高温高压菱镁矿电导率实验研究

在俯冲带中,菱镁矿相比于其他碳酸盐矿物会在更高的温度压力环境下稳定存在,常被认为是地球深部碳循环的主要载体,其电学性质的研究对俯冲带及地球深部的电性结构具有重要的意义。本文在YJ-3000t高温高压设备上利用Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1～3 GPa和773～1173 K条件下,对天然菱镁矿的电导率进行了原位测量。实验结果表明,在实验条件下,天然菱镁矿的电导率在10^-2～10^-7 S/m范围内,菱镁矿的电导率对温度有很强的依赖性,随着温度的升高,电导率增大,电导率与压力的关系呈正相关,随着压力的升高而增强。结合前人的研究成果及样品电导率随温度、压力的效应和活化能,可推断天然菱镁矿导电机制为大极化子导电。     

高温高压下辉长岩的电导率实验研究

在 1 .0～2 .0GPa和 3 2 0～ 70 0℃下 ,1 2～ 1 0 5Hz的频率范围内 ,进行了辉长岩的电导率就位测量 ,并用阻抗谱分析了其微观电传导机制。结果表明 ;电导率对测量频率具有依赖性。复阻抗平面上只出现了反映颗粒内部传导机制的阻抗弧 ,在高压下这种机制起主导作用 ,该阻抗弧出现在 1 0 5～n×1 0 2 Hz(n为 1～9的正整数 )的频率范围内。以本实验所获得的电导率结果和前人的工作为依据得出辉长岩不能在中下地壳形成高导层的结论。     

高温高压下叶蜡石脱水电导率实验

在压力为1.0～4.0 GPa、温度为873～1 223 K下采用Sarltron-1260阻抗/增益-相位阻抗谱分析仪测定了叶蜡石的电导率.实验结果表明,电导率与温度间的关系符合Arrenhius关系式;叶蜡石的脱水引起电导率的突然变化,使电导率急剧上升;脱水前,电导率随着压力增大而减小,其导电机制为电子导电;脱水后,电导率随着压力增大而增大,其导电机制为离子导电.     

高温高压下辉石岩的电导率实验研究

使用YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和1260阻抗／增益-相位分析仪,在1．0～4．0GPa和773～1134K下用阻抗谱法就位测定了辉石岩的电导率。实验结果表明,电导率对频率具有很强的依赖性;温度是决定辉石岩电导率的一个重要物理参数,电导率随着温度升高而增大,lgσ与I／T之间符合Arrenhius关系式;随着压力升高。电导率降低,活化焓和独立于温度的指前因子亦降低。     

高温高压下杂质离子对水晶电导率影响的实验研究

杂质离子往往是影响水晶电导率的主要因素。在2.0GPa和823～1123K的条件下,借助交流阻抗谱法在10-1～106Hz频率范围内,就位测量了水晶Z轴方向的电导率,并用LA-ICP-MS测试了水晶中杂质Na、Al的含量。通过Arrhenius关系拟合,得出2.0GPa和823～1123K条件下水晶的活化焓和指前因子。发现水晶中杂质Na、Al的含量彼此正相关,水晶电导率与晶体中Na含量正相关,且指前因子亦与水晶中杂质Na、Al含量正相关。     

高温高压和控制氧逸度条件下透辉石电导率的各向异性实验研究

在1.0～4.0GPa 和1073～1373K 及控制氧分压条件下,借助于 YJ-3000t 紧装式六面顶固体高压设备和1260阻抗/增益-相位分析仪,就位测定了沿着不同晶轴方向的透辉石的电导率。氧逸度控制是由 Ni+NiO 固体缓冲剂完成的。实验结果表明:(1)在选择的频率范围,无论从复阻抗的模与频率还是从相角与频率关系上,部可以看出复阻抗对频率具有很强的依赖性;(2)随着温度升高,阻抗降低,电导率增大,Logo 与1/T 之间符合 Arrenhius 线性关系式;(3)随着压力升高,[001]方向的透辉石电导率降低,活化焓和指前因子亦随之减小,并首次获得了透辉石中主要载流子的活化能和活化体积分别为1.80±0.04eV 和0.035±0.015cm~3/mol;(4)在2.0GPa 下按照[001]、[100]、[010]的顺序,样品的电导率和指前因子降低,活化焓依次升高,高压下的透辉石电学性质存在各向异性;(5)小极化子导电机制可为透辉石在高温高压下的导电行为提供合理的解释。     

