950℃、1.0～3.5GPa下斜长角闪岩脱水熔融——压力和时间对结构的影响

利用YJ-3000t和JL-3600t多顶砧压力机,以哀牢山造山带南部红河县大白能—乐育剖面上的天然块状斜长角闪岩为初始样品,在950℃、1.0～3.5GPa、恒温20～300h条件下进行了两个系列的斜长角闪岩块状样品脱水部分熔融实验:(1)保持温度T=950℃,加热时间t=100h不变,改变压力(1.0～3.5GPa)的实验;(2)保持温度T=950℃,压力p=3.0GPa不变,改变加热时间(20～300h)的实验。结果表明,1.0～3.5GPa、950℃、恒温100h的条件下,随压力升高,斜长角闪岩中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(1.0～1.5GPa)和单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石(2.0～3.5GPa)的矿物组合。3.0GPa、950℃条件下,随加热时间增加,实验产物中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石的矿物组合(20～100h)和单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(150～300h)。斜长角闪岩的原岩结构决定了实验产物中新生矿物和熔体的分布。依据实验产物的矿物组合和新生矿物的分布特征,讨论了950℃、1.0～3.5GPa、恒温(20～300h)条件下,斜长角闪岩部分熔融过程的结构变化、变质反应以及石榴石冠状体的成因。     

0.6～2.0GPa压力下部分熔融角闪辉长岩的纵波波速

利用超声波透射-反射法,测量了0.6～2.0 GPa、最高1 085℃条件下角闪辉长岩的纵波波速(vp),详细统计了部分熔融阶段实验产物组分的体积百分含量,利用矿物含量和弹性参数,计算了角闪辉长岩的纵波波速.实验测量和理论计算显示了较一致的vp-t关系,即高压下角闪辉长岩的vp随温度升高先缓慢降低,在温度约800～900℃后转而大幅下降.实验产物显示,样品在温度达812℃(0.6 GPa)、865℃(1.0 GPa)和919℃(2.0 GPa)后发生矿物脱水和部分熔融,熔体含量随温度升高显著增加.熔体是导致高温阶段岩石vp快速降低的主要原因.在初熔阶段vp随熔体增加而降低尤为显著,可能是初熔时矿物脱水生成的自由水及含水量高的熔体,以微细熔体薄膜浸润矿物边界或裂隙所导致.     

高温高压下闪长岩的相变与纵波波速

利用脉冲透射-反射法,在YJ-3000 t高压装置弹性波速测量系统上,测量了0.6、1.0和2.0 GPa,最高1141℃条件下闪长岩的纵波波速(vp)。结果显示,高压下闪长岩的vp随温度升高首先缓慢降低,分别到769℃(0.6 GPa)、810℃(1.0 GPa)和925℃(2.0 GPa)后转而快速下降。实验产物观测显示,0.6 GPa下岩石在758℃时发生脱水熔融并有新生单斜辉石生成,1.0 GPa和2.0 GPa下,闪长岩分别在865℃和921℃的实验产物中出现熔体,新生矿物有单斜辉石和石榴子石。温度升高导致闪长岩中熔体含量增加,斜长石、角闪石和绿泥石等逐渐减少直至消失,单斜辉石和石榴子石呈先增加后减少趋势。探针分析显示,熔体含水量较高,且随温度升高熔体成分向基性方向演化。单斜辉石化学成分变化不明显,2.0 GPa下,随温度从1030℃升高到1138℃,新生石榴子石成分逐渐向钙铝榴石变化。vp变化和熔体含量关系表明,熔体含量增加导致了闪长岩在高温阶段波速的持续快速降低。     

