矿物反应与变形关系研究——以糜棱岩高温高压实验为例

矿物反应和变形局部化在中下地壳普遍存在,两者相互影响和促进。实验研究表明,矿物反应与变形关系非常复杂。本文在糜棱岩高温高压流变实验的基础上,分析了实验变形样品中的矿物反应分布特征以及矿物反应引起的化学成分变化,讨论了矿物反应与变形的相互影响。微观结构分析表明,实验变形后的糜棱岩样品在温度800~890℃时,角闪石和黑云母出现脱水反应,生成微晶角闪石和黑云母,并伴有局部熔融。受应变局部化控制,脱水反应产物主要出现在黑云母、角闪石条带边缘。微晶和熔体的成分分析表明,不仅脱水反应形成的微晶与熔体的SiO 2含量非常低,而且黑云母周围的反应产物和熔体主要来自于黑云母的脱水,角闪石边缘的反应产物和熔体主要来自于角闪石脱水,石英、钾长石和斜长石没有参与反应与熔融。本研究中的脱水反应产物中,没有发现辉石和石榴石,这种脱水反应与文献中报道的无局部化的均匀样品在静高压和高熔融比例条件的脱水反应产物和熔体的成分有很大差别。黑云母和角闪石的局部化分布和脱水程度低,可能是造成脱水反应产物有差别的巨大原因。在本实验结果中,脱水反应对变形的影响主要体现为,脱水反应产生了细粒混合矿物相,使得在局部化的剪切带内变形机制从位错蠕变转变为扩散蠕变,导致样品出现应变弱化。另外脱水反应还引起了局部脆性破裂。变形引起晶体塑性变形,增加了位错密度和矿物细粒化,促进了晶体内部成核和黑云母与角闪石的脱水分解;差应力作用增加了局部的正应力和平均应力,增加了黑云母和角闪石能够稳定存在的压力范围,这可能是反应产物以微晶黑云母和角闪石为主,而没有转化为辉石的原因。     

地幔熔体连通性的实验研究进展

地质熔体/流体是地球深部物质交换和能量传递的重要载体，其连通性主要用二面角来表征，实验研究地幔熔体的连通性对深刻理解地球深部熔体/流体的聚集、迁移、岩浆演化、早期核幔分异、解释地球物理观测到的低速高导异常等科学问题具有重要意义。本文对地幔熔体连通性的理论基础、静态和动态条件下各种影响因素(温度、压强、成分、挥发分等)对部分熔融体系中硅酸质和碳酸质熔体以及金属熔体连通性影响的实验研究进展以及在地球科学研究中的一些应用进行了简单介绍和回顾，旨在让国内更多学者对这一研究领域有更深入全面的了解。     

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。     

高温高压条件下实验变形石英闪长岩微观结构与熔体特征研究

本文以高温高压条件下石英闪长岩流变实验样品为研究对象,利用偏光显微镜进行微观结构观察,研究了样品在实验温度压力条件下的变形机制与斜长石结构对流变强度的影响;通过透射电镜能谱与电子探针,分析了熔体分布和成分特征,讨论了角闪石脱水熔融的影响因素与脱水熔融对岩石流变的影响。结果表明,随着温度升高,岩石从脆塑性过渡域逐渐向高温位错攀移和动态重结晶为主的塑性域转化。在高温条件下,角闪石出现了脱水与部分熔融,脱水熔融的熔体分布和成分体现出非均匀与非平衡熔融的特点,空间分布上,熔体主要出现在角闪石和黑云母矿物颗粒的边缘以及角闪石和长石颗粒之间的区域内;成分分布上,熔体的成分与参与熔融的矿物成分密切相关。角闪石边缘的熔体和黑云母边缘的熔体具有低硅铝、高铁镁特征,斜长石边缘的熔体具有高硅铝、低铁镁的特征,处于角闪石和斜长石颗粒中间的熔体,其成分间于斜长石与角闪石成分之间。实验中出现的非平衡非均匀部分熔融可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因,富硅熔体可以形成富硅铝的花岗质岩石,而贫硅富铁镁的熔体可以形成基性岩。角闪石的脱水熔融程度依赖于样品的封闭条件,处于封闭环境的样品,角闪石不易脱水熔融,而处于开放环境时,角闪石脱水熔融显著。拆离断层带及其附近具备这样的开放环境,有利于角闪石发生脱水熔融。实验力学数据和微观结构显示,随机分布的斜长石对岩石强度影响并不明显,但斜长石的长轴方向与最大主应力方向呈大角度相交(近90°)会显著强化岩石的强度,这意味着岩石组构与主应力方向大角度相交或呈垂直方向时,不利于岩石变形和拆离断层的形成,反之,均匀岩石或岩石组构与最大主应力方向小角度相交,有利于岩石的变形,容易发育拆离断层。     

