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本文主要总结了近十多年来橄榄岩流变实验的研究成果,介绍了上地幔流变研究的进展和意义.经过多年的实验研究,橄榄岩流变性质在理论和应用方面都已取得重要突破.人们利用高温高压实验深入研究了熔/流体、铁含量、粒径尺度、温压条件等因素对橄榄石流变性质的影响,得到了表征橄榄石流变特性的幂率本构方程的各参数,并从理论方面探讨了橄榄石等矿物在不同深度处可能存在的变形机制.在应用方面,高温高压流变研究为许多地质现象(如软流圈的成因)的解释和地球动力学(如地幔对流)的模拟提供了实验依据和基础数据,如辉石的粒度效应可以解释上地幔板块边界变形及剪切局域化问题等.尽管对上地幔矿物的流变特性进行了深入地研究,但还有许多问题需要人们进一步厘定,如碳酸盐熔体对橄榄石流变性质的影响,橄榄石变形机制的转化等. 相似文献
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橄榄石矿物弹性研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
橄榄石是上地幔含量最丰富的矿物,对其弹性性质的研究对解释地球内部的物质组成和动力学过程至关重要.近年来,对橄榄石矿物弹性的研究,无论是实验测试还是模拟计算都取得了很大的进展.本文首先介绍了研究橄榄石弹性的主要方法,然后从铁、镁不同配分比例下橄榄石的弹性性质,水对橄榄石弹性的影响以及橄榄石各向异性等三个方面,对近年来橄榄石弹性研究所取得的主要进展做了介绍.实验方法方面主要介绍了1)超声共振谱法(Resonant Ultrasound Spectroscopy,RUS);2)X射线衍射法;3)X射线照相法;4)超声干涉法;5)布里渊散射法. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2016,(3)
地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一方面,俯冲板块向下运动,其中的蛇纹石在高温下分解,产生一系列的高含水硅酸盐矿物(如相A、粒硅镁石和斜硅镁石),这些矿物是潜在的"搬运工",将水进一步带入地幔深部,乃至转换带中;另一方面,橄榄石在转换带中的高压相(瓦兹利石和林伍德石)具有较高的储水能力,使得转换带成为了地球深部最重要的储水层,并且水也对地幔转换带的物理化学性质产生了显著影响.本文主要讨论以下两方面内容:(1)含水的硅酸盐矿物晶体结构,为微观上认识地球深部水的赋存机制和循环过程提供实验依据;(2)水对硅酸盐矿物热力学状态方程的影响,为约束地球动力学过程以及水的影响提供重要参数. 相似文献
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人们关注地球深部水对地球介质的力学和物理性质影响，以往实验研究大都用气体设备在几百ＭＰａ的低压力下进行的。为实现深部高压条件，本文用固体传压技术在１０００－１３００℃，１．０－２．０ＧＰａ温压条件进行橄榄石晶体内水溶解度实验研究。 相似文献
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橄榄石热液蚀变影响地球动力学和俯冲带挥发分(如水和碳)的再循环.二氧化硅是地质流体的重要成分之一.已有实验研究主要采用H2O或者盐溶液作为初始物与橄榄石反应,而对二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应和氢气形成的影响缺乏认识.本文在300～515℃和3.0kbar条件下开展水热实验(1bar=105Pa),考察均匀混合的橄榄石和二氧化硅粉末与盐溶液(0.5mol L-1的NaCl)反应产物和过程.使用傅里叶红外光谱分析建立标准曲线,测定了实验产物中蛇纹石和滑石的比例.结果显示,二氧化硅可以显著影响橄榄石的热液蚀变反应路径、反应速率和氢气的形成.在300℃、SiO2含量为10wt%时,7天后橄榄石热液蚀变形成蛇纹石(占6.5%)和滑石(占12%).延长反应时间,蛇纹石和滑石并没有明显增加.形成蛇纹石的反应方程式为:4.5橄榄石+5.5SiO2+4H2O=蛇纹石.当初始物中SiO2增加至20wt%以上时,橄榄石热液蚀变形成滑石.当SiO2... 相似文献
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构成地幔的大部分名义上无水矿物,包括橄榄石及其同质异象体、辉石以及石榴石等,均可以羟基形式赋存一定量的水.水在地幔不同深度的出现不仅对一系列物理性质(包括密度、波速、熔融温度、电导率和流变强度等)有重要影响,并且对地幔的动力学行为、横向结构和成分的不均一性以及地球深部的演化过程具有重要意义.近年来,地震学研究在地幔不同深度和不同区域均发现低速带的存在,而观测到的地幔速度异常很可能与地幔中的水密切相关.高温高压矿物学利用实验和理论计算,对水是如何影响地幔主要构成矿物的弹性模量和波速进行了深入研究,并取得了大量进展.这些研究对正确理解地幔速度异常的形成机制,查明地幔中水的分布,探寻水在地球内部的迁移形式至关重要.本文针对近年来高温高压矿物学在地幔含水矿物弹性模量的研究成果进行了综述,介绍了该研究方向的进展和不足,并对未来的研究方向进行了阐述. 相似文献