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。     

高温高压岩石流变仪的围压标定方法

高温高压岩石流变仪围压标定的主要方法为氯化盐类的部分熔融法和矿物相变法。利用氯化盐类进行压力标定时,不仅可以利用单一盐类,也可以使用多种盐类的混合物;常用的压力标定矿物相变及其适用温压范围如下:石英-柯石英,500~1200℃、2.5~3.2GPa;钠长石-硬玉+石英,600~1200℃、1.6~3.2GPa;铁橄榄石+石英-铁辉石,600~1200℃、1~1.7GPa;磷镁石-Mg3(PO4)2-Ⅱ,565~825℃、0.6~0.9GPa;方解石-文石,600~1200℃、0.5~2.5GPa。不同的标定方法具有不同的特征,文中将进行详细介绍。     

Walker型28 GPa多面砧压机及其在地球科学中的应用

高温高压实验是除地球物理和地球化学方法之外, 研究地球深部物质和性质的重要手段之一.多面砧压机是广泛使用的高温高压实验设备, 主要用来研究上地幔温压范围内的实验岩石学和矿物相变动力学等问题.主要介绍中国地质大学(武汉)地球深部研究实验室新引进的Walker型28 GPa多面砧压机的原理和结构、压力标定方法和常用的压力标定材料, 并根据金属铋在2.55和7.7 GPa(25 ℃)的结构相变, 以及石英在3.2 GPa、1 200 ℃向柯石英的转变对多面砧压机18/12装置(八面体传压介质边长/碳化钨截角边长)进行了压力标定, 该装置可实现的最高压力和温度约为8 GPa和2 000 ℃.最后还探讨了高温高压实验在地球科学中的应用.      

浑北太古宙块状硫化物矿床金属硫化物的塑性变形研究

辽宁省浑河断裂以北(浑北)地区的诸块状硫化物矿床遭受了强烈变形-变质作用影响。本文论述硫化物矿体的变质-变形,以及硫化物矿物的物理迁移。阐明黄铁矿发生塑性变形的影响因素;指出磁黄铁矿由六方相转变为单斜相是其发生塑性变形的重要机制;讨论了硫化物塑性变形序列;测得Cu型矿床变形温度为450～500℃,变形压力为0.7～0.8GPa;S型矿床变型温度为600～650℃,相应的压力为1.0～1.2GPa。     

冲绳海槽浮岩的高温高压纵波速度

对采自冲绳海槽中部海底的浮岩样品和邻近陆地樱岛火山的安山岩样品进行了温度 (常温 - 15 0 0℃ )与压力 (常压 - 2 .4 GPa)实验 ,测得在较低温度 -压力条件下 (<1GPa,<80 0℃ )浮岩样品的纵波速度小于安山岩样品的纵波速度 ,在较高温度 -压力条件下 (>1GPa,>80 0℃ )二者的纵波速度接近一致 (5 .9km /s)。 1GPa/80 0℃是浮岩样品和安山岩样品的热动力相变点 ,推测该点的深度大于 18km。     

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。     

AlPO4高温高压相变研究

利用配有电阻炉外加热装置的金刚石对顶砧及紧装式六面顶高压容器,在500—1700℃和常压至17.8GPa温压范围内,对AlPO₄进行了实验研究。常压下,磷铝石(石英型AlPO₄)向鳞石英型AlPO₄转变的温度约为778℃,鳞石英型向方英石型AlPO₄转变的温度约为1100℃,块磷铝石α-β相转变的温度为586℃。在5.4 GPa和1300℃以下,块磷铝石保持稳定,在5GPa和大于1700℃时,发现AlPO₄分解为Al₂O₃,(刚玉)和P₂O₅鳞石英型AlPO₄在6GPa及500℃转变成斜方晶系新相,新相在室温常压下的晶胞参数为:a=4.930Å,b=7.200Å和c=6.165Å,鳞石英型AlPO₄及块磷铝石在11GPa以上均变为NiSO₄型结构。文中讨论了AlPO₄与SiO₂的异同,并给出了一个AlPO₄可能的相图。     

