高温高压下蛇纹岩脱水的弹性特征及其意义

为了了解蛇纹石在脱水过程中的弹性性质 ,在 1 0GPa和同时加热条件下 ,利用脉冲透射法对采自云南双沟街的蛇纹岩进行了超声测量 .实验发现 ,当温度升高至 640℃时 ,蛇纹岩的超声波纵波速度随温度的升高而急剧下降 .温度继续升高 (70 0℃以上 ) ,样品在高压腔中爆炸 .通过对超声波速下降时和样品发生爆炸前的超声波波形的比较发现 ,随温度升高超声波振幅有了明显的增大 .实验产物的鉴定并与前人相关实验结果比较表明 ,蛇纹岩在高压高温下波速的突然下降和振幅增大与样品中蛇纹石发生脱水反应有关 .目前还不能准确解释超声波振幅增大的原因 ,但上述现象的发现为探讨深部地质灾害的成因并对其进行监测提供了一个新的线索 .

2.0GPa、室温至1200℃条件下斜长角闪岩的纵波速度及其衰减

利用YJ 30 0 0t压力机 ,在 2 .0GPa、室温至 1 2 0 0℃条件下 ,测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度 (vp)和力学品质因子 (Q值 )。实验结果表明 :斜长角闪岩的vp 和Q值随温度的升高而降低 ,在升温的初始阶段 ,vp 和Q值随温度下降的幅度较小 ,随着温度的升高其下降的幅度逐渐增大 ;由于斜长角闪岩的各向异性 ,导致了在三个方向上vp 随温度而下降的幅度显著增大时的温度不同 ,其中x和y方向为 81 2℃ ,z方向为 673℃。而在各方向上的Q值随温度下降的幅度显著增大时的温度相差不大 ,约为 81 2℃。观察回收的实验产物表明 :当温度大于 647℃时 ,产物中开始出现熔体 ,vp 在x和 y方向上的下降幅度没有明显的变化 ,而在z方向上的下降幅度增大 ;此时熔体对Q值的影响不大。当温度大于 81 2℃时 ,产物中的熔体含量明显增多 ,vp 和Q值下降的幅度都显著增大。据此认为 ,部分熔融是弹性波速度减小和衰减增大的主要原因。

1.0GPa、高温下岩石熔融玻璃的弹性波速测量及其地球物理意义

利用超声波反射法,在1.0GPa、最高温度分别达900℃和730℃条件下,测量了岩石成分从酸性到基性的7种熔融玻璃的纵波波速(vp)和横波波速(vs)随温度的变化。实验过程证明,高压下升温过程中样品被压缩导致了样品中弹性波走时减少,而降温过程中样品长度基本保持不变。结果显示,1.0GPa下,随实验温度升高,不同成分玻璃的vp首先以-0.2×10-3km.s-1.℃-1到-0.7×10-3km.s-1.℃-1不等的速率缓慢降低,而其vs多以-0.1×10-3km.s-1.℃-1速率随温度升高而降低。当温度高于玻璃转变温度(Tg)后,玻璃的vp开始以-0.8×10-3km.s-1.℃-1到-3.6×10-3km.s-1.℃-1不等的速率快速下降。根据玻璃vp随温度变化速率的改变,拟合出这几种玻璃的转变温度从584℃到654℃。由实验获得的玻璃波速,利用Voigt-Reuss-Hill(VRH)平均计算出下地壳岩石中玻璃的存在将降低岩石的波速,并由此为下地壳低速层提出一种新的解释,即非晶质体的存在可能在下地壳形成地震波低速层。

利用超声相干技术在室温和高压下研究几种不同性能的玻璃

综合使用超声相干技术几种不同的测量方法，分别研究两类三种不同性能的玻璃材料，测量它们的声速和衰减在室温及高压条件下的变化规律。结果表明：两类玻璃的声速和衰减以及由此而得到的弹性常数存在较大差异。两种硅玻璃在高压下，声速随压力变化的规律相似，压力升高时，纵波速度随之单调增加，横波速度线性减少，纵波衰减也随压力升高呈增加趋势。不同的是：两种玻璃横波衰减随压力的变化规律完全相反，水白玻璃的衰减增加，窗口玻璃的减小。上述几种方法的测量结果基本一致，且在相应的压力范围内与布里渊散射的实验结果基本吻合。

