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高温高压实验研究是国际地球科学研究的前沿领域和重要方向之一,模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球内部物质的物理和化学性质,是解释地震波数据、了解地球内部结构和动力学过程的重要途径.硬柱石是大洋冷俯冲带中的一种重要变质矿物,国内外学者开展了大量的硬柱石高温高压物理化学性质的实验研究,并取得一系列重要成果.本文对硬柱石的高温高压实验研究成果进行了梳理和总结,包括硬柱石的热稳定性、压缩性、振动光谱性质以及物性参数等,指出前人研究中存在的不足,提出未来研究中需要加强的方向.本文旨在让更多的学者对硬柱石的高温高压物理化学性质具有更加全面的认识. 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2021,(3)
高温高压实验研究是国际地球科学研究的前沿领域和重要方向之一,模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球内部物质的物理和化学性质,是解释地震波数据、了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。硬柱石是大洋冷俯冲带中的一种重要变质矿物,国内外学者开展了大量的硬柱石高温高压物理化学性质的实验研究,并取得一系列重要成果。本文对硬柱石的高温高压实验研究成果进行了梳理和总结,包括硬柱石的热稳定性、压缩性、振动光谱性质以及物性参数等,指出前人研究中存在的不足,提出未来研究中需要加强的方向。本文旨在让更多的学者对硬柱石的高温高压物理化学性质具有更加全面的认识。 相似文献
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绿帘石记录俯冲带变质流体活动 总被引：1，自引：0，他引：1
俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带,深刻影响着地球内部的运行方式和人类宜居环境。俯冲板片脱水释放的高压-超高压变质流体控制着俯冲带诸多重要地质过程,如地幔楔交代和部分熔融、岛弧岩浆活动、中/深源地震以及地球内部的元素迁移和分异等等。深入了解这些流体的源区、运移、成分和物理化学条件是理解这些流体性质和行为的前提和关键。绿帘石是俯冲带变质岩中一个常见的含水造岩矿物,具有较宽广的稳定温压范围(绿片岩相-榴辉岩相)、较高的微量元素含量和缓慢的体扩散行为(如Sr、Pb、Th、U、Cr、V和LREE),能够指示俯冲带(多期)变质流体活动和地球化学效应。本文总结了近年来俯冲带变质绿帘石研究的主要进展及其在揭示俯冲带流体活动方面的重要应用,包括探究俯冲带流体的起源、成分特征、运移方式、氧逸度条件、交代效应和多期次结晶行为。这些研究表明绿帘石是一个极好的变质流体活动记录器,能够为理解俯冲带流体活动和深部元素迁移提供关键信息。 相似文献
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郭顺 《矿物岩石地球化学通报》2021,40(5):1049-1060
俯冲带控制着地球内部和表层的物质与能量交换.硼(B)是一个质量轻的流体活动性元素.B及其同位素体系是理解俯冲-碰撞带流/熔体活动和物质循环的重要工具.本文综述了俯冲板块中各储库的硼含量和同位素组成以及主导硼分配的关键矿物.介绍了目前对大洋俯冲带弧前、弧下和弧后深度下硼循环的主要认识;简要介绍了刚起步的大陆俯冲-碰撞带硼循环研究.阐述了含电气石(超)高压变质岩在俯冲带硼迁移研究中的重要性.指出今后需深化含水矿物在不同地温梯度下脱水/熔融过程中硼同位素分馏研究,加强流/熔体包裹体硼同位素分析技术及应用研究.由于B及同位素可有效区分大洋地壳和大陆地壳物质,未来将在造山带演化和地球深部物质循环研究中扮演更重要的角色. 相似文献
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地球深部物质的某些物性测量方法研究 总被引：8，自引：1，他引：8
文中介绍了地球深部物质实验室近 2 0年来开展高温高压下地球深部物质物性实验研究过程中 ,在测量方法方面的进步和应用情况。这些测量方法包括了高温、高压下弹性的超声测量方法、高温高压下电性的测量方法、高压差热分析法和高压下热学Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ参数的测量方法诟呶赂哐瓜卵沂涂笪锏牡猿饬恐?,我们由超声脉冲透射方法改进为超声脉冲透射反射法 ,克服了样品室中压力和温度梯度对样品的影响。在高温高压下岩石和矿物的电学性质测量中 ,我们由直流法发展为阻抗谱法 ,不仅克服了样品极化对测量结果的影响 ,还可以获得离子在溶液中的多种物理化学参数 ,以及监测含水矿物在高温高压下的脱水动力学特征。在固体传压介质中建立的高压热学Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ参数的测量方法 ,由于升压速率比较小且叶蜡石在高压下的热导系数增大 ,其测量结果需要进行校正 ,其测量方法有待进一步改进。 相似文献
6.
