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1.
《中国科学:地球科学》2016,(3)
含水矿物是地壳、地幔,尤其是俯冲带内的重要矿物.高温高压下壳幔含水矿物电导率实验研究是一个相对较新的研究方向.随着实验技术的不断进步,很多高压相含水硅酸岩矿物的电导率测定工作得以开展,在有效控制温度、压强和氧逸度等条件下,含水矿物的电导率实验数据可以对地球内部水的分布提供制约.本文介绍了已有的蛇纹石、滑石、水镁石、phase A、super hydrous phase B、phase D含水矿物在高温高压下的电导率实验研究,对各含水矿物电导率数据的有效性进行了分析,并重点介绍了电导率测试含水矿物脱水对全岩电导率的影响以及压强对含水矿物电导率的影响.在已有数据的基础上,对含水矿物的导电机制以及俯冲带的电结构进行了探讨.最后对今后的研究前景及潜在的研究领域进行了展望. 相似文献
2.
《地球物理学报》2020,(9)
为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0～14.0 GPa、873～1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法(频率范围10~(-1)～10~6Hz)测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV(±0.13)eV,激活体积为0.11(±0.92)cm~3·mol~(-1),高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6～3.17 eV,激活体积为6.75(±7.43)cm~3·mol~(-1);本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性. 相似文献
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为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0~14.0 GPa、873~1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法（频率范围10-1~106Hz）测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV （±0.13） eV,激活体积为0.11（±0.92） cm3·mol-1,高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6~3.17 eV,激活体积为6.75（±7.43） cm3·mol-1;本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性. 相似文献
4.
在温度750～1600 K和压力10～20 GPa条件下,借助于Kawai-5000多面顶砧高温高压设备,就位测量了(Mg0.9Fe0.1) SiO3 顽火辉石的电导率.实验结果显示,顽火辉石的电导率在高温区以小极化子机制为主,在低温区以质子导电为主,因为实验后的样品中有一定的水含量.另外,X射线衍射实验表明压力（20 GPa）诱发了顽火辉石向林伍德石的相变,这是我们首次在顽火辉石的电导率实验中观测到林伍德石含水相变,而且含水林伍德石的电导率与已有的实验结果相当一致. 相似文献
5.
大地电磁(MT)资料显示,青藏高原地壳及地幔中普遍存在着高导层.作为大陆造山带中古洋盆岩石圈残片,蛇绿岩套的电导率测量可为了解古洋盆地区地壳及地幔的电性结构提供极其有用的信息.本研究中,我们在压力为1 GPa或3 GPa下,用交流阻抗谱法测量了采自西藏南部地区的蚀变辉长岩、玄武岩、角闪橄榄岩及方辉橄榄岩四个样品的阻抗谱,并进一步得出样品的电导率,不同样品电导率与温度之间的关系满足Arrhenius关系式.在实验温度范围内,蛇绿岩套电导率的对数logσ位于-6.0~-0.5 S/m之间,且随着温度的增高,不同样品电导率增大约4~5.5个量级.样品在未脱水的情况下,低温段的活化焓变化范围在0.4~0.6 eV之间,高温段的活化焓变化范围为1.7~2.6 eV之间.同时,我们研究了样品中结构水含量及铁含量对实验电导率的影响,验证了样品电导率与铁含量之间呈正比关系.当对样品结构水含量进行归一化后,相同温度下各样品的电导率随铁含量的增加而增大,而对样品铁含量归一化后,相同温度下各样品的电导率随样品中水含量的增加而增大.将实验电导率与藏南地区大地电磁结果进行了对比,发现本研究中各样品高温段实验电导率结果均落在大地电磁结果范围内. 相似文献
6.
高温高压下蛇纹石电学性质的阻抗谱分析 总被引：6，自引：0，他引：6
在2.5～4.0 GPa, 220～780℃下测定了蛇纹石的电导率, 并用阻抗谱分析了其微观电传导机制. 结果表明, 脱水前, 在阻抗谱上只出现代表颗粒内部传导机制的弧 Ⅰ, 且在高压下这种机制起主导作用. 脱水初期, 阻抗谱上开始出现代表颗粒边缘传导机制的弧Ⅱ. 脱水后, 因自由水形成了高导性网络, 电导率不再依赖于频率, 总电导率以自由水形成的网络的离子传导为主. 蛇纹石的脱水作用可使电导率增大, 通过这一机制可形成地球内部的高导层. 相似文献
7.
