橄榄石集合体的简单剪切形变实验研究

本文利用高精度Paterson气体介质变形装置对富铁橄榄石集合体(Mg_(0.5),Fe_(0.5))_2SiO_4进行了高温简单剪切变形试验.试验在温度1473K和围压300MPa的条件下进行,差应力为64～153MPa,应变率为10~-5～10~-3s~-1.一共进行了三组试验,试件的剪切变形量分别为89%,131%和200%,通过对变形后试件的反射光学显微结构分析,得到富铁橄榄石集合体动态重结晶的微观机制,由结晶各向异性分析给出晶格最优取向和波速各向异性的分布及随应变的增加而表现出的演化特征.     

富铁橄榄石的高温变形实验研究

利用高精度Paterson气体介质变形装置对(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4和(Mg0.7,Fe0.3)2SiO4橄榄石集合体进行了高温三轴压缩变形试验。首先用人工合成了纯铁橄榄石Fe2SiO4,然后用合成的纯铁橄榄石与天然圣卡罗橄榄石按一定比例混合烧结合成了含铁量分别为50％和30％的富铁橄榄石集合体Fo50和Fo70。三轴压缩蠕变变形试验在温度1223-1473 K和围压 300 MPa的条件下进行,差应力为10-300 MPa,应变率为10-7-10-4s-1,每个试件的最大变形量为20％．利用三维非线性方法对蠕变数据进行拟合,得出的流动律中,Fo50应力指数为4．1,活化能为499kJ／mol;Fo70应力指数为4．3,活化能为510kJ／ mol。将实验结果与Fo90圣卡罗橄榄石集合体的强度进行对比,发现含铁量的增加使橄榄石的强度明显下降,Fo50橄榄石集合体比Fo70的粘性低一个量级,Fo70比Fo90的粘性低一个量级。从而得到了含铁量对橄榄石的粘性(强度)影响的初步试验结果。     

锗橄榄石-尖晶石扭转大变形实验研究

对(Mg，Ni)2GeO4尖晶石一橄榄石集合体进行了高温高压扭转大变形实验研究。试验在一台高分辨率的气体介质试验机上进行，试验温度为1473K，围压为300MPa，应变率为10^-4～10^-5S^-1，剪切应力为80～250MPa，剪切应变为30％～700％。将变形后试件沿轴向切开进行了显微结构分析，确定了两相成分的比值。利用EBSD方法分别对变形前后试件中的橄榄石和尖晶石中的晶格最优取向(LPO)进行了测定，由微结构的差异确定了变形机制及两相材料的相对强度。     

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.     

大变形橄榄石动态重结晶的实验观测研究

本文利用高温高压大变形扭转实验,对富铁橄榄石大变形情况下的动态重结晶和颗粒尺度变化的特点进行了实验观测分析.富铁橄榄石集合体由纯铁橄榄石Fa100和圣卡罗橄榄石Fa10混合物经人工合成得到,试件的几何形状为圆柱体,直径9.6mm,高度4.86mm.实验在常角速率条件下进行,温度为1473K,围压为300MPa,剪应力为72 ～ 99MPa,剪应变率为1.35×10-4～3.11×10-4s-1,累积剪应变为3.98.对变形后样品的微结构进行了光学和扫描电镜的观测分析,得到橄榄石颗粒随应变增加而产生动态重结晶的具体物理图像,由EBSD观测结果给出了晶格取向随外加应变增加而产生的变化过程,利用两种统计方法得到了颗粒尺寸随应变增加而变化的过程,探讨了橄榄石动态重结晶的微观机制.与已有三轴压缩、简单剪切以及圣卡罗橄榄石的扭转变形结果进行了对比分析,同时对实验结果在地球物理方面的应用进行了讨论.     

