中地壳的水和水岩相互作用实验及其地球物理涵义

本文重点报道了高温高压下流体与流体-岩石相互作用实验结果,提供了中地壳条件下流体性质和水岩反应速率数据.这些数据有助于理解中地壳的一些地球物理现象.作者进行了25℃～435℃和22～39 MPa条件下水-岩相互作用反应动力学实验.同时,研究水在近临界区至超临界区的性质.一般地说,中地壳大致位于10(15)至25 km的深度范围.各地的地壳厚度不同,但是中地壳高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300C,底界大致为450℃范围,压力高达200 MPa以上.流体-岩石相互作用实验表明:硅酸盐矿物和岩石的硅最大溶解速率出现在300℃～400℃.此时,硅酸盐矿物格架解体.通常,地壳里普遍存在水、流体.地壳构造活动导致断裂空隙、减压、流体流动.这时,有可能导致中地壳处于300℃～450℃流体的压力减低,由超临界区进入临界态、亚临界态.这会引发强烈流动的水与岩石相互作用.溶解反应导致岩层的硅淋失,硅的强烈淋失又会导致硅酸盐矿物格架解体,岩石崩塌.同时,进一步促进流体的流动.实验表明300℃～400℃下的强烈水岩相互作用促进了岩石破坏,并有可能影响岩层的地球物理性质,如高导层出现.另外,实验和理论研究表明处于300℃～400℃流体具有高电导率性质.这些水岩相互作用会使中地壳出现高导-低速层.