以岩石实验中矿物的几何形态及空间分布为建模依据,以实验条件及单矿物电导率的测量结果为约束条件,用有限元数值方法模拟了不同微观结构的斜长石、辉石混合物在施加电压后电势及电流的分布情况,并计算了混合模型在不同温度条件下的电导率.研究结果显示,数值模型网格数及矿物颗粒数的选取对电导率计算结果的精度有较大影响,在体导电情况下,模型电导率因矿物比例含量和排列结构而异.当斜长石及辉石随机分布时,随着辉石含量的增加,混合模型电导率在不同温度下均有所增加,且温度越高,增加幅度越大,电导率的有限元模拟计算结果接近于有效介质渗透理论模型,且位于并、串联模型之间以及HS模型的上、下边界范围内;在斜长石及辉石含量一定的情况下,各矿物的排列分布对电导率计算结果也有一定的影响,当矿物颗粒大小接近且分布均匀时,模型中电势沿电流传导方向变化较为均匀,模拟计算得出的电导率相对较高,当矿物颗粒大小差别较大及分布不均匀时,电势分布受到一定的扰动,电导率计算结果也较低.将混合模型电导率有限元计算结果与辉长岩、辉绿岩及玄武岩实验测量结果进行比较,显示这3种岩石样品电导率与温度变化关系的斜率均与混合模型计算结果的斜率相接近,表明这些岩石在所选温度段导电机制与斜长石、辉石混合模型相似,用斜长石、辉石混合模型的电导率研究玄武岩、辉长岩及辉绿岩的导电性具有适用性.将混合模型有限元计算结果与玄武岩、辉长岩、辉绿岩覆盖区地壳大地电磁实测结果对比,发现大地电磁电导率结果位于混合模型计算结果范围内,用斜长石、辉石混合模型模拟玄武岩、辉长岩等岩石地壳具有一定的可行性. 相似文献
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0.4～5.0GPa和室温～500℃下NaCl溶液的电导率 总被引：2，自引：0，他引：2
NaCl-H_2O体系是地质上最基本的二元系.对高压(>0.5 GPa)下NaCl溶液电导率测量很少.测量了0.4～5.0 GPa和室温～500℃时 0.01 mol/L NaCl溶液的电导率.结果表明,在 0.4 GPa下,0.01 mol/L NaCl溶液的电导率为 Quist和Marshall(1968)的结果吻合的较好.NaCl溶液的电导率随温度升高而增大,当压力≤1.5 GPa时,随压力升高变化很小.当压力在 1.5 GPa以上时,NaCl溶液的电导率随压力升高迅速增大.高压下电导率随压力的迅速增大可能在许多地质过程(如热液条件下的矿床形成)以及其他领域上都具有重要意义. 相似文献
9.
10.
高温高压下辉长岩纵波速度和电导率实验研究 总被引：6，自引：0，他引：6
分别采用超声波透射-反射法和阻抗谱法在1～2 GPa, 室温到1100℃条件下测量了辉长岩的纵波速度(Vp)和电导率, 分析了影响辉长岩纵波速度的因素及其微观导电机制. 结果表明, 在800～850℃, 辉长岩的纵波速度开始大幅度下降, 波速下降受颗粒边界相、脱水熔融等因素的制约, 但在800～850℃, 辉长岩的电传导机制和电导率值却不会发生突变. 在680℃以下, 12～105 Hz的频率范围内, 辉长岩阻抗谱上只出现代表颗粒内部传导机制的阻抗弧Ⅰ; 在680℃以上, 代表颗粒边缘传导机制的阻抗弧Ⅱ开始出现, 但岩石的总电导率由颗粒内部传导控制, 颗粒边缘传导对其影响很小. 实验测得的纵波速度与下地壳-上地幔平均Vp观测值一致, 电导率值与下地壳-上地幔辉长质岩石的组成相对应, 但与含有高导层的下地壳的大地电磁测量结果相差1～2个量级. 实验证实, 含水矿物脱水可诱发部分熔融, 通过这一机制可使地球内部的低速层和高导层具有一致性. 相似文献
11.