4.0 GPa压力下纯橄岩弹性纵波速度和衰减的实验研究

应用超声波透射法和超声波频谱振幅比法、在4.0 GPa压力条件下、测量了弹性纵波通过纯橄岩的波速(vP)和品质因子值(QP,用于表征衰减)随压力的变化,并分析了纯橄岩内部结构的变化对波速和衰减的影响.在实验压力范围内(≤4.0 GPa),随压力升高,纯橄岩的纵波速度逐渐增大:从7.6 km/s(0.4 GPa)逐渐增大至8.5 km/s(4.0 GPa),升高了11.8%,低压时的增大幅度大于高压时的增大幅度.纯橄岩的品质因子值呈两段式线性变化:从低压区间到高压区间品质因子值的增大幅度明显变小(0.4～2.4 GPa压力范围内QP增大了358.5%,2.4～4.0 GPa压力范围内QP仅升高了7.6%).纯橄岩的品质因子从54(0.4 GPa)升高至266.4(4.0 GPa),增大幅度达393.3%.在相对低压(0.4～2.4 GPa)条件下,纵波通过纯橄岩的速度增大、衰减降低主要是由于样品内的孔隙和微裂纹大量闭合,岩石密度增大,纵波在通过样品内孔隙和裂缝时损失的机械能降低,因此纵波通过纯橄岩的能量增大(即衰减降低),波速升高;当围压较高(2.4～4.0 GPa)时,纯橄岩内大部分裂纹已经闭合,而且矿物颗粒边界接触紧密.岩石内部的裂纹和颗粒之间由于摩擦滑动而损失的能量也变少,所以在高压时纯橄岩的波速和衰减的变化幅度变缓,但波速仍呈线性增大,而品质因子值(衰减)随压力升高几乎趋于不变.

不同围压下孔隙度不同的干燥及水饱和岩样中的纵横波速度及衰减

选择具有不同孔隙度的三种岩石样品,在最高达600MPa (干燥样品)或300MPa (水饱和样品)的不同围压条件下,同时测量了在其中传播的纵、横波的速度及衰减。对于低孔隙度的花岗岩,干燥和水饱和样品的 Q 值几乎没有差别,但与干燥样品相比,水饱和样品中的纵波速度较高而横波速度稍低。对于中等孔隙度的杂砂岩,干燥样品和水饱和样品的波速和 Q 值及其随围压的变化有明显的不同。在高孔隙度的砂岩中这种不同更加显著。综合分析同时测得的纵、横波速度和 Q 值可以发现,当围压增加时,低孔隙度的花岗岩中同体应变相关的能量损失与同剪切应变相关的能量损失之比减小,但在中等孔隙度的杂砂岩和高孔隙度的砂岩中这一比值增大;同时,水饱和样品中的这一比值要比干燥样品中的大,而且它们之间的差别同样品的孔隙度正相关。

重玻璃高压声速精密测量与反向加载光分析技术研究

研究了重玻璃黑体窗光分析技术,提出采用无氧铜标准样品(Hugoniot参数和声速 压力曲线已知)进行反向加载,确定重玻璃窗中的波后卸载声速,分析了声速测量不确定度。获得了76～160GPa压力范围内重玻璃Hugoniot参数、冲击温度和卸载声速的实验数据,声速测量不确定度小于2%。分析比较了不同装配条件对波形质量和声速测量不确定度的影响,发展了反向加载光分析技术。

压力容器与管道高温超声检测中的衰减

随着温度的变化 ,超声波检测需要研究的衰减内容包括两个方面 :一是随着温度变化材质的衰减 ,二是探伤界面和耦合层造成的衰减。掌握高温状态下压力容器与管道用钢的衰减规律 ,对高温在线超声波检测具有重要意义。本文主要讨论在 5 0～ 4 5 0℃温度下 ,超声横波衰减随温度变化的情况。

