1.0 GPa、高温下岩石熔融玻璃的弹性波速测量及其地球物理意义

利用超声波反射法,在1.0GPa、最高温度分别达900℃和730℃条件下,测量了岩石成分从酸性到基性的7种熔融玻璃的纵波波速(vp)和横波波速(vs)随温度的变化。实验过程证明,高压下升温过程中样品被压缩导致了样品中弹性波走时减少,而降温过程中样品长度基本保持不变。结果显示,1.0GPa下,随实验温度升高,不同成分玻璃的vp首先以-0.2×10-3km.s-1.℃-1到-0.7×10-3km.s-1.℃-1不等的速率缓慢降低,而其vs多以-0.1×10-3km.s-1.℃-1速率随温度升高而降低。当温度高于玻璃转变温度(Tg)后,玻璃的vp开始以-0.8×10-3km.s-1.℃-1到-3.6×10-3km.s-1.℃-1不等的速率快速下降。根据玻璃vp随温度变化速率的改变,拟合出这几种玻璃的转变温度从584℃到654℃。由实验获得的玻璃波速,利用Voigt-Reuss-Hill(VRH)平均计算出下地壳岩石中玻璃的存在将降低岩石的波速,并由此为下地壳低速层提出一种新的解释,即非晶质体的存在可能在下地壳形成地震波低速层。     

高温高压下斜长角闪岩弹性、电学性质及其地质意义

在1.0GPa、室温至700℃条件下,分别采用超声波反射-投射法和阻抗谱法,测量了华北克拉通北缘绿泥石化斜长角闪岩的弹性波纵波速度和电导率.在常温、压力＞0.35 GPa的条件下,斜长角闪岩的弹性波纵波速度与压力呈线性关系,说明此时岩石中的微裂隙已经基本闭合.依据该线性关系,得到常温常压下斜长角闪岩的弹性波纵波速度为6.390 7 km/s,压力系数为0.160 6 km/(s·GPa).在1.0 GPa条件下,斜长角闪岩的弹性波纵波速度与温度呈线性关系,温度系数为-0.000 594 km/(s·℃).在1.0 GPa、200～700℃条件下,斜长角闪岩样品的电导率符合Arrhenius公式,指前因子为25.78～105.32 S/m,活化能为0.57～0.66 eV.利用实验获得的弹性波纵波速度及其温度系数和压力系数以及电导率与温度的关系,结合现今华北克拉通地热学的基本参数,计算得到斜长角闪岩的弹性波纵波速度-深度剖面和电导率-深度剖面,将二者分别与华北克拉通北缘深部地壳的弹性及电性结构进行对比的结果表明:高温高压下绿泥石化斜长角闪岩的弹性波纵波速度与该地区中地壳速度相当,电导率介于中、下地壳范围内.综合来看,实验的绿泥石化斜长角闪岩有可能是组成现今华北克拉通北缘的中地壳岩石之一.     

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。     

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.     

高温高压下斜长角闪岩的Vp:熔体含量和形态的综合影响

在YJ3000t高压装置上,利用超声波脉冲透射-反射法测量恒压0.6GPa,1.0GPa和2.0GPa,室温至1 195℃条件下斜长角闪岩的纵波波速(Vp),统计了实验中间产物中各组分的体积百分含量和熔体形态(二面角),并根据主要矿物含量和弹性参数,利用VRH平均模型计算了高温高压下斜长角闪岩的Vp。结果显示,不同压力下,样品的Vp随温度升高首先缓慢降低,在温度达约850℃～950℃时转而快速下降。实验产物观测显示,随温度升高熔体含量显著增加,二面角不断减小,熔体由封闭囊状演变为连通薄膜,部分熔融是导致岩石Vp快速降低的主要因素。高温高压下Vp计算结果与测量结果有相同的Vp-T变化趋势,其对比研究表明,岩石初始熔融时,熔体尚未连通,此时熔体含量控制着岩石Vp的降低。部分熔融加剧导致熔体逐渐连通,此时不同压力下熔体导致Vp下降有差异,这可能与熔体连通过程中熔体薄膜的形态因子变化有关。     