研究表明,大洋沉积物或陆壳岩石可以发生俯冲作用进入俯冲带深部[1-3].该过程中岩石的含水矿物发生了变质脱水作用和相转变,所产生的流体是俯冲带流体的重要来源[4]并对俯冲带岩浆产物的地球化学特征有标志性的影响.为了深入揭示陆壳物质在俯冲带温度-压力条件下的变质脱水作用和该过程中发生的微量元素变化,我们开展了泥质岩变质脱水作用的高温高压实验研究. 相似文献
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长石在高温高压条件下的物理化学行为 总被引：2，自引：0，他引：2
长石是地学上非常重要的矿物之一。它有可能随着板块俯冲而进入地球深部,因此它在高温高压条件下的相行为以及物理化学性质对地球深部地球动力学研究非常有意义。本文总结了长石端员组份(钾、钠、钙长石)以及其固溶体系列已知的高温、高压实验数据,并绘制成相图。已有的研究成果显示:这三种端员组份在高压下的相行为有较大差异,并产生了许多只在高温高压条件下稳定的相如K-Holl-I、K-Holl-II、CF、CAS及CaPv等。由这些高压相构成的具有长石成分的不同相组合的密度在约5~23GPa的压力范围内超过地幔岩的密度,因此这些相组合可以主动俯冲到上地幔的深处。另一方面,已有研究表明,这些高压相对碱金属及碱土金属在地幔中的赋存状态有着非常重要的影响。 相似文献
8.
地幔转换带是联系上下地幔的纽带,对于认识整个地幔的组成和演化、地幔对流、岩石圈深俯冲及深源地震等地球深部动力学问题具有重要意义。一般认为,转换带地震不连续面主要与橄榄石的高压相变密切相关。最新的高温高压实验研究表明,地幔中非橄榄石组分的相变,如辉石和石榴子石的相变,对不连续面的深度和宽度以及转换带内的波速和密度梯度也起到很大的影响。另外地幔全岩成分、端员组分、温度和水也对相变和不连续面具有重要影响,这些精细的实验研究成果更好地解释了转换带地震不连续面一些相对局部的性质和变化,促进了我们对地球深部性质和动力学过程的了解。因为缺少直接来自地球深部的样品,而地球物理和地球化学研究也有它们的相对局限性,所以高温高压实验仍然是我们了解地球深部成分和性质的重要手段之一。 相似文献
9.
在俯冲带中,菱镁矿相比于其他碳酸盐矿物会在更高的温度压力环境下稳定存在,常被认为是地球深部碳循环的主要载体,其电学性质的研究对俯冲带及地球深部的电性结构具有重要的意义。本文在YJ-3000t高温高压设备上利用Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1～3 GPa和773～1173 K条件下,对天然菱镁矿的电导率进行了原位测量。实验结果表明,在实验条件下,天然菱镁矿的电导率在10-2～10-7 S/m范围内,菱镁矿的电导率对温度有很强的依赖性,随着温度的升高,电导率增大,电导率与压力的关系呈正相关,随着压力的升高而增强。结合前人的研究成果及样品电导率随温度、压力的效应和活化能,可推断天然菱镁矿导电机制为大极化子导电。 相似文献
10.
由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制. 相似文献
11.