在1.0 Pa、室温到880℃分别采用超声波透射法和阻抗谱法测量了斜长岩的纵波速度和电导率，并对实验产物进行了鉴定分析．结果表明，在680℃，由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石发生脱水反应，岩石的纵波速度开始大幅度下降．在410℃～750℃、12～105 Hz的频率范围内，斜长岩只出现颗粒内部传导．由于脱水产生的自由水主要分布于矿物的三联点或颗粒拐角处，没有形成连通的高导性网络，因此，脱水作用不会导致斜长岩电导率显著增加，也不会改变其电传导机制．地球内部低速层和高导层的形成与演化可能具有非同步性，通过含水矿物脱水可以形成地球内部的低速层，但不一定同时形成高导层． 相似文献
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The experimental studies on electrical con-ductivities and P-wave velocities of anortho-site at high pressure and high temperature 总被引：1，自引：0，他引：1
Introduction The measurements of the compressional wave velocity and electrical conductivity of minerals and rocks are of fundamental importance to look into the earths interior, including composition, geotherm, generation and distribution of fluids and melts. Hydrous minerals formed by metamatu-siom are abundant within the earth. Previous studies have been carried out on the dehydration effect on the electrical conductivity and wave velocity of rocks such as serpentine, amphibole, most of whi… 相似文献
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XinZhuan Guo 《中国科学:地球科学(英文版)》2016,59(4):696-706
Hydrous minerals are important water carriers in the crust and the mantle, especially in the subduction zone. With the recent development of the experimental technique, studies of the electrical conductivity of hydrous silicate minerals under controlled temperature, pressure and oxygen fugacity, have helped to constrain the water distribution in the Earth’s interior. This paper introduces high pressure and temperature experimental study of electrical conductivity measurement of hydrous minerals such as serpentine, talc, brucite, phase A, super hydrous phase B and phase D, and assesses the data quality of the above minerals. The dehydration effect and the pressure effect on the bulk conductivity of the hydrous minerals are specifically emphasized. The conduction mechanism of hydrous minerals and the electrical structure of the subduction zone are discussed based on the available conductivity data. Finally, the potential research fields of the electrical conductivity of hydrous minerals is presented. 相似文献
14.
Impedance spectroscopy analysis on electrical properties of serpentine at high pressure and high temperature 总被引：1，自引：0，他引：1
The electrical conductivity of serpentine is measured and the microscopic conductance mechanisms are investigated with impedance
spectroscopy at 2.5–4.0 GPa and 220–780°C. The results show that the electrical conductivity is strongly dependent on the
frequencies used, and that only arc I, which reflects grain interior conductance, occurs and dominates the whole conductance
processes over 12-105Hz at high pressure before dehydration. The arc II, which indicates the grain boundary process, begins to occur at the initial
stage of dehydration. After dehydration, due to the presence of highly conductive networks of free water, the electrical conductivity
is not dependent on frequencies any longer and the total electrical conductivity is dominated by process of ionic conductance
of free water in interconnected networks. Dehydration of serpentine enhances pronouncedly the total electrical conductivity,
through which highly conductive layers (HCL) may be formed in the earth’s interior. 相似文献
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Effect of high-pressures on the electrical resistivity of natural zeolites from Deccan Trap, Maharashtra, India 总被引：1，自引：0，他引：1
G. Parthasarathy 《Journal of Applied Geophysics》2006,58(4):321
We report here the electrical resistivity measurements on two natural zeolites–natrolite and scolecite (from the Killari borehole, Maharashtra, India) as a function of pressure up to 8 GPa at room temperature. High-pressure electrical resistivity studies on hydrous alumino-silicate minerals are very helpful in understanding the role of water in deep crustal conductivities obtained from geophysical models. The results obtained by magneto-telluric (MT) soundings and direct current resistivity surveys, along with the laboratory data on the electrical resistivity of minerals and rocks at high-pressure–temperature are used to determine the electrical conductivity distribution in continental lithosphere. The electrical resistivity of natural natrolite decreases continuously from 2.9 × 109 Ω cm at ambient condition to 7.64 × 102 Ω cm at 8 GPa, at room temperature. There is no pressure-induced first order structural phase transitions in natrolite, when it is compressed in non-penetrating pressure transmitting medium up to 8 GPa. On the other hand scolecite exhibits a pressure-induced transition, with a discontinuous decrease of the electrical resistivity from 2.6 × 106 to 4.79 × 105 Ω cm at 4.2 to 4.3 GPa. The observed phase transition in scolecite is found to be irreversible. Vibrational spectroscopic and X-ray diffraction studies confirm the amorphous nature of the high-pressure phase. The results of the present high-pressure studies on scolecite are in good agreement with the high-pressure Raman spectroscopic data on scolecite. The thermo gravimetric studies on the pressure-quenched samples show that the samples underwent a pressure-induced partial dehydration. Such a pressure-induced partial dehydration, which has been observed in natural scolecite could explain the presence of high conductive layers in the earth's deep-crust. 相似文献