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。     

DS 6×1400 t二级6-8型大腔体高压装置压力标定

本文介绍了一种新型二级6-8型大腔体静高压装置。此装置基于国产DS 6×1400 t铰链式六面顶压机,在六面体压腔中直接放入10/4(八面体传压介质边长10 mm/末级压砧正三角形截面的边长4 mm)类型二级6-8型增压装置产生压力。在室温下利用Zn Te(Ⅰ-Ⅱ,5 GPa;Ⅱ-Ⅲ,8.9~9.5 GPa;半导体-金属,11.5~13 GPa),ZnS(半导体-金属,15.6 GPa)和GaAs(半导体-金属,18.8 GPa)的相变点标定了腔体压力。结果表明,该装置在油压为18 MPa时可以产生19 GPa的腔体压力,样品尺寸可以达到2 mm~3。     

高温高压下闪长岩弹性纵波速度的实验研究

利用YJ-3000吨压力机,在1．0GPa、室温至1000℃条件下采用超声波脉冲透射-反射法就位测量了闪长岩的纵波速度(VP),并在720℃、780℃、870℃和980℃获得了4个实验产物。在1．0GPa恒定压力下,闪长岩的VP随温度升高呈线性缓慢降低;当温度大于750℃时,波速开始大幅度下降。显微镜观察和电子探针鉴定结果表明：在不同温度下闪长岩内部的矿物发生了不同程度的脱水和部分熔融等反应。波速随温度升高呈线性和非线性下降,主要是由于在高温高压条件下岩石内部矿物发生热膨胀、脱水和部分熔融等反应引起了岩石     

俯冲带壳-幔相互作用的高温高压实验:对地幔不均一性成因的启示

使用活塞-圆筒式高温高压装置进行一系列榴辉岩部分熔融熔体与橄榄岩反应实验,可以为深入了解俯冲带壳-幔相互作用的影响因素及地幔不均一性的成因提供重要信息.实验使用反应偶的方法,并在0.8~3.0 GPa和1 200~1 425℃条件下进行.实验结果表明,榴辉岩部分熔融熔体-橄榄岩反应的动力学和结果受控于熔体主量元素成分、熔体中的H₂O、温度、压力和橄榄岩的物理状态等因素.大陆俯冲带地幔岩石中斜方辉石的富集是再循环陆壳熔体与上覆地幔反应的结果,地幔岩石中斜方辉石岩脉的形成与含水熔体交代有关,地幔岩石中的石榴辉石岩和石榴石岩可能形成于高压、低温条件下的熔体-橄榄岩反应.      

新疆西准噶尔地区阿尔卑斯型超基性岩的成因及其演化

本地区阿尔卑斯型超基性岩在温度约800—1200℃、压力约0.9—1.68GPa、差异应力0.2—0.35GPa和比较干的条件下发生了塑性变形作用,形成一套以残碎斑结构为主并有糜棱结构的超基性岩质糜棱岩。在残碎斑状矿物和造矿的铬尖晶石中的原生全结晶化硅酸盐熔体包裹体和熔流体包裹体的发现和研究,证明该类岩石是在温度约1200—1300℃、压力约1.1-1.38 GPa,大致相当40-50 km深处,庄物理化学条件相对恒定的环境中,经硅酸盐熔浆液态分异形成的岩浆岩。在重结晶次生橄榄石和辉石中未发现任何包裹体,说明超基性岩塑性变形作用是在岩浆成岩之后。     

