高温高压实验及原位测量技术

文中简述了高温高压实验技术及其发展现状,主要涉及高温高压实验装置及高温高压原位实验测量技术两方面内容。重点介绍了:(1)金刚石压腔、大体积压力机、高压釜等静态高压实验技术和动高压实验技术及其特征;(2)拉曼、红外、X-射线衍射及同步辐射等高温高压原位谱学研究;(3)超声波、布利渊散射、核共振非弹性X-射线散射等高压物质弹性波速原位测量技术研究现状及其进展;(4)金刚石压腔、大压力机中高温高压电导率的原位测量技术研究现状及其进展。     

动态高压下陨石矿物的冲击熔融和分离结晶及其地球化学意义

应用近代微束矿物学分析测试技术,对在中国陨落的随州、寺巷口和岩庄等三块球粒陨石中矿物的冲击熔融和分离结晶作用进行了较系统的研究。查明存在有硅酸盐单矿物熔体、硅酸盐矿物混合熔体和全岩熔体三种组成不同的冲击熔体。研究结果显示:(1)三种熔融相与未熔相之间在主成分和微量元素组成上没有明显差别,说明它们是原地熔融的产物,但在较大的冲击熔块中,也发现冲击熔融作用引发了一部分元素,如亲铁元素、硒元素和轻重稀土元素的分异现象;(2)查明Al2O3、Cr2O3、Na2O和CaO等优先进入从冲击熔体结晶的辉石常压相或辉石的高压相——镁铁榴石(属地幔过渡带矿物)中;(3)Al元素能进入阿基莫石(即辉石的钛铁矿结构相,属下地幔矿物)中,以固熔体形式稳定下来。ELNES的测定查明,其氧化铁组分中Fe3+/∑Fe的比值高达0.67(3);(4)陨石全岩熔体中硅酸盐相与金属-硫化物相之间为完全不混熔,后者以孤立的共结体团块产于硅酸盐熔体之中,除Zn、Na、Cr、Co和Cu在硫化物相中和Na在金属相中有明显富集外,其他元素的浓度则无明显变化;(5)在寺巷口陨石熔脉的金属-硫化物共结团块内发现了FeNi金属-硫化铁-磁铁矿组合,进一步证实了S和O等轻元素可以加入到以Fe-Ni金属为主要组成的地核成分中去;(6)在岩庄陨石的FeNi金属-硫化铁共结体团块的硫化铁内发现了Na、Mn和Fe的磷酸盐矿物小球体,说明P和Na、Mn等元素也能成为地核的组成元素。以上研究在行星演化、地幔矿物学和地球化学,以及陨石学研究上均有着重要的科学意义。     

不同压力体系下原油裂解的地球化学演化特征

为探讨原油裂解成气过程中正构烷烃、甾烷和萜烷等生物标志物地球化学的演化规律及压力的影响,对东营凹陷古近系的低熟原油样品在高压釜中进行了原油裂解成气模拟实验,实验设计了2种不同的实验压力条件下（常压开放体系和20MPa压力封闭体系）,以升温速率30℃／h升温到650℃．从300℃开始,每隔50℃对实验产物进行特征检测,加压实验通过注水加压实现．样品来源于中国东部东营凹陷古近系的低熟原油．实验结果显示,常压和20MPa下,原油在达到450℃后进入原油裂解成气阶段．在原油裂解成气之前的一定温度范围内,原油已经开始不同层次地裂解,包括高分子正构烷烃向低分子正构烷烃的演变．原油裂解成气过程存在重烃气二次裂解生成甲烷气的过程,主要发生在550～650℃,表现为Ln（C1／C2）,Ln（C1／C3）和干燥系数显示升高的特征．压力（20MPa）对原油裂解总体是一个抑制的过程：相对常压开放性体系,20MPa下原油转化率降低,原油主裂解成气门限温度升高和原油裂解主成气温阶时间延迟,高温下较高碳数的正构烷烃或其他化合物得到保留,∑C21^-／∑C22^＋,Ln（C1／C2）,Ln（C1／C3）和Ln（C2／iC4）和干燥系数等参数值在主原油裂解成气温阶内降低,Ph／nC18,Pr／nC17在二次裂解阶段（550～600℃）下降．压力不同程度地影响了Ts,Tm,C31升藿烷和C29甾烷等生物标志物及其成熟度参数在原油裂解高温阶段的演化,并且在不同的温阶这种影响表现出差异性．     

