高温高压下辉长岩纵波速度和电导率实验研究

分别采用超声波透射-反射法和阻抗谱法在1～2 GPa, 室温到1100℃条件下测量了辉长岩的纵波速度(V_p)和电导率, 分析了影响辉长岩纵波速度的因素及其微观导电机制. 结果表明, 在800～850℃, 辉长岩的纵波速度开始大幅度下降, 波速下降受颗粒边界相、脱水熔融等因素的制约, 但在800～850℃, 辉长岩的电传导机制和电导率值却不会发生突变. 在680℃以下, 12～10⁵ Hz的频率范围内, 辉长岩阻抗谱上只出现代表颗粒内部传导机制的阻抗弧Ⅰ; 在680℃以上, 代表颗粒边缘传导机制的阻抗弧Ⅱ开始出现, 但岩石的总电导率由颗粒内部传导控制, 颗粒边缘传导对其影响很小. 实验测得的纵波速度与下地壳-上地幔平均V_p观测值一致, 电导率值与下地壳-上地幔辉长质岩石的组成相对应, 但与含有高导层的下地壳的大地电磁测量结果相差1～2个量级. 实验证实, 含水矿物脱水可诱发部分熔融, 通过这一机制可使地球内部的低速层和高导层具有一致性.     

黑云斜长片麻岩电导率研究

在压力为1.0GPa、温度为400~1 073K条件下,用交流阻抗谱法研究了采自山东泰山的黑云斜长片麻岩平行及垂直面理方向的电导率。在实验温度范围内,黑云斜长片麻岩实验样品电导率的对数值为-6.0~0.5S/m,满足Arrhenius方程。电导率在平行面理方向比垂直面理方向高出约1个数量级。平行面理方向样品电导率分别在第3轮升、降温过程中的881~1 040K之间出现1个明显的电导率突变过程,这可能与黑云母的脱水有关。在低温段,垂直及平行面理方向样品的活化焓分别为0.43和0.49eV,在高温段则分别为3.40和1.53eV。将该实验电导率结果与华东地区大地电磁结果进行对比发现,在中下地壳范围内,该实验结果部分位于大地电磁结果范围内,说明黑云斜长片麻岩可能是组成这一地区中下地壳的候选岩石之一。     

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.     

高温高压下斜长角闪岩电导率研究及其地球物理启示

中下地壳和俯冲带区域的高电导率异常（0.01~1 S·m^-1）可能与地球内部的特定物质及其变化有关.斜长角闪岩是中下地壳以及俯冲带区域的重要组成之一,高温高压下斜长角闪岩的电导率研究对认识电导率异常具有重要意义.本研究采用交流阻抗谱法,在0.5,1.0,1.5 GPa和473~1073 K条件下测量了天然斜长角闪岩样品的复阻抗,实验结果表明压力对斜长角闪岩的电导率影响非常小,而温度对于电导率影响非常显著,其电导率在1073 K可以达到10^-0.5 S·m^-1;实验获得的活化能值为52.21 kJ·mol^-1,推断其导电机制可能为小极化子传导（Fe²⁺的氧化）主导.结合本实验获得的结果与大陆岩石圈和俯冲带的温度结构,我们计算得到相应的电性结构剖面,并与三种不同构造背景下的大陆岩石圈（克拉通、大陆裂谷和活动造山带）和俯冲带区域的电磁剖面结构进行了对比研究,结果发现斜长角闪岩可以解释大陆裂谷和活动造山带构造背景下的莫霍面附近的高电导率异常现象,同时可能是导致较热的俯冲带区域（例如卡斯卡迪地区）高电导率异常现象的原因.

     

高温高压下斜长角闪岩电导率研究及其地球物理启示

中下地壳和俯冲带区域的高电导率异常（0.01~1 S·m^-1）可能与地球内部的特定物质及其变化有关.斜长角闪岩是中下地壳以及俯冲带区域的重要组成之一,高温高压下斜长角闪岩的电导率研究对认识电导率异常具有重要意义.本研究采用交流阻抗谱法,在0.5,1.0,1.5 GPa和473~1073 K条件下测量了天然斜长角闪岩样品的复阻抗,实验结果表明压力对斜长角闪岩的电导率影响非常小,而温度对于电导率影响非常显著,其电导率在1073 K可以达到10^-0.5 S·m^-1;实验获得的活化能值为52.21 kJ·mol^-1,推断其导电机制可能为小极化子传导（Fe²⁺的氧化）主导.结合本实验获得的结果与大陆岩石圈和俯冲带的温度结构,我们计算得到相应的电性结构剖面,并与三种不同构造背景下的大陆岩石圈（克拉通、大陆裂谷和活动造山带）和俯冲带区域的电磁剖面结构进行了对比研究,结果发现斜长角闪岩可以解释大陆裂谷和活动造山带构造背景下的莫霍面附近的高电导率异常现象,同时可能是导致较热的俯冲带区域（例如卡斯卡迪地区）高电导率异常现象的原因.     

高温高压下滑石的电导率实验研究

在10GPa和20GPa、400～860℃条件下测定了滑石的电导率.实验表明,增大压力,滑石的电导率增大,其导电机制为电子导电;在整个实验温度范围内电导率与T的关系都符合Arrhenius公式,滑石的脱水没有引起电导率的突然变化,表明并不是所有的含水矿物的脱水都会引起电导率的急剧上升.电导率的急剧增加还可能与矿物的含水量、脱水后自由水含量及连通度等因素有关.     