俯冲带流体作用的地球化学示踪 总被引：4，自引：1，他引：4
俯冲带流体包括俯冲带岩石脱水形成的水流体和熔融作用产生的熔体。俯冲带流体循环及伴随的化学作用是壳幔演化和物质交换的重要机制。岛弧火山岩地球化学研究可以示踪流体的性质、成分。造山带变质岩内高压脉是俯冲带流体活动的直接记录。通过高压脉及其主岩地球化学研究 ,可以示踪流体成分和来源。俯冲带水流体成分与流体释放深度有关 ,俯冲带深处 ( >5 0km)形成的水流体内溶质相当可观。水流体流动方式有大规模沟道式和小规模弥散式 ,与其相应的流体来源分别为外来的和内部的。俯冲带流体组分、流动方式、物质交换机制与俯冲带深度、热状态、物质结构的定量关系 ,以及矿物 /水流体间元素分配系数的高压实验可能将是俯冲带流体今后研究的重要课题。中国西天山高压变质带榴辉岩及蓝片岩中广泛发育高压脉 ,根据脉的矿物组合 ,高压脉可分成 4种类型。高压脉氧同位素研究表明 ,脉体与流体间氧同位素交换宏观与局部平衡 ,流体活动为大规模的 ;流体活动方式既有沟道式 ,又有渗透式 ;流体的δ18O值为 + 10 .8‰左右 ,流体来源于主岩经过海水低温蚀变的大洋玄武岩。西天山广泛发育的高压脉 (尤其是蓝片岩中的高压脉的发现目前在世界范围尚属首例 ) ,是研究古俯冲带流体作用良好的野外天然实验室。 相似文献
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实验矿物物理是高温高压实验地球科学的重要分支学科之一,它主要是通过高温高压实验模拟地球内部的物理化学环境,并原位测定地球深部物质（矿物、岩石和熔/流体等）的相变和状态方程、电导率、热导率等物理参数,探讨地球内部的圈层结构、物质组成、地球动力学过程等地球物理性质相关的一系列重要科学问题. 综述了实验矿物物理的发展历史、近二十年的研究现状与趋势,并展望了该学科未来发展的方向、关键科学问题与面临的主要挑战. 相似文献
13.
In situ impedance spectroscopy in laboratory experiments at high pressure and temperature can provide crucial quantitative
information on properties of rock materials at depth as well as on physical and chemical processes occurring in the deep Earth.
We developed an experimental setup for in situ electrical impedance measurements in a piston-cylinder apparatus and applied
it to study the kinetics of charge carriers and phase transformations in pyrophyllite and CaCO3 aggregates. From comparison with previous studies, we found that absolute values of electrical conductivity and pressure–temperature
conditions for dehydration reactions in pyrophyllite and phase transformations in CaCO3 can be accurately determined using our setup. Dehydration of pyrophyllite significantly enhances the transport kinetics and
the effect is more pronounced under undrained conditions than under drained conditions. When dehydroxylation and decomposition
temperatures for pyrophyllite under undrained and drained conditions are combined, they appear independent of pressure rather
than increasing with pressure as previously suggested. Electrical conductivity of CaCO3 varies with impurity content and grain size, and is most likely controlled by diffusion of oxygen along wet grain boundaries.
When applied to the Earth, the results on pyrophyllite suggest that the increase in electrical conductivity in rocks that
undergo dehydration should be taken into account in interpreting magnetotelluric surveys of regions with anomalously high
conductivity found above subducting plates. The results on CaCO3 indicate that grain boundary transport controls the electrical conductivity in fine-grained calcite rocks; hence calcite
mylonites may be detected using magnetotelluric methods. Order–disorder transformations, such as occurring in calcite, possibly
affect the physical properties of rocks (e.g., rheology) by changing the kinetics of atomistic transport processes. 相似文献
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俯冲带部分熔融 总被引：3，自引：3，他引：0
俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。 相似文献
15.