高温高压合成翡翠的溶胶-凝胶法粉料制备的工艺方法探索

采用溶胶-凝胶法合成具有翡翠成分的玻璃料,再对其进行高温高压处理,实现玻璃体向晶质硬玉的转化,从而得到合成翡翠。从金属醇盐浓度、pH值、去离子水的添加量、水浴温度四个方面探讨了最佳凝胶条件。常规宝石学特征测试、偏光显微镜下岩矿薄片分析、X射线粉末衍射和傅里叶变换红外光谱表明,合成翡翠与天然翡翠的常规宝石学性质相近,其结晶矿物为硬玉,样品的结晶转化程度较好,具有硬玉的标准红外特征吸收峰。     

100MPa、800℃下Mo和W在流体／花岗质熔体相间分配的实验研究

利用“RQV-快速内冷淬火”（外加热冷封式）高温高压实验装置,在100MPa、800℃条件下,以东秦岭地区出露的高钾钙碱性岩浆岩（合峪花岗岩）为实验初始物,实验研究了Mo和W在花岗岩-H2O、花岗岩-NaCl（KCl）-H2O及花岗岩-NaF-H2O体系流体／熔体相间的分配行为。实验结果表明,Mo比W更倾向于分配进入流体相（DMo^流体/溶体〉〉DW^流体/溶体）,相对于纯水体系而言,流体介质中Cl和F的存在均有利于Mo和W向流体相迁移富集,随体系内Cl含量的不断增高,Mo和W的分配系数呈线性增大趋势,而在天然花岗岩可能含有的F含量范围之内,F含量的增高将阻碍Mo、W向流体相迁移,流体介质中Na／K（摩尔比）的变化对Mo和W的分配系数没有明显影响,表明体系碱质（Na或K）类型不是Mo和W在流体／熔体相间分配的主要影响因素。     

大陆下地壳麻粒岩的流变学研究进展

大险下地壳麻粒岩的流变学研究可以解释地壳变形、壳幔物质交换以及岩石圈深部动力学过程等科学问题.前人通过研究各矿物的显微构造变形特征与变形机制,运用广义混合流变律探讨多矿物复合岩石的流变性质,结合水与流体对岩石变形强度的弱化作用,阐明在大陆下地壳变形环境下复矿麻粒岩的塑性变形和韧性流变性质.目前人们致力于对天然变形岩石和...     

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。     

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.     

地球内部物质电学性质原位测量的影响因素和导电机制——以地壳矿物为例

高温高压下矿物岩石电导率的实验研究数据,不仅是人们了解地球内部物质组成及其演化过程的重要窗口,而且可以为野外大地电磁测深和地磁测深反演提供重要约束.重点介绍了温度、压力、水含量、铁含量、氧逸度、熔融等矿物岩石电导率的影响因素,深入阐述了存在于矿物岩石的4种主要导电机制,即离子、质子、小极化子和大极化子.回顾近年来地壳主要造岩矿物(长石、石英和辉石)的电导率实验研究取得的新成果,讨论了它们的导电机制和地球物理意义,并对其目前存在的问题及尚需进一步展开的工作进行了探讨.     

中国东部上地幔岩石相转变及其意义

中国东部新生代玄武岩和大别-苏鲁超高压变质带中的含石榴石相橄榄岩, 带来了发生在上地幔的尖晶石→石榴石相转变和铝辉石→贫铝辉石+石榴石的重要信息, 为中国东部上地幔岩石结构分层奠定了重要基础.通过岩石学与实验岩石学的研究, 推导出发生相转变的P-T条件, 为建立中国东部大陆上地幔岩石分层结构提供了重要约束.尖晶石二辉橄榄岩向石榴石二辉橄榄岩相转变发生在55~70km, 随着深度增加, 石榴石二辉橄榄岩从富铝石榴石二辉橄榄岩(70~120km) 转变为贫铝石榴石二辉橄榄岩(> 120~150km).