活塞圆筒和多面砧高压装置中常用的氧逸度控制和原位监测方法

氧逸度是定量表示一个体系氧化还原能力的指标,反映了体系中氧气的分压或者逃逸能力。在地球科学中,它反映了岩石和矿物中变价元素的氧化还原状态,指示了不同岩石矿物氧化性/还原性的相对强弱。相同岩石矿物不同氧逸度可以导致其物理化学性质发生大的改变,因此在实验地球科学中准确控制并监测高温高压实验条件下的氧逸度具有非常重要的意义。本文从实验技术角度出发,首先介绍了活塞圆筒和多面砧高压装置中利用双胶囊技术在不含水和含水体系中控制氧逸度的方法、原理、装置和注意事项;接着描述了用过渡金属合金固溶体和惰性金属合金作为氧传感器原位测量氧逸度的原理、注意事项和地质应用,然后展示了氧离子固体电解质法控制和监测氧逸度的原理、装置和局限,提出了可能的改进方法。目前由于技术限制,氧逸度在高压实验中的控制和监测方法还不成熟,导致其对矿物和岩石物理化学性质的影响极可能被低估甚至错估。因此积极研究发展并推动高压下氧逸度的控制和监测技术非常重要且必要。

地幔转换带条件下岩石矿物波速测量方法:超声波与多面砧技术的结合

地幔矿物的波速测量研究是认识地球深部物质组成和性质的重要方法.国际上在大压机中利用超声波技术对地幔矿物材料开展了广泛的波速测量研究,实验温压范围达到地幔转换带条件,而国内大压机超声波波速测量局限于6GPa压力以内.在中国地质大学(武汉)地球深部研究实验室1 000tWalker型多面砧大压机上,利用超声波技术,建立了一套高压波速测量系统,对地幔转换带矿物Mg_2SiO_4瓦兹利石多晶样品在18GPa压力范围内的弹性波速进行了测量,测量结果与前人超声波波速测量结果相比总体吻合程度良好.利用多面砧大压机和超声波技术,在国内首次实现了地幔转换带高压条件下的波速测量,缩短了我国高压波速测量水平与国外先进水平的差距,同时可以为中国及周边地区地球物理观测资料的解析提供矿物物理方面的实验约束,为国内岩石矿物和固体材料的弹性研究提供实验技术支持.

Walker型28GPa多面砧压机及其在地球科学中的应用

高温高压实验是除地球物理和地球化学方法之外,研究地球深部物质和性质的重要手段之一.多面砧压机是广泛使用的高温高压实验设备,主要用来研究上地幔温压范围内的实验岩石学和矿物相变动力学等问题.主要介绍中国地质大学(武汉)地球深部研究实验室新引进的Walker型28GPa多面砧压机的原理和结构、压力标定方法和常用的压力标定材料,并根据金属铋在2.55和7.7GPa(25℃)的结构相变,以及石英在3.2GPa、1200℃向柯石英的转变对多面砧压机18/12装置(八面体传压介质边长/碳化钨截角边长)进行了压力标定,该装置可实现的最高压力和温度约为8GPa和2000℃.最后还探讨了高温高压实验在地球科学中的应用.

高温高压装置研制和技术创新的发展现状与趋势

现代化的高温高压实验装置与表征技术是研究地球深部物质的赋存状态、属性及效应的关键手段.近20年,国内很多科研单位先后建立了高水平高温高压实验平台,具有覆盖地表至地心温压环境的各类装置以及多种可进行原位/非原位观测的技术,在高压矿物物理、实验岩石学和地球化学等领域取得重要进展.装置和技术的创新发展是当前我国“三深一系统(深地深海深空、地球系统科学)”科技战略领域中基础理论创新的驱动力之一.简要综述了高温高压装置研制、技术发展和面临的主要挑战,在此基础上展望了未来的发展方向.