高温高压下长石电学性质的实验研究

<正>在模拟地球内部热力学条件下对矿物岩石电导率的实验测量是人们探索地球内部物质组成、结构构造、热结构等信息的一个重要手段,亦是了解地球内部物质传输过程、微观晶格缺陷及与之相关的各种宏观性质和过程的重要途径[1-3]。长石是地壳中含量最丰富分布最广的矿物,约占地壳总重量的50%,而月壳的70%左右也为长石族矿物[4]。长石矿物的电导率在很大程度上影响着整个地壳的电学性质,因此,是人们了解地壳岩石的流变过程、物质扩散过程、热物理性质等信息的重要窗口,也为野外大地电磁测深结果     

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.      

实验矿物物理的发展现状与趋势:2.弹性和波速

弹性性质和波速是矿物重要物理性质. 实验测量的弹性性质和波速与地震学观测结果的对比,是确定地球内部物质组成、理解地球内部圈层结构形成机制和揭示地球内部物质分布不均一性最为直接和重要的手段. 在过去20年,伴随大腔体压机、金刚石压砧、同步辐射X光、激光加热等技术的快速发展,在地球内部相应温度和压力下测量主要构成矿物的弹性性质和波速取得了巨大进展. 综述了矿物物理在地球内部矿物弹性性质和波速实验测量的发展历史、近20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.      

量子地球化学的研究进展和发展展望

量子地球化学是应用量子力学理论研究地球物质的结构物理与结构化学的一个新理论。综述了量子地球化学理论建立以来,在矿物的结构、地球化学特征,乃至地球科学中的研究方面的最新进展,揭示了矿物中的元素分配与晶体结构等量子地球化学的研究核心,以及矿物的表面和内部电子结构、元素的分配及其动力学机制,显示量子地球化学在地球科学理论和应用领域有极广阔的前景。     

地幔过渡带和下地幔组成与深部热源研究进展

受时空不可及性的制约,地质学家在探究地球深部物质组成方面仍显得很被动,尤其是在探究地幔物质组成方面显得更加艰难.目前,科学家们探测地幔物质主要依靠地球物理学和实验矿物学、岩石学方法相结合的手段来进行.结果表明,地幔过渡带主要的矿物组成有瓦士利石、林伍德石、超硅石榴子石以及少量的CaSiO3.下地幔主要矿物组成有钙钛矿(Pv)、后钙钛矿(PPv)和镁方铁矿(Mw).在讨论过渡带和下地幔物质组成的基础上,归纳总结了地球内部热源的三种来源,分别是放射性元素的衰变热和初始熔融硅酸盐地球长期冷却放出的热、核幔边界在地磁场和高电导率物质的作用下产生的热以及来自地核的热.这些结论对研究地球深部动力学和热力学过程有重要意义.     

壳幔岩石矿物物性参数整合

为理解壳-幔物质密度、速度结构的地质意义,在历时数年的地质-地球物理综合解释工作成果的基础上,整合壳-幔岩石矿物物性参数资料,供地学工作者加深对中国大陆深层区域构造格架的认识.一般来说,随深度增加地壳、地幔和外核岩石矿物密度和速度有正相关的变化规律.从曲线图、柱状图、表格、构造层、岩石矿物多个角度阐述壳-幔岩石矿物物性参数的变化规律,提供综合解释地球内部物质组成的地质-地球物理基础资料.     

地学前沿--地球物质学与矿物标型学

地球物质学是一门新兴的独立学科。它不仅研究地球的物质，还从物质的角度，研究地球内部的层圈结构和动力学过程。因此，地球物质学研究是宏观与微观的结合，集中体现了极大、极小、极复杂这一系列理学前沿。在地球物质学中，矿物的研究正试图为宏观与微观建立联系，也是地球物质的时间科学、空间科学研究的内容。本文通过矿物标型学在矿物学中地位的揭示，认为矿物标型学在地球物质学中有理论和方法两方面不可替代的作用?     

CaSiO_3-钙钛矿的热力学状态方程

<正>地震学观测对了解地球深内部的结构、物质组成具有重要意义。高温高压矿物学实验为理解地震学观测,确定地球内部的物质组成提供重要的实验依据。我们的研究集中在利用高温高压实验手段,为描绘下地幔的密度和速度结构提供更为准确的实验数据。该项研究的对象是下地幔最为重要的矿物之一——CaSiO3-钙钛矿。CaSiO3-钙钛矿在下地幔的体积分数约为8%。因高温高压原位实验研究的缺乏,致使我们无法准确获取温度对热力学状态方程影响的信息     

纳米矿物-水溶液界面过程

在地球环境中普遍存在的纳米矿物-水溶液界面对许多基本的地球化学过程都至关重要,因而是纳米地球化学的前沿核心研究领域.简要介绍了纳米矿物-水溶液界面领域的基本概念和近期研究进展.举例描述了纳米矿物团聚、吸附、溶解和化学反应等几个相互关联的主要过程,具体阐述了纳米矿物自身特征（如组成、结构、尺寸、形貌、表面保护剂等）以及环境介质条件（如pH、离子强度、化学反应物质、天然有机质浓度和组成、微生物、光辐射等）对纳米矿物-水溶液界面过程的影响规律和微观机制.针对本领域发展面临的机遇和挑战,为未来的研究方向提出了一些设想和建议.      

地球内部物质电学性质原位测量的影响因素和导电机制——以地壳矿物为例

高温高压下矿物岩石电导率的实验研究数据,不仅是人们了解地球内部物质组成及其演化过程的重要窗口,而且可以为野外大地电磁测深和地磁测深反演提供重要约束.重点介绍了温度、压力、水含量、铁含量、氧逸度、熔融等矿物岩石电导率的影响因素,深入阐述了存在于矿物岩石的4种主要导电机制,即离子、质子、小极化子和大极化子.回顾近年来地壳主要造岩矿物(长石、石英和辉石)的电导率实验研究取得的新成果,讨论了它们的导电机制和地球物理意义,并对其目前存在的问题及尚需进一步展开的工作进行了探讨.     