塔里木西南缘下地壳低速层的成因：斜长角闪岩的纵波速度和衰减的限制

在1．0GPa，室温-1200℃条件下，测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度(Vp)和品质因子(Q值)，得出在1．0GPa恒压下，Vp和Q值随温度和深度的变化关系。结果显示，Vp和Q值随温度的升高而下降，观察实验样品并结合Vp和Q值与熔体含量的关系，发现部分熔融是影响Vp和Q值变化的主要因素。依据实验结果，并结合区域上压力梯度和温度梯度资料计算了Vp和Q值随深度的变化。结果表明Vp和Q值先随深度的增加而缓慢增大，在32km左右开始突然减小，表明开始出现低速层。结合温度和熔体含量的关系得出，低速层的出现可能是部分熔融的结果。塔里木及周边地区的地震测深以及地震反演的结果也显示，在相同的温度和压力条件下，地壳内部32—44km的范围内存在低速层，同时高温高压的实验结果与阿拉木图地区的Vp值相当一致，可以推测塔里木西南缘下地壳的岩石成分中含有斜长角闪岩。     

岫岩陨石坑石英的冲击变质特征

直径1.8 km的岫岩陨石坑位于辽宁省岫岩县苏子沟镇。坑区基岩为下元古界变质岩,由变粒岩、片麻岩、角闪岩、透闪岩和大理岩等岩石组成。坑内充填的撞击角砾岩石英颗粒呈现典型的冲击变质特征,其中包括沿着石英(0001)、{10 11}、{10 12}和{10 13}等方向发育的多组面状变形页理,以及石英发生相转变形成二氧化硅玻璃和柯石英。产出在二氧化硅玻璃中的针状和粒状柯石英表明从二氧化硅熔体中结晶形成。石英面状变形页理的发育特点限定冲击压力高达35 GPa,而二氧化硅熔体玻璃的存在表明冲击压力高达50 GPa。当压力释放和温度升高,二氧化硅熔体首先被形成。随着压力进一步释放到2.5～13 GPa,柯石英从二氧化硅熔体中结晶析出。岫岩陨石坑中石英面状变形页理和柯石英的存在提供了矿物冲击变质的诊断性证据。     

冀西北万全地区大麻坪地幔岩包体高温高压弹性波研究及其地质意义

对河北大麻坪碱性玄武岩及其内的辉石岩和二辉橄榄岩包体进行了不同温压条件下的弹性波速测定。结果表明,岩石波速与压力正相关,与温度负相关;相同条件下二辉橄榄岩的弹性波速最大,辉石岩次之,玄武岩最小。在1.4GPa压力下获得二辉橄榄岩和辉石岩的弹性波速分别为7.87km/s和7.47km/s,最接近壳幔过渡带的弹性波速。而现代地球物理资料显示该地区莫霍面深度为32km,认为26Ma以来,该地区发生了大规模的岩石圈减薄地质事件。     

斜长角闪岩脱水熔融过程中熔体连通性的实验研究

岩石的物理性质(弹性、电性等)明显受熔体连通性的制约.因此,研究熔体分布对理解深部地质作用、理解地球物理资料具有特殊意义.于高温高压条件下(T＝850-1100,p＝2.0-4.0GPa)在YJ3000吨六面顶砧压机上进行了三然块状斜长角闪岩的脱水部分熔融实验,测量了熔体与矿物相接触时所形成的二面角值.结果表明,熔体在低熔体系下(熔体体积百分比为5%),熔体以熔体薄膜形式存在于矿物相边界,二面角值<60℃时,熔体相互连通;不同固相矿物的二面角的颁有两个驱动力.通过测量二面角值可定性确定熔体的连通性及熔体连通的动力学制.     

辉绿岩脆-塑性变形转化的高温高压实验研究

以天然叶腊石为传压介质, 在温度800~100 0℃、围压0.6~1.0 GPa和应变速率10-4~10-5 s-1条件下, 对Maryland辉绿岩的脆性-塑性转化进行了实验研究.实验结果表明, 在10-4~10-5 s-1应变速率和固定围压1.0 GPa条件下, 当温度低于800℃时, 岩石变形为典型脆性破裂; 温度高于1000℃时岩石变形以准稳态蠕变为主; 温度在800~950℃之间, 岩石变形从脆性破裂向准塑性流动转化.温度变化对岩石脆-塑性转化影响敏感度高于压力变化对变形的敏感度.显微构造观察显示, 辉绿岩脆-塑性转化以稀疏弥漫状共轭塑性流动网络为特征.      