含水对富铁橄榄石流变性的影响

橄榄石是下地壳上地幔最丰富的造岩矿物,橄榄石集合体的高温高压流变性对地幔动力学过程有着很大的影响。以往对橄榄石单晶和集合体进行过的流变性实验研究,涉及了温度、压力、氧逸度、含铁量以及含水等因素的影响,本文研究了含水对富铁橄榄石集合体流变性能的影响,首先,利用高精度 Paterson 气体介质变形装置对含水富铁橄榄石集合体(Mg_(0.9),Fe_(0.1))_2SiO_4、(Mg_(0.7),Fe_(0.3))_2SiO_4和(Mg_(0.5),Fe_(0.5))_2SiO_4进行了高温三轴压缩蠕变试验,变形试验条件为:温度1323～1473K,围压300MPa,差应力10～300MPa,应变率10~(-7)～10~(-4)s~(-1),每个试件的最大变形量为20%。利用三维非线性拟合方法对蠕变试验数据进行分析,结果表明,含水富铁橄榄石集合体的微观变形机制为扩散域和位错域,对三种铁含量,扩散域的应力指数为1。位错蠕变域中,Fo_(50)应力指教为3.8,活化能为444kJ/mol;Fo_(70)应力指数为3.7,活化能为479kJ/mol,Fo_(90)应力指数为3.6,活化能为514kJ/mol。将实验结果与不含水富铁橄榄石集合体的强度进行对比,发现含水使富铁橄榄石的强度明显下降,舍铁量相同时,含水橄榄石集合体的流变强度比干燥时小至少一个数量级。从而得到了含水对含铁量不同的橄榄石集合体粘性(强度)影响的初步试验结果。     

下地幔温压下(Mg, Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性

在69～100 GPa冲击压力(估算温度为2600～4300 K)范围内进行了初始样品为(Mg0.92, Fe0.08)SiO3顽火辉石和MgO+SiO2的冲击压缩回收实验。对回收样品进行的X射线衍射(XRD)分析结果表明: 两发顽火辉石回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐, 而非钙钛矿结构; 另外, 回收样品中均未观察到氧化物SiO2 和(Mg0.92, Fe0.08)O的XRD特征谱线; 两发MgO+SiO2回收样品中均观察到SiO2和镁橄榄石(Mg2SiO4)而没有氧化物MgO。实验结果表明: 在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构, 在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变; 在实验的温压范围内, 不可能发生由(Mg0.92, Fe0.08)SiO3向SiO2和(Mg0.92, Fe0.08)O的化学分解相变, 顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。高压加载或卸载过程引起的晶格畸变导致回收样品和原始样品的谱线差异, 而高压加载导致钙钛矿型(Mg0.92, Fe0.08)SiO3晶格畸变的可能性更大。     

橄榄石集合体中与位错蠕变相伴随的粒间滑动

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100~250MPa之间的不同应力水平下变形,得到的应变率介于10^-4 ~10^-6S^-1之间。随着差应力的增加,得到扩散蠕变到位错蠕变的过渡,在位错蠕变域,易滑动体系在~50MPa和颗粒尺寸为15μm时伴随粒间滑动。这一粒径敏感蠕变域由应力指数3.2±0.1和粒径指数1.8±0.2来刻划。将这一流动律与其他扩散和位错蠕变结果进行对比,表明本文得出的流动律可应用于粒度小于100μm和差应力大于20MPa时的岩石流动。因此,与粒间滑动相伴的位错蠕变可能是上地幔岩石圈剪切带变形局部化的主要变形机制。     

红土镍矿中镁橄榄石在高浓度氢氧化钠中的浸出过程北大核心CSCD

根据红土镍矿中镁橄榄石的存在形式,采用高温固相法合成Mg2SiO4,通过正交试验优化Mg2SiO4在高浓度氢氧化钠中的浸出过程,利用XRD对浸出反应渣进行物相分析,探讨了液固比、氢氧化钠浓度、反应时间和反应温度对Mg2SiO4中SiO2的浸出率的影响。结果表明:Mg2SiO4在高浓度氢氧化钠中浸出过程优化实验条件为,反应温度220℃,反应时间120min,液固比6∶1,NaOH浓度85%;浸出反应渣的XRD分析结果表明:NaOH介入硅酸盐晶格中,其中间产物为Na2MgSiO4,Mg2+经过碱熔融过程可以脱离SiO4阵列,以Mg(OH)2形式从其硅酸盐中得以释放。     

红土镍矿中镁橄榄石在高浓度氢氧化钠中的浸出过程

根据红土镍矿中镁橄榄石的存在形式,采用高温固相法合成Mg2SiO4,通过正交试验优化Mg2SiO4在高浓度氢氧化钠中的浸出过程,利用XRD对浸出反应渣进行物相分析,探讨了液固比、氢氧化钠浓度、反应时间和反应温度对Mg2SiO4中SiO2的浸出率的影响。结果表明:Mg2SiO4在高浓度氢氧化钠中浸出过程优化实验条件为,反应温度220℃,反应时间120min,液固比6∶1,NaOH浓度85%;浸出反应渣的XRD分析结果表明:NaOH介入硅酸盐晶格中,其中间产物为Na2MgSiO4,Mg2+经过碱熔融过程可以脱离SiO4阵列,以Mg(OH)2形式从其硅酸盐中得以释放。