攀枝花辉长岩半脆性-塑性流变的实验研究

在固体介质三轴实验系统上对干的攀枝花细粒辉长岩进行了半脆性-塑性流变学实验研究. 实验 条件为: 温度700~1150℃, 围压450~500 MPa, 应变速率1×10^-4~3.1×10^-6 s^-1. 实验结果表明, 在700~ 800℃, 应力指数平均值n = 14.6, 激活能Q = 612±12 kJ/mol, 变形以机械双晶和位错滑移为主, 含微破裂, 为半脆性流变; 在900~950℃, 应力指数平均值n = 6.4, 激活能Q = 720±61 kJ/mol, 变形以机械双晶和位错滑移为主; 在1000~1150℃, 应力指数n = 4.1, 激活能Q = 699±55 kJ/mol, 变形以位错滑移、攀移为主. 本实验结果在微观结构、变形机制和流变参数等方面与已有的单斜辉石和辉绿岩流变实验结果接近.     

地壳主要岩石流变参数及华北地壳流变性质研究

岩石流变参数和变形机制是根据断层摩擦和岩石幂次流动本构关系建立岩石圈强度剖面的基础。近 30年来 ,高温高压实验取得了很大进展 ,获得了大量地壳矿物和岩石流变资料。本文系统总结了这些流变实验资料 ,并应用流变数据结合地震震源深度分布 ,对华北地壳流变性质进行了研究。结果表明 ,以花岗岩和低级变质岩为代表的上地壳为脆性破裂 ,其强度受断层摩擦约束 ,以长英质片麻岩为主的中地壳和以中性麻粒岩为主的下地壳上层处于塑性流变状态 ,由干的基性麻粒岩组成的下地壳下层处于脆性向塑性流变的过渡状态。华北地壳的这种物质组成和流变为地壳不同层次的解耦和强震孕育提供了力学条件 ,也构成了不同尺度块体的底边界     

高温高压下麻粒岩电导率研究

麻粒岩是下地壳的重要组成物质,模拟其在下地壳温压条件下的电导率对于认识下地壳的电导率分布具有十分重要的意义.本文用交流法在1 GPa下,373~1002 K范围内研究了麻粒岩样品的复阻抗,并且对测量结果进行了阻抗谱分析.研究结果表明,复阻抗对频率具有依赖性,且随温度的升高,复阻抗的实部、虚部均变小.在实验给出的温度范围内,电导率结果符合Arrhenius关系式.当温度在373~663 K范围内时,实验所获得的激化焓为0.31 eV,表明样品的电导率由低能带杂质离子所控制;当温度在673~1002 K范围内时,激化焓为0.67 eV,此时可能为小极化子导电.将所得电导率结果与西南峨边—马边地区以及华北应县―商河地区的大地电磁结果进行了对比,发现在所模拟的下地壳温压范围内,实验室测得的电导率位于野外MT数据范围内.     

花岗岩非稳态流变实验

脆塑性转化带对于研究岩石圈变形、断层强度和变形机制以及强震的孕育和发生具有重要意义.文中采用汶川地震震源区彭灌杂岩中具有代表性的细粒花岗岩样品,在固体压力介质三轴实验系统上开展了高温高压非稳态流变实验研究.实验设计模拟了汶川地震区地壳10～30km深度的实际温度和压力,温度为190～490℃,压力为250～750MPa...     

