铅锌富集机制实验研究方法综述

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：(1)高压釜实验;(2)热液金刚石压腔—激光拉曼实验;(3)熔融毛细硅管—激光拉曼实验;(4)计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到(半)开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

地幔硫化物的物理化学性质及其地质意义

地幔硫化物是地球亲硫、亲铁元素的重要载体,与硅酸盐矿物有很大的物理性质上差别,它在高温高压条件下的物理化学性质是认识地幔物质组成及其不均一性的重要内容。此外,早期地球、火星、水星和月球幔部来源的硫化物对认识行星演化具有重要意义。地幔硫化物的存在条件、赋存方式以及元素分配系数受到硫化物和硅酸盐体系的化学平衡控制;硫化物在流体介质和固体介质中的迁移可以分别用斯托克斯方程和表面张力模型进行解释。基于目前的天然样品和实验研究结果,本文提出了地幔硫化物物理化学性质研究中尚存在的问题,并作展望：高温高压实验制约分配系数适用的元素含量远高于天然样品,导致亨利定律并不一定适用,要求开展元素含量更低的实验并进行测试;现有的线性或自然对数的经验方程不能准确描述硫化物-硅酸盐体系,机器学习可能揭示其错综复杂的热力学关系;硫化物熔体在深部地幔硅酸盐矿物表面的分布尚不清楚,对极端条件下的静水压力实验提出了需求。     

利用环空压力测试数据评价高温高压气井固井水泥环的密封完整性

目前,高温高压气井在生产期间环空异常带压现象频发,气井环空异常带压表明井内出现窜漏,其完整性受到削弱,将影响气井安全生产。气井环空异常带压的根本原因是井屏障部件受损。通过对异常环空压力进行现场诊断测试,根据测试数据评估各个环空的窜漏程度,为环空异常带压潜在风险控制措施的制定提供指导。首先,分析了气井环空带压的5种模式,并基于气液多相流和达西渗流理论,建立了水泥返至井口和未返至井口2种环空介质条件下气体渗流数学模型。结合实例井不同环空压力诊断测试数据,评估了固井水泥环的密封完整性。该方法可通过反向拟合现场实测压力数据,预测各环空压力的变化趋势,并评估固井水泥环的整体泄漏程度,可用于指导固井工程设计及现场作业。     

大别山超高压榴辉岩流变强度——来自高温高压实验的证据

利用Griggs型 5GPa高压仪器 ,在柯石英稳定域围压条件下 ( >3GPa)完成大别山超高压榴辉岩流变学实验 ,建立了榴辉岩流变状态本构方程 (流动律 ) : ε=Aexp( -Q/RT)σn ,应力指数 (n)为 3 .4 ,活化能 (Q)为 4 80kJ/mol,结构常数 (A)为 10 3.3.实验结果表明 :( 1)作为两相矿物组成的榴辉岩 ,其流变学强度在很大程度上取决于强相矿物 (石榴石 )和弱相矿物 (绿辉石 )含量比例 ;( 2 )天然榴辉岩塑性变形机制是以位错蠕变为主 ;( 3 )根据实验成果比较榴辉岩和上地幔方辉橄榄岩流变学强度相当 ,两者耦合在大陆深俯冲 10 0km左右深度发生拆沉作用可能性很小 ,与上地幔上隆 (upwelling)作用有关的造山期后伸展作用对超高压岩石折返更具有重要意义 .     

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.     

镁橄榄石多晶体的烧结－热压合成

采用可控热力学环境高温炉和活塞圆筒式等静压高温实验装置合成矿物多晶体的烧结－热压技术，以镁橄榄石多晶体的合成为例，讨论了技术细节和样品的成岩机制，此技术可以合成得到ｃｍ量级、化学和矿物组分可控的多晶体岩石样品。这些人工合成的多晶体结构均匀，密度能够达到其理论值的９８％以上     

静压催化法石墨－金刚石相变研究

实验证明了在高温高压有金属催化剂参与条件下，石墨到金刚石相变过程的中间相是类球状再结晶石墨。研究了类球状再结晶石墨的形成与温度压力的关系。     

高温高压岩石三轴(固体传压介质)实验装置

为模拟地壳上地幔的温度压力条件,研究岩石的物理力学性质,国外已建立不同类型的三轴实验装置。其中以采用固体传压介质的三轴实验装置所能达到的温度和围压较高,而且结构简单。我们参考D. T. Griggs装置的基本原理,在组装和紧固方式、冷却系统等方面进行了改进,建立了高温高压岩石三轴实验装置(图版Ⅰ),第一次为我国地壳动力学的研究提供了中、下部地壳的温度压力实验条件     

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。     

下地幔矿物研究及其进展

文中综述了20世纪90年代以来对下地幔矿物高温高压研究的进展,详细评论了下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的稳定性、(Mg, Fe)SiO3 钙钛矿和(Mg, Fe)O镁方铁矿的高压状态方程和热弹性及高压熔化、核幔边界温压下铁和硅酸盐的化学反应等几个热点问题;探讨了下地幔的矿物学组成,对下地幔的地震波速异常给出了可能的矿物学解释;介绍了国内同领域的研究工作;展望了下地幔矿物研究的发展方向。