高温高压和不同氧逸度下二辉橄榄岩电导率实验研究

在一定热力学条件下矿物和岩石电导率的实验室就位测量能够帮助对已有的大地电磁测深结果进行合理解释,从而一方面为人们探索地球内部物质的化学组成、矿物组成和相态组成,地球内部物质的结构构造,以及地球内部的热结构等地球内部物质的组成和性状提供大量信息,另一方面,亦是人们认识地球内部物质的相变、熔融、脱水、扩散、流变、能量传输以及物质间相互作用等过程极为重要的研究手段.     

高温高压条件下实验变形石英闪长岩微观结构与熔体特征研究

本文以高温高压条件下石英闪长岩流变实验样品为研究对象,利用偏光显微镜进行微观结构观察,研究了样品在实验温度压力条件下的变形机制与斜长石结构对流变强度的影响;通过透射电镜能谱与电子探针,分析了熔体分布和成分特征,讨论了角闪石脱水熔融的影响因素与脱水熔融对岩石流变的影响。结果表明,随着温度升高,岩石从脆塑性过渡域逐渐向高温位错攀移和动态重结晶为主的塑性域转化。在高温条件下,角闪石出现了脱水与部分熔融,脱水熔融的熔体分布和成分体现出非均匀与非平衡熔融的特点,空间分布上,熔体主要出现在角闪石和黑云母矿物颗粒的边缘以及角闪石和长石颗粒之间的区域内;成分分布上,熔体的成分与参与熔融的矿物成分密切相关。角闪石边缘的熔体和黑云母边缘的熔体具有低硅铝、高铁镁特征,斜长石边缘的熔体具有高硅铝、低铁镁的特征,处于角闪石和斜长石颗粒中间的熔体,其成分间于斜长石与角闪石成分之间。实验中出现的非平衡非均匀部分熔融可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因,富硅熔体可以形成富硅铝的花岗质岩石,而贫硅富铁镁的熔体可以形成基性岩。角闪石的脱水熔融程度依赖于样品的封闭条件,处于封闭环境的样品,角闪石不易脱水熔融,而处于开放环境时,角闪石脱水熔融显著。拆离断层带及其附近具备这样的开放环境,有利于角闪石发生脱水熔融。实验力学数据和微观结构显示,随机分布的斜长石对岩石强度影响并不明显,但斜长石的长轴方向与最大主应力方向呈大角度相交(近90°)会显著强化岩石的强度,这意味着岩石组构与主应力方向大角度相交或呈垂直方向时,不利于岩石变形和拆离断层的形成,反之,均匀岩石或岩石组构与最大主应力方向小角度相交,有利于岩石的变形,容易发育拆离断层。     

受冲击石英砂岩碎屑分析

利用二级轻气炮将６ｍｍ直径的钢球加速到５～７ｋｍ／ｓ后撞击石英砂岩靶，利用磁性分选，扫描电镜和Ｘ射线衍射等方法对嵌靶受击后形成碎屑进行了矿物分类和鉴别，碎屑主要由石英，高硅玻璃，微量柯石英以及铁碎屑，微细钢球等组成，７０％的碎屑分布在０．０９７～０．９０ｍｍ范围内，无一弱磁性碎屑约占总重量的９２％，其它为强磁性碎屑。     