组构对花岗片麻岩高温流变影响的实验研究

深部岩石先存的变形组构对流变特性影响的实验研究是新的研究热点之一,然而目前相关的实验研究非常有限.本文利用3 GPa固体介质熔融盐三轴高温高压容器,选择华北克拉通北部辽东拆离断层带中具有变形组构的花岗片麻岩样品,在温度600~840℃、围压800~1200 MPa、应变速率1×10-4~2.5×10-6/S条件下,对不同组构方向的样品(实验压缩方向分别垂直和平行花岗片麻岩的面理)开展高温高压流变实验.实验结果表明,在相同的应变速率和温度条件下,垂直面理的岩石强度比平行面理的岩石强度要高.两组实验样品在600~700℃时,应力指数平均值为6.5,为半脆性流变;在800~840℃时,应力指数平均值为2,垂直面理样品的激活能为Q=380 kJ/mol,平行面理样品的激活能为Q=246.4 kJ/mol,以塑性变形为主,局部存在黑云母和角闪石的脱水熔融.微观结构研究表明,垂直面理的样品,在变形过程中形成了新的变形条带,把原有的面理破坏改造;而平行面理的样品,在实验变形过程中新的变形带主体继承了原有组构.EBSD分析显示花岗片麻岩原岩中石英轴极密区位于Z轴附近,为底面滑移;压缩方向垂直面理的样品,石英组构轴极密区位于X轴附近,为柱面滑移;压缩方向平行面理的样品,石英组构轴极密区位于Z轴附近,伴有少量的Y轴极密,底面滑移和柱面滑移.这表明垂直面理的样品中石英变形改造比平行面理的样品更彻底,这与微观结构分析结果一致.显然实验样品的非均匀组构对样品强度和石英轴定向等具有显著影响,但对样品的脆塑性转化和塑性变形机制没有实质影响,这对理解地壳深部普遍存在的形态各向异性岩石流变具有重要参考价值.     

岩石的流变性质与断层模型

本文以断层带的为形机制为主题，简要总结了与此相关的岩石流变性质的研究结果，讨论了已有的几个断层带模型，并就进一步应开展的研究课题提出了一些建议。     

从变质反应空间看宣化、密云两地基性麻粒岩不同的P-T演化

宣化、密云两地的基性麻粒岩具有相似的矿物组合,但结构上存在显著差异.本文应用“反应空间理论”对两地区基性麻粒岩的变质反应空间进行对比,进一步确定了两地麻粒岩不同的演化历史,宣化地区基性麻粒岩经历的是顺时针等温减压型(CW-ITD)的P-T-t轨迹,而密云地区基性麻粒岩经历的是逆时针等压降温型(ACW-IBC)的P-T-t轨迹.     

用高温高压岩石蠕变实验解释岩石圈流变时存在的若干问题的讨论

由于实验条件和实际地质条件的差别,在实验温压条件下得出的变形机制。流动律和微观组构不等同于岩石圈相同温压条件下的变形机制、流动律和微观组构。因此,用高温高压蠕变实验结果直接外推解释岩石圈流变时存在若干问题。只有把实验条件、变形机制、微观组构作为一个有机的整体。去理解和认识岩石圈流变特性,才不至于产生太大的偏差。     

岩石圈流变实验研究的进展

岩石高温高压变形实验是了解地球内部物质流动特性的最直接的手段 .本文概述了近年来岩石流变实验研究的一些成果 ,重点总结了水和部分熔融对上地幔顶部橄榄石流变行为的影响 ,以及地壳多相岩石流变实验研究的一些成果 .     

高温高压下上地幔岩石电导率实验研究

为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0~14.0 GPa、873~1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法（频率范围10^-1~10⁶Hz）测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV （±0.13） eV,激活体积为0.11（±0.92） cm³·mol^-1,高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6~3.17 eV,激活体积为6.75（±7.43） cm³·mol^-1;本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性.     

高温高压下上地幔岩石电导率实验研究

为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0~14.0 GPa、873~1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法（频率范围10^-1~10⁶Hz）测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV（±0.13）eV,激活体积为0.11（±0.92）cm³·mol^-1,高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6~3.17 eV,激活体积为6.75（±7.43）cm³·mol^-1;本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性.

     

高温高压下地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率实验

为了探讨地幔岩模型和苦橄质榴辉岩模型在上地幔存在的合理性,建立上地幔的电性结构,本文利用YJ-3000t紧装式六面顶压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1.0~4.0 GPa、700~1150℃的条件下,采用交流阻抗谱法(频率范围10-1~106 Hz)分别测量了地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率.实验结果表明:随着温度的升高,地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率大幅增加;随着压力的增大,地幔岩的电导率略有增加,活化体积ΔV为-4.73 cm3·mol-1,而苦橄质榴辉岩的电导率几乎没有变化,活化体积ΔV为-0.11 cm3·mol-1;在电性方面,用苦橄质榴辉岩来表示深部的物质较为合理,地幔岩解释浅部可能更恰当,但浅部物质的分布不均匀,电导率随深度的变化主要受控于温度的影响,其次才是成分.     