高温环境下超声波横波检测技术

随着温度的变化 ,材料中超声波的声速、声压值会发生变化 ,掌握温度对超声波参数的影响 ,对高温状态下超声波检测具有重要意义。压力容器与管道焊缝的超声波探伤一般使用横波 ,本文主要讨论在 5 0～ 4 5 0℃温度下 ,超声横波速度、幅度随温度变化的规律 ,通过试验 ,给出了横波速度随温度变化的关系式 ,用以修正不同温度下缺陷的实际位置、大小 ,提出了高温状态下超声波横波检测应注意的问题和解决方法。本文认为 ,今后应加强高温状态下超声横波衰减特性的研究。

塔里木西南缘下地壳低速层的成因:斜长角闪岩的纵波速度和衰减的限制

在1 0GPa,室温～1200℃条件下,测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度(Vp)和品质因子(Q值),得出在1 0GPa恒压下,Vp和Q值随温度和深度的变化关系。结果显示,Vp和Q值随温度的升高而下降,观察实验样品并结合Vp和Q值与熔体含量的关系,发现部分熔融是影响Vp和Q值变化的主要因素。依据实验结果,并结合区域上压力梯度和温度梯度资料计算了Vp和Q值随深度的变化。结果表明Vp和Q值先随深度的增加而缓慢增大,在32km左右开始突然减小,表明开始出现低速层。结合温度和熔体含量的关系得出,低速层的出现可能是部分熔融的结果。塔里木及周边地区的地震测深以及地震反演的结果也显示,在相同的温度和压力条件下,地壳内部32～44km的范围内存在低速层,同时高温高压的实验结果与阿拉木图地区的Vp值相当一致,可以推测塔里木西南缘下地壳的岩石成分中含有斜长角闪岩。

石油醚在流体静高压下的超声声速、衰减、密度和绝热压缩系数

专门设计了用脉冲－回波－重合法在不同静水压下测量液体声速的装置，并对石油醚在０．１～６５０ＭＰａ流体静压力范围内测量了其超声声速和衰减系数。还通过测量体积压缩量和质量得到石油醚密度ρ随流体静压力的变化。最后，给出了石油醚的绝热压缩系数β与流体静压力的关系。

有磁和无磁状态下YIG和YAG晶体高压下的声速和衰减

YAG晶体是一种无磁石榴石,YIO晶体是铁磁石榴石。通过对YAG和YIG晶体在高压加磁场和不加磁场条件下,研究铁磁石榴石和无磁石榴石晶体的超声行为。采用“回波重合法”测量声速,通过比较回波的幅度进行衰减的测量。 我们发现,不存在磁场时,有磁石榴石和无磁石榴石在高压条件下声速和声衰减有类似的变化行为。我们也发现,无论有无高压,在YAG晶体中不存在磁声相互作用,而在YIG晶体中,则存在磁声相互作用。

高压下Zr_(60)Ni_(20)Al_(20)金属玻璃形成过程的研究

本文报道用高压淬火的方法制备出了Zr_(60)Ni_(20)Al_(20)大块金属玻璃。以经典成按理论为依据,估计了压力对晶核生长速度的影响,在高压下过冷熔体的晶体生长速度比常压下的晶体生长速度低几个数量级,这说明高压淬火之所以有利于金属玻璃的形成,主要是因为压力抑制了过冷熔体内的晶体生长过程。

高温管道在线不停输检验技术研究

在压力管道在役检验领域,超声检测技术作为重要的检测手段已得到广泛应用.随着温度的变化,材料中超声波的声速、声压也会发生变化,掌握温度对超声波参数的影响规律,对高温状态下超声检测具有重要意义.讨论了在50～250 ℃温度之间,超声横波速度随温度变化的规律.研制了专门用于高温检测的超声横波斜探头.通过试验,给出了横波速度随温度变化的关系,用以修正不同温度下缺陷的实际位置和缺陷的尺寸大小.