徐有生 《矿物岩石地球化学通报》1997,(4)
高温高压下水和氯化钠溶液的物理化学性质研究徐有生（中国科学院地球化学研究所，贵阳５５０００２）关键词高温高压水和ＮａＣｌ溶液物理化学性质水和ＮａＣｌ溶液是地质上最常见的溶液，了解其物理化学性质有助于研究水溶液在地球内部各种地质作用和地质过程中所起的作... 相似文献
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俯冲带变质过程中的含碳流体 总被引：1，自引：1，他引：0
俯冲带含碳岩石通过俯冲过程的变质反应生成了含碳水流体、富硅酸盐的超临界流体和含碳熔体。不同类型流体的形成与岩石成分和岩石经历的温压条件相关。岩石中碳酸盐矿物脱碳反应的温压条件取决于岩石起初的流体成分:有水存在时,反应发生在低温条件下。在高压条件下,碳酸盐矿物在水或含盐水流体的溶解是生成含碳流体重要的机制,其导致的碳迁移作用可能超过脱碳变质反应的作用。高温条件下,含碳岩石的部分熔融可以生成含碳的熔体,这在热俯冲环境和俯冲带岩石底辟到上覆地幔的情况下是碳迁移重要载体。富硅酸盐的超临界流体可能是在第二临界端点上形成的超临界流体,目前在超高压岩石中观察到的非花岗质成分的多相固体包裹体被认为是这种流体结晶的产物,然而对其理解尚存在很多问题,需要进一步的实验研究。地表含碳岩石在俯冲带被带到深部,俯冲带地温特征的不同导致了不同类型含碳流体的形成,这些流体运移至上覆地幔引起岩石部分熔融产生含碳的岛弧岩浆,岩浆喷出到地表释放了其中的碳,这构成了俯冲带-岛弧系统的碳循环。 相似文献
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Zheng Haifei Xie Hongsen Xu Yousheng Song Maoshuang Zhang Yueming Wang Mingzai Xu Huigang Department of Geology Peking University Beijing Institute of Geochemistry Chinese Academy of Sciences Guiyang Guizhou 《《地质学报》英文版》1996,70(2):157-167
The experimental study on the melting of potassic basalt and eclogite with about 2% waterat 800-1300℃ and 1.0-3.5 GPa shows that the solidi of both rocks are significantly lower thanthose obtained from the previous experiments of the same type of rocks under dry conditions,and the former which is enriched in potassium has a lower melting point than the latter. It is con-sistent with the previous study. The melting temperature of eclogite increases with pressure,whereas potassic basalt has similar properties only at 1.5—2.5 GPa and>3.0 GPa, and at 2.5—3.0 GPa the melting temperature decreases with pressure. This can be explained as follows: (1)eclogite only has one hydrous mineral amphibole and the dehydous temperature is lower than thewet solidus of the rock. (2) Amphibole exists in potassic basalt at the pressures lower than 2.5GPa and phlogopite exists at pressures higher than 2.5 GPa, and the special compositions of bothminerals determine that amphibole has a dehydration temperature higher than or close to that ofthe wet solidus of the rocks, while phlogopite has a dehydration temperature lower than that ofthe wet solidus. On the other hand the features of the continuous solidus in the experiment ofhydrous eclogite were produced by the fact that the dehydration temperature of its amphibolelower than or close to the melting temperature of the hydrous conditions. So the melting tempera-ture lowers at higher pressures. Therefore, the composition of the rocks in the lithosphere and thetypes of hydrous minerals and their stable P-T conditions are the important factors controllingthe solidi of rocks. It can quite well explain the partial melting of rocks and the origin of the lowvelocity zone in the deep lithosphere. 相似文献
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《Chemie der Erde / Geochemistry》2023,83(1):125942
Anomalous high-conductivity layers are typical of subduction zones, the largest recycling systems of the Earth. Understanding the mineral physics underlying the high conductivity of rocks has paramount implications for several planetary-scale processes, including global water cycling, earthquake activity, and arc magmatism.Here, by using in situ polarized Raman spectroscopy, we provide a direct proof for the development of anisotropic electron-phonon excitations (polarons) and delocalized H+ in riebeckite, a Fe-bearing sodic amphibole typical of blue-schist metamorphic facies. The activation of polarons starts at 500 K (227 °C) and is complete at 650 K (377 °C) under both reducing and oxidizing conditions. At higher temperatures external oxygen triggers the expulsion of H+ and e− from the crystal bulk. The temperature range observed for the development of charge carriers is in excellent agreement with the conductivity trends measured for riebeckite in previous studies, and nicely fits the temperatures for the development of high-conductivity layers in warm and cold subduction zones.The study directly demonstrates the activation of polarons at temperatures characteristic of convergent plate margins provides the atomic-scale picture whose macroscopic-scale expression is the anomalous conductivity measured in subduction zones. 相似文献
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Dehydration temperatures of serpentine were measured in the pressure range between 1.0GPa and 5.0GPa by using the electrical conductivity metod simultaneously at high temperatures and high pressures.The results show that with increasing pressure th dehydration temperature of antigorite increases slightly below 2.0GPa ,but drops markedly above2.0GPa .This strongly suggests that high pressure would favor the dehydration of serpentine minerals and the water released thereby would be an important source of fluids involved in magmatism in a subduction zone and mantle metasomatism,Meanwhile,the greatly enhanced electric conductivity in the presence of water may be one of the reasons underlying the occurrence of a high-conductivity zone in the lower crust. 相似文献