压砧设备和大腔体压力机设备)结合运用是研究高温高压下物质晶体结构、相变等的有效方法。金刚石压砧高温高压实验技术的发展体现在:在产生极端高温高压的同时,获得准确的实验温度压力值,采用充装气体传压介质等方法减小压力梯度,采用激光双面加温技术和改进激光光路以减小样品径向和轴向的温度梯度。大腔体压力机高温高压实验技术的发展主要表现在产生更高的实验压力,以及测试过程中使样品在一定幅度摆动以消除晶体生长和择优取向对衍射数据的影响。同步辐射X射线微束衍射技术的发展主要表现在更高亮度和更宽能量范围的同步辐射光源的使用、X射线聚焦技术的发展,以及角色散X射线衍射测试技术的进步。介绍了近年来高温高压微束衍射实验在地球科学领域所取得的一些最新进展,包括硅酸盐超钙钛矿的实验发现,铁的高温高压相变及熔融曲线、SiO2 超斯石英相变、橄榄石尖晶石相—超尖晶石相转变压力的精确测定等研究结果;认为硅酸盐超钙钛矿的进一步深入研究,水对地球深部矿物岩石力学性质及熔融行为的影响,高温高压下物质的化学反应性和地球深部元素的地球化学行为等,是今后高温高压实验研究的重要方向。     

Piston-Cylinder高温高压实验装置及在壳幔动力学研究中的应用

介绍了目前在国际壳幔作用及动力学研究中普遍使用的Piston-Cylinder高温高压实验技术的主要工作原理、结构、样品装置设计及主要技术指标.通过分析Piston-Cylinder高温高压实验技术在大洋和大陆板块俯冲深部过程的流体活动、基性岩石部分熔融作用、岩浆活动机制及约束条件等壳幔相互作用研究中的应用实例,认为引进该项实验技术对于我国科技工作者开展高温高压条件下壳幔动力学研究以及缩短我国实验岩石学技术手段与国际间的差距具有重要意义.     

高温高压成岩成矿实验在金属矿床研究中的若干应用

顾名思义,高温高压成岩成矿实验是在矿物学、岩石学、地球化学和矿床学等的研究基础上,根据物理化学的基本原理,应用高温高压实验设备和技术,在人工控制的接近于自然界的条件下,对与矿床形成密切相关的成岩成矿作用和地球化学作用进行实验研究的科学.其目的和任务就是查明有用元素在地质作用和地球化学作用过程中的分散富集规律,研究形成矿床的物理化学条件,阐明矿床的成因机理,指导找矿评价工作.因此,它是地质科学中的一门很有生命力的实验学科.近十几年来,随着生产的发展和需要,近代科学技术的进步,特别是高温高压实验资料在解决地质科学若干重大课题中广泛而有效的应用,因而这一学科也获得了迅速发     

高温高压下水流体中石英溶解度研究进展

高温高压水流体中矿物的溶解度是研究地球内部水流体-固体相互作用过程中元素活化、迁移和沉淀以及热液组成、性状及演化的必备参数。石英作为地壳最基本的组成矿物,其在高温高压水流体中的溶解度在地球内部热液作用研究中具有极为重要的意义,迄今已有许多学者对石英在高温高压水流体中的溶解度作过研究。本文通过系统总结前人有关研究成果,从实验技术、影响因素以及石英的赋存状态和溶解度模型等方面介绍了高温高压水流体中石英溶解度的研究进展,对目前该研究存在的问题作出了评述,并对未来该研究的发展趋势进行了预测。     

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.      

地球下地幔矿物结构和热力学参数的研究进展与展望

下地幔从660 km到2 891 km深度,占据整个地球质量的49.2%并处于极端高温高压的状态。在下地幔相应的温度压力条件下研究主要构成矿物的物理性质,尤其是结构、密度和波速,是理解下地幔结构、物质组成以及动力学过程的关键。通过回顾过去30年高温高压矿物学实验对下地幔矿物,包括布里基曼石、铁方镁石、Ca-钙钛矿以及硅酸盐—后钙钛矿结构和热力学状态方程的重要研究进展,探讨温压条件变化、成分变化以及Fe自旋变化对这些下地幔矿物(相)密度和体波波速的影响,指出现有研究结果的不足和需要解决的问题,并对未来的研究方向提出展望。     

静压催化法石墨—金刚石相变研究

实验证明了高温高压有金属催化剂参与条件下，石墨到金刚石相变过程的中间相是类球状再结晶石墨。研究了类球状再结晶石墨的形成与温度压力的关系。     

海南岛抱板群岩石高温高压实验及金成矿机理探讨

高温高压实验岩石学是地质学、岩石学领域中的“硬科学”犤1999,王德滋,等犦。目前高温高压实验岩石学研究主要是针对单一岩石的熔化和融离实验,而针对多物源成因的花岗岩模拟其物源贡献大小的实验岩石学及同时发生的成矿作用研究基本上是一个空白。文章根据海南岛戈枕含金剪切带中元古代花岗岩的物源特征及与之有关的戈枕式金矿成因特点,通过高温高压实验岩石学模拟,初步探讨古中元古代抱板群岩石高温高压下的熔融行为及金的成矿机理。实验结果表明,具原地-半原地性质的中元古代花岗岩很可能是由6份(或4份)石英绢云母片岩+1份斜长角闪片麻岩、在压力为1.879～2.143GPa、温度849～901℃的条件下部分熔融形成的,部分熔融过程同时还发生了金的聚集和活化迁移。     

静压催化法石墨－金刚石相变研究

实验证明了在高温高压有金属催化剂参与条件下，石墨到金刚石相变过程的中间相是类球状再结晶石墨。研究了类球状再结晶石墨的形成与温度压力的关系。     

YJ-3000t型紧装式六面顶大腔体高温高压实验装置样品室的压力标定

固体、流体及其混合体系的高温高压实验一直是人们了解各种物质及体系的成分、结构、性状和过程的重要手段.因此,开展各种物质及体系的高温高压实验研究具有重要的理论和实际意义[1].在高温高压实验研究中,样品室内的压力通常必须已知.然而,对于采用固体物质作为传压介质的多面顶大腔体高温高压设备,由于传压介质的内摩擦会使得砧面压力与样品室内压力不一致,因此有必要对样品室内的压力进行标定.     

