高温高压实验揭示俯冲带蛇纹岩熔融行为与高镁岩浆成因

近年来一些研究在岛弧岩浆中发现了蛇纹岩组分,这表明俯冲至弧下的蛇纹岩不仅为地幔楔提供流体,而且可以通过部分熔融参与岛弧岩浆形成。然而,蛇纹岩在地幔楔中的熔融行为及其在俯冲带物质循环中的作用仍未进行深入研究。因此,本研究选择3种蛇纹岩样品:蚀变原岩分别为二辉橄榄岩(SE2)和方辉橄榄岩(SE3)的天然蛇纹岩,以及模拟含有大量滑石的合成蛇纹岩样品(SEQ),在700~1300℃和4 GPa的温度压力条件下进行了模拟实验,限定了蛇纹岩的熔融温度,分析了实验产生的熔体成分。研究发现,不同类型蛇纹岩的固相线存在显著差异,SE3、SEQ和SE2蛇纹岩的固相线分别为900~960℃、960~1100℃以及1150~1200℃。这3种蛇纹岩的固相线均高于俯冲板片上表面的温度,要求蛇纹岩通过底辟作用进入地幔楔以发生部分熔融。根据实验结果,本研究认为SE2和SEQ蛇纹岩可以在地幔楔底部相对较低的温度条件下(960~1100℃)即发生熔融,产生科马提质岩浆;而在上覆地幔楔更高温度条件下(>1200℃),SE2蛇纹岩可以发生更广泛、更高程度的部分熔融,产生玻安质岩浆。

金刚石压腔高温高压实验的压力标定方法及其现状

介绍和评论了金刚石压腔中进行高温高压实验时的压力标定方法及其应用条件。其中红宝石和石英压标具有较高的准确度和精度,但前者不适合于高温和含饱和水条件下的标定,且在较低压力下误差较大,后者可用于高温且含水体系的压力标定,但仅适于低于2 0GPa时的压力标定。矿物状态方程是较可靠的方法,但不方便且受条件限制。采用水的状态方程进行压力标定,可以解决压腔中不允许有压标矿物的问题,但在实验过程中要求压腔的体积保持恒定。因此,在采用金刚石压腔进行高温高压实验时,应根据研究需要决定合适的压力标定方法,而且寻找新的压力标定方法仍是金刚石压腔高压实验的基础工作。

辉长岩脆-塑性转化及其影响因素的高温高压实验研究

本文利用高温高压多功能三轴实验装置 ,以NaCl为固体围压传压介质 ,在围压为 45 0MPa～ 80 0MPa ,温度区间为 6 0 0℃～ 1 1 5 0℃和应变速率为 1× 1 0 - 4～3 1 2 5× 1 0 - 6 s条件下 ,对攀枝花辉长岩进行了流变学实验研究。实验结果表明 ,辉长岩围压在 45 0MPa～ 80 0MPa条件下 ,温度在 6 0 0℃时为脆性变形 ,70 0℃～ 85 0℃时为半塑性流动 ,含微破裂 ,大于 90 0℃时为塑性流动。辉长岩的脆 塑性转化温度为 70 0℃～ 90 0℃ ,主要影响因素为温度、围压和应变速率 ,同时存在双相流变学问题。

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 .

煤的高温高压实验变形研究

为探讨煤的构造变形机理，笔者选择三种不同煤级的煤样，在Ｔ＝３５０～７００℃，Ｐｃ＝４００～６００ＭＰａ，ε＝１０％～３０％，ε＝３．６３ｘ１０－６～２．５９ｘ１０－５Ｓ－１条件下进行高温高压变形实验。实验样品的应力－应变曲线以及变形构造（尤其是显微构造）特征表明：（１）煤的塑性变形程度随着煤级的增高而降低并逐渐消失；（２）气体的存在导致煤强度的明显下降，并对煤力学性质产生十分重要的影响；（３）大量气体的存在不仅促使煤强度的急剧下降，而且还能引起煤的强烈碎裂细化，从而有利于流变的发生。据此，笔者认为：（１）煤构造变形的韧性机制主要发生在煤级较低阶段，而在煤级较高阶段则以脆性机制为主导；（２）促使煤层强烈构造变形与流变的关键因素是煤中大量气体的存在。