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。     

砂岩热膨胀力试验研究

以焦作矿务局古汉山矿煤层顶板砂岩为研究对象,研究了该砂岩在高温作用下产生热膨胀力的规律,并为寻找砂岩产生热膨胀力的原因进行了高温前、后超声波速和孔隙率研究。结果表明,该砂岩在高温作用下,随作用温度的升高,产生的热膨胀力逐渐增大;当温度低于300 ℃时,产生的热膨胀力较小;试验温度高于300 ℃时,热膨胀力逐渐增大。高温后超声波速研究和孔隙率变化研究证明了砂岩在高温作用下将发生热膨胀,产生热膨胀力。     

The Electrical Conductivity of Gabbro at High Temperature and High Pressure

The electric conductivity of gabbro has been measured at 1.0 - 2.0 GPa and 320-700℃, and the conduction mechanism has been analyzed in terms of the impedance spectra.Experimental results indicated that the electric conductivity depends on the frequency of alternative current. Impedance arcs representing the conduction mechanism of grain interiors are displayed in the complex impedance plane, and the mechanism is dominated at high pressure.These arcs occur over the range of 102 - k× 105 Hz (k is the positive integer from 1 to 9). On the basis of our results and previous work, it is concluded that gabbro cannot form any high conductivity layer (HCL) in the middle-lower crust.     

致密砂岩高围压和高孔隙水压下渗透率演化规律及微观机制

深部岩石工程具有高地应力和高水头压力的特点。为了研究岩石在高围压和高孔隙水压条件下渗透率演化规律,选取致密砂岩开展不同围压条件下变孔隙水压的渗流试验。研究结果表明:(1)在所研究的围压范围内(0~50 MPa),随孔隙压力增加,渗透率依次呈现3种不同的变化趋势,即快速增长阶段(围压为10~20 MPa)、缓慢增长阶段(围压为30~40 MPa)和保持恒定阶段(围压为50 MPa);在围压卸载时,由于高围压作用使试样内部产生不可逆变形,导致渗透率具有明显的不可恢复现象,且随围压降低,渗透率恢复存在滞后效应。(2)渗流试验过程中,体积应变和渗透率演化具有较好的一致性。(3)在围压加卸载过程中,高孔隙水压力条件下渗透率对应力的敏感程度和恢复程度均大于低孔隙水压力。(4)偏光显微镜图像从微观角度揭示了试样在围压加卸载过程中产生不可逆变形的内在机制:骨架颗粒相互挤压、错动导致原有微裂隙压缩、孔隙减小甚至坍塌,引起渗透率不可恢复。渗流试验后,纵波波速增大,说明岩石致密性提高,与试样内部微观结构变化具有较好的一致性。     

高温高压下叶蜡石脱水电学性质的阻抗谱分析

在1.0、2 .0GPa和873～12 2 3K的温压条件下,借助于12 6 0阻抗增益相位分析仪测定了叶蜡石的电导率,并用阻抗谱原理分析了其微观导电机制。实验结果表明:样品的电导率对频率具有很强的依赖性;电阻率随着温度的升高而减小,电导率随着温度升高而增大,logσ与1/T之间符合Arrenhius线性关系;叶蜡石在1.0GPa和2 .0GPa的压力下脱水温度分别为10 74K和110 1K。根据本次获得的电导率实验结果并结合前人对滑石族所做的工作,得出了与前人不同的结论:滑石族矿物脱水电导率曲线出现了转折点。     

石英高压相变研究进展

文中总结了前人有关石英高温高压相变的实验结果。根据以前的实验,在静水压条件下,石英-柯石英-斯石英-CaCl2结构超斯石英相-α-PbO2结构超斯石英相之间的相变方程分别是:p(GPa)=(2.11±0.03)+(9.8×10-4±1.2×10-4)×T(℃),p(GPa)=(8.0±0.2)+(1.1×10-3±3×10-4)×T(℃),p(GPa)=(51±2)+(0.012±0.005)×T(K),p(GPa)=98+(0.0095±0.0016)×T(K)。文中还初步探讨了非静水压状态对石英相变的影响。实验结果表明,差应力的出现降低了石英相变所需要的围压,即相变边界向低压方向偏移,在周永胜等人实验数据的基础上,笔者尝试将二维的相图扩展到三维相图以考虑差应力的影响。最后讨论了石英相变在地学研究中的作用,对比不同的观点分析了前人对超高压变质作用过程的解释,希望可以为以后解释地质资料提供较为广泛的可能性,促进我们对地球内部动力学过程的了解。     