汽轮机湿蒸汽特性的超声衰减测量技术

针对核电站二回路汽轮机末级中,湿蒸汽工质夹带的液滴会威胁核电厂的经济性与安全性的问题,本文基于长波区简化模型对超声波在气液两相流中超声衰减系数、声速与体积浓度、液滴粒径关系进行数值模拟。利用超声衰减法,对气液两相流中100 kHz、160 kHz、200 kHz超声衰减系数进行测量,结合长波区简化模型对两相流液滴体积浓度进行反演计算。使用称重法对两相流中液滴体积浓度进行标定,将计算结果与标定的体积浓度进行对比分析。结果表明:超声衰减法可以对气液两相流液滴体积浓度进行在线测量,并且蒸汽液滴体积浓度变化0.01%超声幅值衰减可以达到25%而声速变化量为0.5%,超声衰减法更适合用于核电厂二回路蒸汽浓度测量。

利用激光皮秒超声技术测量高压下钨的弹性性质

金属钨以高熔点和高硬度而闻名,但关于其在超高压加载下的弹性性质研究却十分有限。结合激光皮秒超声技术和金刚石压砧技术,测量了钨从常压至46GPa压强范围内的纵波声速(V_(L))。在实验压强范围内,V_(L)随压强的升高而稳定增加,其压强依赖性满足斜率为∂V_(L)/∂P≈(0.020±0.001)km/(s·GPa)的线性关系,当压强为46GPa时,VL=(6.21±0.08)km/s。利用已知的状态方程ρ(P),还获得了钨的剪切模量(G)和横波声速(V_(T))随压强的关系。结果表明,G(P)和V_(T)(P)均随着压强的升高而持续增加,当压强为46GPa时,G=(268±10)GPa,V_(T)=(3.51±0.07)km/s。

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.

高温高压下几种岩石熔融玻璃的弹性波速(英文)

利用超声波脉冲反射法和透射-反射联合法，测量了压力在0．4～2．0GPa条件下7种岩石熔融玻璃的纵波波速（us）和横波波速（us），并在恒压2．0GPa下，在0～1000℃和0～730℃温度范围内，分别测量了纵波波速和横波波速随温度的变化。结果显示，室温下随着压力的升高，大多数玻璃的V。和全部玻璃的us异常地降低。异常的波速-压力关系与玻璃中SiO2的含量密切相关，随着SiOz的质量分数从87％降低到52％，玻璃的纵波波速和横波波速对于压力的导数（δvp／δp和δvs／δP）分别从-0．159和-0．114扯m／（S·Pa）升高到0．050和-0．001弘m／（s·Pa）。分析认为，玻璃的波速随压力升高而降低的原因主要与玻璃中SiO2所具有的敞型结构有关。在2．0GPa压力下，玻璃的波速首先随温度升高而缓慢降低，当达到600～700℃后，开始快速下降，设此温度为玻璃的转变温度Tg。根据实验测得的玄武岩玻璃波速，结合上地幔二辉橄榄岩的弹性性质，推测若在上地幔岩石中存在体积分数大于20％的玄武岩质非晶质体，上地幔便可能形成地震波低速层。

钠玻璃与钛玻璃在静水压下的弹性性能

用超声脉冲重叠法测量了钠玻璃 (floatglass)和钛玻璃 (SiO2 +8.4wt %TiO2 )从大气压到 2GPa静水压条件下的纵波声速和横波声速 .发现两种玻璃有不同的变化规律 .钛玻璃的纵波声速和横波声速 ,与钠玻璃的横波声速都随压力的增加而减小 ;而钠玻璃的纵波声速随压力的增加先增大 ,后减小 .这一现象不同于别的氧化硅玻璃 .对实验结果进行了讨论 ,并计算了弹性模量在压力下的变化和Murnaghan状态方程参数 .

DAC加载下材料高压声速的激光超声测量技术

设计并建立了可测量金刚石压砧(DAC)加载下材料高压声速的激光超声系统。该系统采用脉宽为6.3ns的调Q激光器作为超声波激发光源,使用光纤位移干涉仪和速度干涉仪混合系统进行超声位移探测,不需要借助其它任何参数即可直接测量样品的高压声速和原位厚度。利用该系统,测量了2.6GPa压力下铜样品的高压纵波声速和原位厚度,并给出了测量结果。