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。     

稀土元素在岩浆和水热系统的实验岩石学和地球化学研究进展

稀土元素对绿色科技的发展具有至关重要的作用,随着世界范围内新兴技术的发展进程对稀土的需求日益提高,稀土矿床成矿机理的研究已经成为目前国际地学的研究热点.稀土元素分配行为的高温高压实验能够为研究稀土在岩浆和水热系统中的迁移、分异和沉淀机制提供有效制约,为了解稀土元素地球化学行为和稀土成矿作用提供重要的理论基础.本文总结了...     

中国地质科学院2010年喜获16项科技奖

2010年中国地质科学院荣获科技奖16项,包括国家技术发明二等奖1项,国土资源科学技术奖一等奖4项、二等奖8项,其他省部级科技成果奖3项,与2009年相比有较大幅度增长。     

高温高压条件下WO_3在金管内溶解实验中金的溶解现象

实验选取金管作为实验容器。将等量的ＷＯ3(三方晶系 )粉末和 1 0ｍＬ的ｗ (ＮａＣｌ) =4 0 %ＮａＣｌ水溶液加入到相同容积的金管中 ,焊封并检验不漏气后水平放置在快速淬火高压釜中运行。实验温压控制在 2 50℃ ,34ＭＰａ (ｗ (ＮａＣｌ) =4 0 %的ＮａＣｌ水溶液的临界点为 4 11℃ ,31 4ＭＰａ) ,压力略高于临界压力。金管淬火后 ,用钢针将其刺破 ,取出溶液置于玻璃管内 ,密封进行离心沉淀。溶液淬火前后 ｐＨ无明显变化。根据实验目的 ,先取 0 1ｍＬ离心后溶液对Ｗ含量进行测定 (比色法 ,精度 <3% ) ,另取 0 1ｍＬ备用。结果发现ＷＯ…     

川滇地区应力场研究进展

川滇地区是中国大陆与周边板块动力传递的关键部位,而应力状态是探索其动力传递与形变机理的关键参数.在川滇地区已经开展了大量的应力场研究,不同方法给出了特定尺度和深度范围的区域应力场信息,但如何充分利用时空分辨率不一致的多学科应力应变数据,科学处理不同数据的权重,并提出有效合理的融合方法,得到经得起物理检验的川滇地区统一构造应力模型,是亟需解决的关键问题.本文总结了近年来川滇地区应力场研究进展,分析了浅部地应力测量、震源机制解、b值、各向异性、高温高压岩石实验、数值模拟等方法优缺点,从浅部应力场、深部应力场、应力模型三个方面对前人的研究成果进行了梳理和归纳,从不同尺度揭示了川滇区域现今深浅部应力量值特征、应力方向非均匀性特征,为构建区域应力模型提供多方面、多尺度的约束,也为川滇形变动力过程与强震预测研究提供了力学基础资料.     

高温高压下矿物岩石电导率的实验研究进展

高温高压下矿物、岩石电性性质的实验研究是了解地球内部物质成分、演化过程及进行地球物理探测资料解释的有力工具.本文主要介绍了高温高压下电导率实验在如何保持良好绝缘性能,如何消除或减小极化效应及如何减小外界电信号对测量信号的干扰等方面的技术、方法,阐述了温度、压力、氧逸度、水含量以及熔体等因素对矿物、岩石电导率的影响以及一些主要的研究结果和进展情况,讨论了电性研究的地球物理和地质意义,并指出了尚需研究的不足之处.