高温下石灰岩和砂岩膨胀特性的试验研究

利用自行研制的高温岩石膨胀特性试验装置,对石灰岩和砂岩试件300～700 ℃高温过程中的膨胀特性进行试验研究。试验结果表明,升温过程中,石灰岩和砂岩的膨胀应力随温度的增加而增大,且砂岩膨胀速率比石灰岩大,刚到700 ℃时砂岩膨胀应力是石灰岩的2.45倍。升温过程中膨胀应力与温度曲线的拟合函数为2次抛物线,相关系数达0.94以上。恒温过程中,随时间延长2种岩石的膨胀应力缓慢增加,最后逐渐趋于稳定的数值。600 ℃高温后2种岩石膨胀均达到极限,但具体表现不同,700 ℃恒温结束时砂岩稳态膨胀应力是石灰岩的3.14倍。岩石热膨胀应力变化与其岩性、内部矿物分解、孔隙率变化、声速变化等有显著关系。     

单轴压缩下高温后砂岩的声发射特征

通过在单轴压缩下实施的声发射测试,研究焦作砂岩受20～1 200 ℃温度作用后的声发射演变过程;结合不同温度下砂岩的力学性质,通过声发射参数分析研究砂岩在不同受力阶段的声发射特点。研究表明：400 ℃以内温度对砂岩的声发射影响不太明显,在100 ℃后和600 ℃后声发射振铃累计数均发生急剧变化,100 ℃是砂岩裂纹扩展发育的门槛值,600 ℃后砂岩内部结构成分发生了变化,声发射现象较为明显。600～1 200 ℃时,砂岩呈现出明显的脆塑性转变现象,高温导致声发射信号的时间有所推迟,声发射信号增长率不断上升。1 200 ℃后,砂岩释放密集的声发射信号,呈现出塑性破坏特征。     

热处理砂岩微观结构及力学性质试验研究

采用核磁共振、电镜扫描、X射线衍射、单轴压缩等试验手段对某砂岩试样不同温度下(25～900℃)微观结构及力学性质的变化情况进行研究。研究表明:温度对砂岩试样微观结构具有重要影响,试样总孔隙率随温度的升高而升高,在150℃以下,由于中、大孔隙的减少,试样渗透性反而降低;当温度超过600℃时,中、大孔隙快速增加,试样渗透性能大幅增加;温度升高导致砂岩试样弹性模量减小、峰值应变增大以及孔隙压密阶段变长,宏观表现为脆性降低、塑性明显增强;热处理条件下,除微观结构的变化会导致砂岩试样力学强度改变外,试样矿物成分对其力学强度也具有十分重要的影响;450℃以下,由于矿物成分变化较小,试样力学强度主要受到孔隙度增加的影响,表现为强度随温度升高而降低;450～600℃,虽然孔隙率继续增长,但由于主要矿物高岭石发生脱水以及与其他离子形成新相矿物,进而导致试样强度没有随着孔隙增加而降低,反而出现一定的增长;超过600℃后,孔隙尤其是大孔隙的急剧增加,导致强度重新开始降低。     

砂岩高温前后超声特性的试验研究

对焦作砂岩经历不同温度（100 ℃～1 200 ℃）前后超声纵、横波波速和几何尺寸进行了量测,进行了单轴抗压强度试验,计算了超声波纵波经过岩样的衰减系数,应用波速与弹性模量的关系计算了岩样的裂隙密度。比较了经历不同温度前后的岩样体积、超声波速、衰减系数的变化。结果表明,岩样在经历高温后内部微裂隙发展,使结构致密性下降,超声波速降低;对经历不同温度后的岩样波速改变与强度变化规律有明显差异,但超声衰减系数与强度变化规律相似,可以为强度评价提供一定参考。