高温高压下石膏脱水相变的原位拉曼光谱研究

本文运用激光拉曼光谱仪,利用水热金刚石压腔装置对高温高压条件下石膏-水体系中的石膏脱水相变进行拉曼光谱研究。在压力0.1MPa～837.9MPa 和温度16～200℃条件下通过系列实验对相变的过程进行了原位光谱分析。与人们已知的无水条件下石膏分两步脱水的过程不同,高压下石膏在饱和水环境下倾向于一次性的脱去所有结晶水而形成无水石膏,实验中没有观察到半水石膏的出现。通过实验数据得到石膏和无水石膏的转折温度和平衡压力间的关系式为 P_(MPa)=19.56·T_(℃)-2926.5。     

铁橄榄石高温高压流变性的实验研究

通过高温高压实验研究了铁橄榄石集合体的流变性.首先,利用高精度的Paterson气体介质变形装置对铁橄榄石集合体Fe2SiO4进行了高温三轴压缩蠕变试验.变形试验条件为:温度1273～1423K,围压300MPa,差应力10～250MPa,应变率10-7～10-4s-1,试件的最大变形量不超过20%.利用三维非线性拟合方法对蠕变试验数据进行分析,得到铁橄榄石集合体的微观变形机制为扩散域和位错域,扩散域的应力指数为1左右.位错蠕变域中,干燥铁橄榄石集合体的应力指数为5.4.活化能为781kJ/mol;含水铁橄榄石集合体的应力指数为3.4,活化能为516kJ/mol.实验结果表明,含水时铁橄榄石的流变强度比干燥时小一个数量级.将实验结果与铁橄榄石单晶的强度进行对比,发现铁橄榄石集合体的流变强度比铁橄榄石单晶的强度高.从而得到了铁橄榄石集合体高温高压流变性(强度)的初步试验结果.     

Viscosity of albite melt at high pressure and high temperature

 The viscosity of albite (NaAlSi₃O₈) melt was measured at high pressure by the in situ falling-sphere method using a high-resolution X-ray CCD camera and a large-volume multianvil apparatus installed at SPring-8. This system enabled us to conduct in situ viscosity measurements more accurately than that using the conventional technique at pressures of up to several gigapascals and viscosity in the order of 10⁰ Pa s. The viscosity of albite melt is 5.8 Pa s at 2.6 GPa and 2.2 Pa s at 5.3 GPa and 1973 K. Experiments at 1873 and 1973 K show that the decrease in viscosity continues to 5.3 GPa. The activation energy for viscosity is estimated to be 316(8) kJ mol⁻¹ at 3.3 GPa. Molecular dynamics simulations suggest that a gradual decrease in viscosity of albite melt at high pressure may be explained by structural changes such as an increase in the coordination number of aluminum in the melt. Received: 6 January 2001 / Accepted: 27 August 2001     

东昆仑高Nb-Ta流纹岩的年代学、地球化学及成因

东昆仑高Nb-Ta流纹岩位于东昆仑造山带东段,其锆石U-Pb年龄为213Ma,该时期东昆仑造山带正处于俯冲-碰撞造山阶段的晚期.与同时期东昆仑地区的其它酸性火山岩及世界其它处于俯冲-碰撞造山阶段的流纹岩相比较,这一套流纹岩显示高硅、高钾,低铝、低钙,高Nb、Ta及强烈亏损Sr、Eu的独特地球化学特征.东昆仑高Nb-Ta流纹岩的Sr、Nd同位素组成显示该流纹岩可能具有分别来源于地幔和上地壳的两个端元组分.通过讨论,本文认为这套高Nb-Ta流纹岩可能由以下机制形成:地幔碱性玄武岩浆(具有高Nb-Ta的特征)侵入花岗闪长质地壳,并在上地壳某处停留,大量斜长石发生分离结晶,导致岩浆Eu-Sr的极度亏损;同时,幔源岩浆的侵入引起上地壳围岩部分熔融,从而受到上地壳混染.新生壳源岩浆与幔源岩浆混合,并进一步结晶分异演化,最终导致东昆仑高Nb-Ta流纹岩的形成.     