大陆岩石圈流变研究进展与高温高压流变实验现状

大陆岩石圈类似于“三明治”的多层流变结构已经被广泛接受,并用于大陆动力学研究的各方面．然而近年来地震资料和高温高压流变实验结果表明,大陆岩石圈流变可能不是单一模式,流变结构具有多样性,而下地壳流变特性是其中最复杂的层次,这不仅受下地壳成分和结构本身的非均匀控制,而且与其含水程度相关．高温高压流变实验已经积累了大量的数据,但基性岩流变实验目前仍然处于数据积累阶段,缺乏系统性,特别是缺少含水基性岩的流变实验结果,因此,加强干的和含水的基性岩流变实验研究是深入认识下地壳岩石流变必不可少的手段和方法之一．     

Experimental study of high to intermediate temperature alteration in porphyry copper systems and geological implications

Porphyry copper systems, which provide most of the world's copper resource, are commonly associated with characteristic concentric zonation of alteration and mineralization. In-depth knowledge of the distribution and transport mechanism of elements in the alteration zones is essential for understanding the ore-forming processes. We employed flow-reaction apparatus to simulate the fluid-rock interactions during porphyry ore formation so as to investigate the mechanisms that govern the transport of elements and the development of zonation. The results indicate more heterogeneous distribution of elements in the experimental products at 450°C compared to those at lower temperatures, which implies a crucial role of temperature in controlling elements redistribution in hydrothermal systems. Heating advances potassic alteration and Ca leaching of wall rocks.To achieve the same degree of sodic alteration, it requires a higher concentration of Na+in the fluid toward higher temperature.Temperature also facilitates the incorporation of Ti, Sr and Pb into silicate minerals through cation substitution. We infer from experimental results that from the center of intermediate to mafic volcanic wall rocks toward periphery, the contents of K and Ti should decrease and the contents of Ca, Zn and Mn should increase, whereas the trend for Si and Na could be non-monotonic.This study provides experimental and theoretical insights into a variety of vital geological observations, including anhydrite formation and the widespread development of potassic rather than sodic alteration in porphyry copper deposits.     

An improved rheology model for the description of the rate-dependent cyclic behavior of high damping rubber bearings

An improved rheology model, inspired from explicit experiments is conceived to represent rate-dependent cyclic shear behavior of high damping rubber bearings at subzero and room temperatures. Total stress has been decomposed into nonlinear rate independent elasto-plastic stress, nonlinear elastic stress and nonlinear visco-elasto-plastic overstress branches. To represent nonlinear viscosity behavior, ‘overstress branch’ has been generalized by putting linear elastic spring in parallel to nonlinear elasto-plastic model, placed in series with nonlinear dashpot. Constitutive relations for model elements have been designated for respective fundamental phenomenon observed in constant strain rate experiments. An optimum calculation approach is developed to determine a unique set of overstress parameters capable not only of representing constant strain rate cyclic tests but also sinusoidal tests with variable input strain rates. Essential abilities of the proposed model and adequacy of estimated parameters have been confirmed by comparing numerical simulation results with experiments conducted at −30 °C, −10 °C and 23 °C.     

Experimental studies on elastic and rheological properties of amphibolites at high pressure and high temperature

The experimental studies done at high temperature and high pressure find that increased temperature can lead to dramatic velocity and strength reductions of most of rocks at high confining pressure[1,2]. What causes this phenomenon? Is it due to dehydrati…     

高温高压下角闪片麻岩的电导率研究

在1.0 GPa压力、343～962 K温度和0.1～106Hz频率的条件下,使用Solartron 1260阻抗-增益/相位分析仪对含角闪石的片麻岩从平行和垂直面理两个不同方向分别进行了电阻抗的测定,并且进一步分析了片麻岩的微观导电机制.高温高压实验结果表明:片麻岩的复阻抗对温度、频率表现出明显的依赖性.片麻岩的电导...