线性石蜡基钻井液高温高压性能的研究

为了评价近期研制出的新型线性石蜡基钻井液的高温高压性能,对优选出的线性石蜡基钻井液开展了一系列的实验研究。评价试验包括：高温老化试验、高温流变性试验以及温度压力共同作用下钻井液的流变参数的测定。在试验研究的基础上,建立了预测高温高压条件流变参数的回归模型。该回归模型可用来预测限定条件下某一井深处的流变参数。研究结果表明,优选出的线性石蜡基钻井液可用作深井钻井的钻井液。     

合成金刚石的晶体形态对天然金刚石的启示

作为深部地球研究的“信使”,不同类型天然金刚石的形成温度、压力及环境介质条件一直是地球科学中的重要内容。天然金刚石原石呈现出多种多样的晶型和表面形貌特征是其结晶过程、介质环境和运移过程的最直接记录。伴随着金刚石高温高压合成技术的发展以及合成金刚石的规模化工业生产应用,前人对合成金刚石的晶型及表面形貌特征进行了大量的描述并详细探讨了温度、压力及组分差异对晶体形态的影响。本文对不同条件下的合成金刚石与不同类型天然金刚石的晶型特征、表面形貌特征进行了详细的对比分析,旨在将高温高压实验中明确的生长条件及晶体生长规律应用于天然金刚石形成条件的研究中,并进一步为金刚石晶体形态反映出的地质环境特征、地幔流体/熔体组成和动力学条件的研究提供约束。     

高温高压条件下矿物反应对麻粒岩流变影响的实验研究

开展麻粒岩流变实验,分析新矿物的形成对麻粒岩的流变的影响,为研究中国东部地区下地壳中性和基性麻粒岩流变结构奠定基础。采用天然基性麻粒岩样品,在围压为1 500 MPa,温度900~1 050℃,应变速率1×10-5/s的条件下,开展流变实验,获得麻粒岩的稳态塑性流变方程;在相同压力和温度条件下,开展静压状态下的淬火实验,研究静压条件麻粒岩在高温高压下的矿物反应;利用扫描电镜(SEM)、电子探针等,分析实验样品的微观结构与成分,研究实验前后矿物成分变化,重点分析在高温高压条件下矿物反应分布以及通过反应形成的新矿物的特征;通过力学数据与微观结构、成分的定量分析,并与静压条件下的矿物反应对比,研究矿物反应对麻粒岩流变的影响,把矿物反应的影响作为参数引入流变方程中,为定量估计有变质反应参与的大陆下地壳流变强度提供初步的本够方程;根据天然麻粒岩样品的流变实验数据,结合已经发表的辉石、长石、长石—辉石组合、辉长岩、辉绿岩、麻粒岩、榴辉岩等的流变实验结果,综合研究矿物成分与矿物反应对麻粒岩流变的影响,揭示基性麻粒岩流变的复杂性。本项目拟利用天然的麻粒岩样品,在3 Gpa熔融盐固体介质三轴实验装置上,开展矿物参与的麻粒岩的高温高压流变实验,获得麻粒岩样品的稳态塑性流变方程、微观结构与变形机制;分析样品实验前后的成分变化,研究矿物反应形成的新矿物,并分析新矿物对麻粒岩的流变的影响;利用麻粒岩流变实验数据,为研究中国东部地区下地壳中性和基性麻粒岩流变结构奠定基础。     

高温高压岩石粒间熔体（和流体）形态学及其研究进展

高温高压岩石粒间熔体（和流体）形态学是现代岩石学的前沿领域之一。它主要研究高温高压下低程度部分熔融（或含少量流体）岩石中,矿物颗粒之间熔体（或流体）形态特征、连通性,以及与周围矿物相互关系的科学。研究中较多地借鉴了材料科学的研究方法,与界面物理化学密切相关。高温高压下地幔岩石粒间熔体（和流体）形态学的研究为探讨地幔部分熔融作用、软流圈和地幔交代作用的成因提供了重要的实验依据,已成为地球深部研究的重要手段之一。目前该学科还没有为我国广大地学工作者所熟悉。为此,对高温高压岩石粒间熔体（和流体）形态学的基础理论、实验方法,以及某些实验研究结果进行简要介绍,从而为读者对该学科的了解提供一些便利。     

钙钛矿结构MgSiO3的分子动力学研究——体系大小对弹性性质与状态方程的影响

本文利用分子动力学模拟方法,研究了300~3000K、0.1~100GPa条件下,MgSiO3钙钛矿大小两个体系的平衡状况和热力学性质,并将大小两个体系的模拟结果与高温高压实验结果进行比较,验证体系大小对哪些物理性质有影响以及影响有多大,为后续工作选择合适的模拟体系进行模拟研究工作提供参考。研究发现,无论在模拟的平衡过程中还是利用模拟数据对状态方程参数的拟合中,大体系的拟合结果都比小体系的计算结果接近高温高压实验结果。大体系的各项模拟结果与高温高压实验结果相比,相差均在1%左右。因此,在计算条件允许的情况下,尽量模拟较大的体系有助于得到更精确的分子动力学研究结果。