聚乙烯与水反应的高温高压实验及热力学探讨

在金刚石压腔设备中进行聚乙烯的高温高压裂解实验研究。实验分含水和不含水两种情况。在显微镜下观察反应过程中的变化并显微照相记录有关现象 ,在高压下就位测定反应过程中荧光的变化。用气相色谱方法测定气相产物组成。含水实验中CH4 占烃类气体产物的 92 %并有CO2 生成 ,固体残余物非常少 ,表明水直接参与了化学反应 ,为烃类气体的形成提供氢源 ,为CO2的形成提供氧源。不含水实验中烃类气体的产率相对较低并有较多的固相残余物存在。用热力学理论探讨了实验中有关反应的机制。根据聚乙烯与干酪根结构的可比性 ,推测在水参与条件下有利于提高有机质裂解成烃的产率。

YJ-3000t型紧装式六面顶大腔体高温高压实验装置样品室的压力标定

在温度为389～1245℃和砧面压力为1．0～5．0GPa的条件下，利用金属高压熔融标定法，采用Cu、Al、Zn和Pb四种金属，对YJ-3000t型紧装式六面顶大腔体高温高压实验装置样品室内的实际压力进行了标定。通过对由四种金属所获得的标定结果的多项式三维模拟，获得了以叶蜡石为外传压介质、氧化铝为内传压介质的情况下，由砧面压力和样品室温度估算样品室内实际压力的定量表达武。该结果可为今后该设备上类似实验组装中样品腔内实际压力的估算提供方便准确的压力标。

煌斑岩—硫化物熔体液态不混溶作用的高温高压实验研究

本文以云南老王寨金矿区煌斑岩和黄铁矿为初始物,在1.5～3.0GPa、1162～1560℃条件下进行了煌斑岩—硫化物熔体液态不混溶作用实验。结果表明,煌斑岩-硫化物熔体的液态不混溶作用可能发生于岩浆演化的早期(高压条件),但如有硫存在,在岩浆演化的各个阶段(高压条件→低压条件)均可能出现煌斑岩-硫化物熔体的液态不混溶作用;与煌斑岩熔体分离的硫化物熔体在温度场、压力场中作定向运移,逐渐聚集于相对低温、低压区;由于硫化物熔体的密度相对较大,因而与煌斑岩熔体之间出现明显的分层现象。

古特提斯缝合带澜沧江段花岗岩高温高压实验模拟

对古特提斯主体遗迹的云南西部昌宁 孟连构造混杂缝合带、临沧花岗岩基、澜沧江韧性变形变质带进行了岩石高温高压三轴变形实验模拟研究,以期对该构造带形成时期所处的构造物理环境作出判断。实验岩样取自紧邻澜沧江韧性剪切变形变质带西侧的临沧花岗岩基。实验后样品产生了一系列新生显微构造,对应的地壳深度环境相当于中下地壳(13—18km)。澜沧江韧性变形变质带花岗岩的显微组构以动力重结晶颗粒极为发育为特征,表明其形成时的环境远比实验深度更深。综合考虑临沧花岗岩基现在的厚度(达15km)和花岗岩浆流动的上限深度(8—10km)以及风化剥蚀量,可以认为临沧花岗岩基的形成深度可大于25km,原始岩浆源于下地壳下部,接近莫霍面的顶面。澜沧江韧性变形变质带的形成与临沧岩基向东逆冲相关,它直抵古特提斯俯冲板块下插滑动顶面。研究表明,昌宁 孟连古特提斯曾发生过真正意义上的大规模洋壳俯冲,是一个具有较大规模的古洋盆。

个旧锡矿玄武质及花岗质岩浆载锡能力研究:来自高温高压实验岩石学的证据

对个旧锡矿的玄武岩和花岗岩进行了载锡能力的高温高压实验岩石学研究。结果表明:无论是花岗质还是玄武质岩浆,Sn4+都可以大量置换岩浆中的Si4+,形成富锡岩浆;个旧花岗质岩浆载锡最多可达约36%,而个旧玄武质岩浆载锡亦可达14.9%以上;当富锡的花岗质岩浆冷却时,岩浆将会出溶呈液滴状的锡的硫化物,表明花岗岩与锡矿有着直接的成因联系;而富锡玄武质岩浆由于快速淬火,且形成温度较高,不利于形成锡的矿物,但是所形成的玄武岩仍具备形成锡矿源层的条件。因此,锡矿的成矿地质体并不单一,花岗质与玄武质岩浆均可能成矿,关键在于岩浆在其形成或运移过程中,是否从源区或围岩之中获得大量的锡。