高温高压下滑石的电导率实验研究

在10GPa和20GPa、400～860℃条件下测定了滑石的电导率.实验表明,增大压力,滑石的电导率增大,其导电机制为电子导电;在整个实验温度范围内电导率与T的关系都符合Arrhenius公式,滑石的脱水没有引起电导率的突然变化,表明并不是所有的含水矿物的脱水都会引起电导率的急剧上升.电导率的急剧增加还可能与矿物的含水量、脱水后自由水含量及连通度等因素有关.     

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.     

大别超高压榴辉岩高温高压下电导率实验研究

为研究大陆中下地壳高导层成因及与物质组成之间的关系,用模拟实验的方法在不同的温度、压力条件下分别测定了干的和1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩的电导率.结果表明,干榴辉岩平行线理方向的电导率比垂直于线理方向的高,但两个方向上的活化能相近.在中下地壳条件下,干榴辉岩的电导率比中下地壳高导层电导率值低几个数量级.常温下1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩两个方向上的电导率对压力具有不同的依赖性;在中下地壳条件下,1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩的电导率可达到一般高导层的电导率值.无论干的还是饱和的榴辉岩都不能解释大别山20—50km深处的高导层成因,因此,在该深度范围内榴辉岩不可能是主要的岩石组成.     

大别超高压榴辉岩高温高压下电导率实验研究

为研究大陆中下地壳高导层成因及与物质组成之间的关系，用模拟实验的方法在不同的温度、压力条件下分别测定了干的和1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩的电导率.结果表明，干榴辉岩平行线理方向的电导率比垂直于线理方向的高，但两个方向上的活化能相近.在中下地壳条件下，干榴辉岩的电导率比中下地壳高导层电导率值低几个数量级.常温下1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩两个方向上的电导率对压力具有不同的依赖性；在中下地壳条件下，1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩的电导率可达到一般高导层的电导率值.无论干的还是饱和的榴辉岩都不能解释大别山20-50km深处的高导层成因，因此，在该深度范围内榴辉岩不可能是主要的岩石组成.     

The experimental studies on electrical con-ductivities and P-wave velocities of anortho-site at high pressure and high temperature

Introduction The measurements of the compressional wave velocity and electrical conductivity of minerals and rocks are of fundamental importance to look into the earths interior, including composition, geotherm, generation and distribution of fluids and melts. Hydrous minerals formed by metamatu-siom are abundant within the earth. Previous studies have been carried out on the dehydration effect on the electrical conductivity and wave velocity of rocks such as serpentine, amphibole, most of whi…     

高温高压下蛇纹岩脱水的弹性特征及其意义

为了了解蛇纹石在脱水过程中的弹性性质 ,在 1 0GPa和同时加热条件下 ,利用脉冲透射法对采自云南双沟街的蛇纹岩进行了超声测量 .实验发现 ,当温度升高至 640℃时 ,蛇纹岩的超声波纵波速度随温度的升高而急剧下降 .温度继续升高 （70 0℃以上 ） ,样品在高压腔中爆炸 .通过对超声波速下降时和样品发生爆炸前的超声波波形的比较发现 ,随温度升高超声波振幅有了明显的增大 .实验产物的鉴定并与前人相关实验结果比较表明 ,蛇纹岩在高压高温下波速的突然下降和振幅增大与样品中蛇纹石发生脱水反应有关 .目前还不能准确解释超声波振幅增大的原因 ,但上述现象的发现为探讨深部地质灾害的成因并对其进行监测提供了一个新的线索 .     

高温高压下蛇纹岩脱水的弹性特征及其意义

为了了解蛇纹石在脱水过程中的弹性性质 ,在 1 0GPa和同时加热条件下 ,利用脉冲透射法对采自云南双沟街的蛇纹岩进行了超声测量 .实验发现 ,当温度升高至 640℃时 ,蛇纹岩的超声波纵波速度随温度的升高而急剧下降 .温度继续升高 （70 0℃以上 ） ,样品在高压腔中爆炸 .通过对超声波速下降时和样品发生爆炸前的超声波波形的比较发现 ,随温度升高超声波振幅有了明显的增大 .实验产物的鉴定并与前人相关实验结果比较表明 ,蛇纹岩在高压高温下波速的突然下降和振幅增大与样品中蛇纹石发生脱水反应有关 .目前还不能准确解释超声波振幅增大的原因 ,但上述现象的发现为探讨深部地质灾害的成因并对其进行监测提供了一个新的线索 .     

中下地壳温度压力条件下岩石半脆性蠕变的实验研究

本文着重介绍了在中下地壳温度、压力条件下进行的几种岩石半脆性蠕变的实验研究结果。通过对这些岩石的蠕变曲线、蠕变类型、蠕变速度和时间、蠕变应变的关系、稳态蠕变速度-流动应力和蠕变破坏特征的观测、分析,阐述了地壳岩石半脆性蠕变的基本规律,并在温度、围压-流动应力座标系中给出了岩石半脆性蠕变的分区     

高温高压实验弹性波速研究及其地球动力学意义

本文在收集，整理国内外有关高温高压实验岩石，矿物弹性波速研究资料的基础上，对高温高压实验弹性波速研究的目的，内容进行了概述，并对国内外这一领域研究的历史，现状及有关实验技术方法进行了综述，其中重点介绍了我国在高温高压岩石波速研究方面的进展及所取得的成就，并对高温高压弹性波速研究的地球动力学意义进行了讨论。