阿尔金南缘中段清水泉斜长花岗岩同位素年龄及成因研究

阿尔金南缘清水泉地区与基性-超基性岩伴生的花岗岩为斜长花岗岩。岩石地球化学显示该花岗岩高硅、富铝和钠,低镁和钾;轻稀土富集,具有Eu的正异常(δEu为1.01~2.01)。岩石富Rb、Ba,特别高Sr(779×10-6~864×10-6),低Y(1.17×10-6~1.51×10-6)及Yb(0.15×10-6~0.20×10-6),强烈亏损Nb、Ta等。斜长花岗岩锆石振荡环带清晰,Th/U和Nb/Ta比值分别为0.38~0.52,2.92~5.04;具有明显的Ce正异常和Eu负异常,为典型的岩浆锆石,利用LA-ICP-MS微区原位定年获得该花岗岩206Pb/238U-207Pb/235U谐和年龄为465Ma,206Pb/238U加权平均年龄为451±4Ma。锆石饱和温度计和锆石Ti温度计演算结果显示锆石的结晶温度分别为783~811℃和693~821℃。推测花岗岩源区压力范围为1.8~2.0GPa,形成深度在60km以上。综合分析清水泉花岗岩主、微量元素地球化学特征,并结合区域地质,认为该花岗岩属"I"型花岗岩,由地幔基性岩浆上侵分异形成,产于伸展环境。     

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。     

大麻坪地区二辉橄榄岩部分熔融实验研究

本文以采自大麻坪地区汉诺坝玄武岩中的二辉橄榄岩包体为初始实验物料,在压力1.0～3.0 GPa、温度1350～1550℃条件下进行了部分熔融实验,对实验产物进行了岩相学研究和电子探针成分分析。二辉橄榄岩在1350℃开始熔融,在实验的温度压力范围内,熔融程度为10%～30%。随熔融程度的升高,部分熔融后残余岩石倾向于向富镁、低铁、低钙、低硅的趋势演化,而部分熔融产生的熔体则倾向于富镁、富铁、低铝、低硅的趋势演化。在岩石化学图解上本次实验中二辉橄榄岩部分熔融产生的熔体化学组成与汉诺坝地区拉斑玄武岩的组成相近。随熔融程度升高,熔体具有从苦橄质→玄武质演化的趋势。     

大陆下部地壳变形、变质特征及其抬升机制分析--以内蒙古中部地区为例

内蒙古中部下地壳出露较好,主要以麻粒岩相变质岩石为主,形成于地壳较深层次,华北克拉通北缘出露的下地壳具有较好的可比性,主要由于挤压逆冲作用使下地壳岩石逆冲到一定高度,再经长期剥蚀得以出露。本文对内蒙中部地区出露的下地壳岩石物质组成和变质、变形特征的分析,确定其形成条件为:温度610℃~850℃、压力0.5~1.03GPa、深度18~39km、地热梯度(21~35.4)℃/km。     

地幔不同深度单斜辉石含水量的高压实验

在1.5~5GPa、1100~1200℃条件下开展了含水大陆碱性玄武岩的熔融实验研究。通过红外光谱分析其中单斜辉石的结构水,计算得到其量为1173(153)×10-6～2049(197)×10-6。结果表明:当P<3GPa时,随着压力增大,单斜辉石的含水量逐渐增加,在3GPa附近达到峰值,之后随着压力的增大单斜辉石含水量又逐渐减少。单斜辉石含水量随压力的这种变化关系可能受单斜辉石中Al含量的影响。该研究为了解上地幔不同深度处水的分布提供了实验证据。