地球内部各圈层的物质运动与动力学响应和力源

地球内部物质在动力作用下重新分异、调整,深部和浅部物质与能量进行着强烈的交换和运动,并导致成山、成盆、成岩、成矿和地震与火山等灾害的形成。地球动力学受到地球科学界的高度重视,并相继产生了诸多假说,如地球的收缩说、膨胀说、脉动说、自转说、涌流说、地幔对流说、地壳均衡说等,而问题是何为其力源?因为力源确是驱动地球内部物质运动的核心所在。本文通过对各种动力假说的分析和理解,讨论了1地球内部物质运动和动力学响应;2对历史上诸多动力学假说的分析和理解;3地球内部物质运动的深层动力学过程;4地球动力学研究中的几个重要科学问题的思考;5地球内部物质运动和动力学响应与力源及机制问题的探索。地球科学研究中的核心问题不仅涉及到地球内部的物质组成、空间特异结构与变异,而更为重要的却是如何深化认识地球本体,并厘定物质运动的动力学响应和力源机制。     

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。     

序

随着现代地球科学的不断深入．人们不仅仅要了解地质体的矿物组成，更重要的是了解矿物在一定的物理、化学环境中是如何做出响应和变化的。由于这种响应通常涉及地质体中矿物自身以及矿物之间的结构和化学变化，因而能够为地质过程研究提供新的、十分确切的科学依据。另一方面。随着矿物资源开发利用与矿物材料学等学科的兴起，人们的眼光已不仅仅停留在对矿物的一般分类、描述和研究上．而是更加关注矿物及其物理化学性质，更加关注矿物的性质与结构、组分等之间的关系，特别是更加关注矿物在一定物理、化学条件下的结构、物相、成分、表面和性能等发生变换的过程。     

CAS-1模拟月壤

模拟月壤是与月球月壤具有相似的矿物组成、化学成分和物理力学性质的地球物质,是月球样品的地球化学复制品.长白山龙岗火山群金龙顶子火山喷发的四海火山渣具有与阿波罗14号采集的月球样品相似的化学和矿物组成,并含有20%～40 %的玻璃物质.以四海火山渣为初始物质,研制成功CAS-1模拟月壤,并测量了CAS-1模拟月壤的主量和微量元素组成、矿物组成、密度、颗粒形态、粒度分布、抗剪性和复介电常数等参数.结果表明,CAS-1模拟月壤与Apollo 14号采集的月球样品具有相似的化学成分、矿物组成和物理力学性质,是一种理想的低钛玄武岩质模拟月壤.     

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。     

中国矿物岩石地球化学学会第10届学术年会将于2005年4月在武汉召开

中国矿物岩石地球化学学会第 10届学术年会将于 2 0 0 5年 4月在武汉召开。会议学术交流以专业分会场为主。专业分会场有中国大陆岩石圈结构组成及深部动力学、矿物岩石材料与环境矿物学、化学地球动力学、实验地球化学、沉积学、矿床地球化学、矿物包裹体与地球流体、环境地球化学进展、地表过程物质循环及其生态环境效应、放射性废物地质处理等。会后还有武当山、三峡、神农架和庐山等地的地质考察。这将是我国矿物岩石地球化学界的一次学术盛会。会议要求论文摘要于 2 0 0 5年 1月 31日前寄交或用电子邮件传交中国矿物岩石地球化学学会秘…     

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。     

CAS-1模拟月壤

模拟月壤是与月球月壤具有相似的矿物组成、化学成分和物理力学性质的地球物质，是月球样品的地球化学复制品。长白山龙岗火山群金龙顶子火山喷发的四海火山渣具有与阿波罗14号采集的月球样品相似的化学和矿物组成，并含有20％～40％的玻璃物质。以四海火山渣为初始物质，研制成功CAS-1模拟月壤，并测量了CAS-1模拟月壤的主量和微量元素组成、矿物组成、密度、颗粒形态、粒度分布、抗剪性和复介电常数等参数。结果表明，CAS-1模拟月壤与Apollo 14号采集的月球样品具有相似的化学成分、矿物组成和物理力学性质，是一种理想的低钛玄武岩质模拟月壤。     

布里渊散射及其在地学中的应用进展

布里渊散射通过测定光的频移,精确计算物质的声速、弹性系数、弹光系数、折射率、绝热体弹模量,极化率,绝热方程等一系列基本的物理量。以这些物理量为基础,可以得到物质的相变、结构,以及地球深部及行星内部物质的组成、状态、性质等信息。声速和弹性对于压力的依赖性对模拟地球的成分和演化具有重要作用。本文介绍布里渊散射的产生和原理,从不同温度、压力的角度阐述了布里渊散射在地球科学中的应用,对目前该研究存在的问题作出了评述,并对布里渊散射光谱的发展趋势进行了展望。     

地球深部物质科学在地球深部研究中的作用和意义

为解决地球深部探测过程中地球物理和地球化学两大系列研究成果无法联系和统一的难题，地球深部物质科学应运而生。该学科既要研究组成地球深部的一切物质实体的物理和化学的属性，又要从物质的角度去研究地球深部的结构和动力学过程。随着该学科的发展，将会为地球深部的观测结果和计算模拟结果赋予物质内容，从而促进对地球深部的物质组成、结构分层以及动力学形成统一认识，建立适合于各学科的地球深部模型。