含金岩石形变系与元素调整分配相关性的高温高压实验研究

含金岩石在温度３５０～４５０℃、围压３００ＭＰａ、轴压１００～１５０ＭＰａ蠕变状态下，Ａｇ、Ａｕ元素在黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等金属硫化物及石英、白（绢）云母中有富集的趋势；而在绿泥石、黑云母、钠长石及方解石等非金属矿物中，Ａｇ、Ａｕ元素丰度总体趋于降低。这一实验结果印证了构造动力是“成岩成矿”的重要因素之一。

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。

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 80 0～ 10 0 0℃、围压 0 .6～ 1.0GPa和应变速率 10 -4～ 10 -5s-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 -5s-1应变速率和固定围压 1.0GPa条件下 ,当温度低于 80 0℃时 ,岩石变形为典型脆性破裂 ;温度高于 10 0 0℃时岩石变形以准稳态蠕变为主 ;温度在 80 0～ 95 0℃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 .

矿物中元素迁移变化的高温高压实验研究

实验证实，岩块在高温高压受力变形后，其矿物中的元素将发生迁移和变化，在相同条件下，同一矿物中的不同元素或相同元素在不同矿物中具有不同的迁移和变化规律。实验结果说明，就许多内生金属矿床成矿作用而言，构造及构造变形不仅为成矿热液的运移、沉淀提供场所，而且在某种程度上能促使成矿元素的活化、分异甚至富集。

高温高压实验产物中出现的流动构造及其岩石学意义

在高温高压实验产物中发现了长石和云母定向排列以及球粒被拉长并定向排列的现象。这种与野外常见的地质事实相一致的现象说明 ,某些花岗岩体边部钾长石的定向排列可能是岩浆流动造成的。

Piston-Cylinder高温高压实验装置及在壳幔动力学研究中的应用

介绍了目前在国际壳幔作用及动力学研究中普遍使用的Piston-Cylinder高温高压实验技术的主要工作原理、结构、样品装置设计及主要技术指标。通过分析Piston-Cylinder高温高压实验技术在大洋和大陆板块俯冲深部过程的流体活动、基性岩石部分熔融作用、岩浆活动机制及约束条件等壳幔相互作用研究中的应用实例,认为引进该项实验技术对于我国科技工作者开展高温高压条件下壳幔动力学研究以及缩短我国实验岩石学技术手段与国际间的差距具有重要意义。

照亮地球深部的“明灯”——高温高压实验

地球是人类赖以生存和发展的家园,相对于其表层系统(大气圈、水圈、生物圈),人类对地球深部的认识仍然非常有限。地质学/地球化学方法通过研究地表出露的来自地球深部的岩石矿物和来自外太空宇宙的陨石等样品,来推测地球内部物质的性质。地球物理方法则利用地震波来探测地球内部的结构。半个多世纪以来兴起的高温高压技术,使得科学家能够在实验室中模拟地球内部的极端压力和温度环境,同时结合各种现代化分析测试手段,对岩石和矿物在极端高温高压条件下的性质状态进行原位研究,极大地促进了我们对地球内部的物质组成和结构的认识。因此,高温高压实验技术已经成为人类探索地球深部结构和物质组成的"明灯"。

我国高温高压实验研究进展和展望

阐述了高温高压实验研究的目的和意义，强调地球物质物理性质对解决大陆探部构造和地球物理学有关问题的作用．简要回顾50年来我国高温高压实验技术发展及其所取得的主要成果。

水在橄榄石中溶解度研究的固体传压高温高压实验方法

人们关注地球深部水对地球介质的力学和物理性质影响．以往实验研究大都用气体设备在几百MPa的低压力下进行的．为实现深部高压条件，本文用固体传压技术在1000-1300℃；1．0～2．0GPa（相当上地幔）温压条件进行橄榄石晶体内水溶解度实验研究．实验表明，固体传压技术用于晶体“含水”实验研究是一种有效方法；研究证实，与低压实验一样，高压下水赋存在橄榄石晶体中仍以H离子作为“杂质”进入晶体缺陷为主要形式，并发现水的溶解度与实验压力相关，