流体包裹体压力计研究之二:高温高压下碳氢化合物的拉曼光谱

在温度23～315℃、压力高达近2000MPa下用金刚石压腔下研究了正庚烷、环己烷及其混合物的拉曼光谱特征。结果表明：环己烷和正庚烷混合,只是改变了环己烷及正庚烷的平均C-H伸缩振动的拉曼位移,但是并不影响其P-△^-vp关系式。另外,经过数据拟合,得到了平均C-H伸缩振动的拉曼位移与压力的关系为：P=78．21（△^-vp）＋71．56。该公式可以用来作为流体包裹体尤其是油气包裹体的压力计。     

Thermal diffusivity of garnets at high temperature

Thermal diffusivity (D) of garnets with diverse chemical compositions was measured using the laser-flash technique, which is accurate (±2%) and isolates the lattice component from direct radiative transfer. Temperatures ranged from ~290 to ~1,600 K (unless limited by melting). Seven synthetic (e.g., YAG, GGG) and 15 natural garnets with two types of ionic substitution [Ca₃(Fe,Al)₂Si₃O₁₂ and (Mg,Fe,Ca)₃Al₂Si₃O₁₂] and varying amounts of OH^- were examined. Cation substitution or hydroxyl incorporation lowers D from end-member values. Thermal diffusivity is constant once the temperature (T) exceeds a critical value (T _sat) of ~1,100 to 1,500 K. From ~290 K to T _sat, the measurements are best represented by 1/D=A+BT+CT ² where A, B, and C are constants. These constants vary little among diverse chemical compositions, suggesting that the oxygen sublattice controls heat transport. Higher order terms are needed only when T _sat is low, such as Ant Hill garnet wherein 1/D=0.049403+0.0032299T−2.3992T ²×10⁻⁶+6.0168T ³×10⁻¹⁰(1/D in s/mm²; T in K). The mean free path (λ, computed from D and sound velocities) is slightly larger than the lattice parameter above T _sat, in accord with phonon–phonon interactions requiring non-localized modes. At most temperatures, λ is nm-sized. Large values of λ are obtained by extrapolation to a few Kelvins, suggesting that boundary scattering can only be important at extremely cold temperatures. The observed behavior with T and chemical composition is consistent with the damped harmonic oscillator model. Phonon transport is best represented by inverse thermal diffusivity wherein 1/D goes as T ⁿ where n is between 1 and 3 up to ~200 K, depends on a quadratic or cubic polynomial at moderate T, but is constant above T _sat. The predicted and observed temperature response of 1/D mimics the well-known form for heat capacity, in that acoustic modes control heat transport near cryogenic temperatures, optic phonons dominate above ambient temperature, and a limit analogous to that of Dulong and Petit is reached at very high temperature, due to full population of discrete phonon states.     

Carrara大理岩高温高压变形实验研究

利用高精度的Paterson高温高压流变仪对Carrara大理岩在高温(873~1173K)高压(~300MPa)以及约10-6~10-3s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。结果表明,在等应变速率条件下,其强度随着温度的升高而降低;在等温和等压条件下,其强度随着应变速率的增加先快速增加而后缓慢增加。在应变速率对差应力的双对数投图中,我们发现随着温度的升高拟合直线的斜率减小,并且在873K和高应变速率时973K温度下Carrara大理岩的流变本构方程服从指数律变化关系;而在高温(1073K和1173K)和973K低应变速率条件下Carrara大理岩的应力指数n为5.3~7.7,且服从幂次律变化关系。因此,Carrara大理岩在本研究的实验条件下主要有两种变形机制,一种是用指数律表示的高应力变形机制;另一种是用幂次律表示的中等应力变形机制。     

浅谈“高分辨率层序地层学”概念的内涵

从“高分辨率层序地层学”概念的核心、科学要义与逻辑关系三方面着手,阐释了这种提法的科学性。指出,对这一概念的正确理解应是,高分辨率层序地层学是“高分辨率层序地层”之“学”,而不是“高分辨率”之“层序地层学”;相对于高分辨率层序地层学而言,经典的层序地层学可谓“低分辨率层序地层学”。