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玄武岩作为大洋地壳上的主要成分,研究其摩擦特性是更好地探究逆冲板块边界上大地震等力学行为机理的基础.为了研究少量橄榄石矿物是否会影响玄武岩的摩擦特性,本研究选用了国际大洋钻探计划(IODP)349航次获取的玄武岩样品,其中含有少量的橄榄石矿物.本次研究的实验温度范围为100～600℃,施加的有效正压力和孔隙水压分别为150 MPa和100 MPa.实验中玄武岩样品在300～400℃的温度条件下表现出不稳定的准静态震荡现象,并且在高温条件下(T>400℃)其剪切强度表现出显著的位移弱化现象,即摩擦系数随着剪切位移的进行而持续减小.在3 mm的剪切位移范围内,摩擦系数的变化范围为0.7～0.55.通过初步的微观剪切变形研究,我们推测橄榄石在摩擦实验过程中对一种弱矿物的生成可能起到了催化作用,但生成的弱矿物含量不足以显著地弱化断层泥的摩擦强度.同时微观构造分析也发现,随着温度的升高,断层泥的剪切构造由局部剪切向整体弥散性剪切变形转变,同时伴随着孔隙度的显著降低,因此我们认为剪切强度的位移弱化现象与流体参与下的颗粒间的压溶过程的逐步增强有关. 相似文献
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本文研究了橄榄石原位相变实验中加载、加热路径上的相变及其对确定相变动力学参数的影响.利用文献［1］所给出的退火后先加温后加压,且相对低温条件下实验结果确定出的Ni2SiO4橄榄石相变动力学参数,计算了加载、加热路径上所发生的相变对确定成核率、长大率及相变体积分数的影响.结果表明,退火后先加压后加温,且相对高温条件下的实验数据受到加热路径上成核的影响.根据这样的实验数据得到的成核率会明显高于实际温压条件下的成核率.尤其是当多数实验都是高温实验时,根据这些成核率数据所确定的成核率参数会严重偏离其真值,从而严重影响对俯冲带颗粒粒度及俯冲带流变结构的计算.尽管目前有很多关于Mg2SiO4橄榄石长大率的实验数据,也有通过对挤碰物理图像的分析对(Mg0.89Fe0.11)2SiO4橄榄石成核率的估算,但只有文献［2］通过退火后先加压后加温的原位实验得到了Mg2SiO4橄榄石的相变成核率,且属于高温实验.根据本文的研究结果,我们认为亟需补充退火后先加温后加压或相对低温的实验数据以得到正确的地幔橄榄石成核率参数. 相似文献
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《地球物理学进展》2015,(3)
橄榄石是上地幔的主要造岩矿物,研究橄榄石在高温高压下的物理化学性质是了解地幔对流、板块运动等地球动力学过程的基础.一些研究橄榄石物理化学性质的实验需要用到橄榄石单晶,例如在实验室中进行的变形实验,无论是双轴压缩、三轴压缩、简单剪切,还是扭转变形实验等等.近年来,水对橄榄石蠕变性质的影响被广泛关注,橄榄石的含水测量也需要用到大尺寸的橄榄石单晶.除了实验室需要大晶体,合成晶体也是新材料领域的研究热点和发展前沿,目前国内外人工合成单晶的方法包括从固相、液相、气相以及从熔体中合成晶体.在人工合成橄榄石单晶方面,目前主要使用的方法包括提拉法、浮区法和烧结法.本文综述了从固相、液相、气相以及从熔体中合成晶体的方法,详细介绍了人工合成橄榄石单晶所采用的提拉法、浮区法和烧结法等三种方法的原理与合成过程,讨论了不同方法的优缺点,其中烧结法合成单晶需要的时间短,但是对温度以及实验的氧化还原环境要求较高;浮区法生长大的单晶耗时短、可以得到大尺寸的单晶,但对工艺技术要求高;提拉法可以通过籽晶的取向来制备不同晶体取向的单晶,过程容易控制,但是由于使用坩埚而容易污染,不适用于对于固态下有相变的晶体.通过以上研究,本文提出了以后生长大尺寸橄榄石单晶的可能途径,希望对橄榄石单晶的制备方面工作提供参考. 相似文献
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矿物/岩石的电学性质是认识地球内部物质与结构的重要依据.高导物质(熔体、流体、石墨、磁铁矿等)能否显著影响上地幔的电性结构,取决于这些物质在上地幔中的连通性、电学性质和体积分数.近年来的研究表明,挥发分(水、二氧化碳)能够有效的降低橄榄岩的固相线,并提高玄武岩熔体的电导率.因此我们可以尝试用少量的熔体去解释上地幔某些区域的高导异常.但目前在高温高压下对这些熔体连通性的研究仍不足,我们并不清楚少量熔体在三维条件下是以何种形式连通的?俯冲带中的水主要储存在孔隙和含水矿物中.地慢矿物的蚀变,含水矿物脱水的过程中将产生含高浓度电解质的流体.二面角的观测证明了在高温高压下流体能在橄榄石间保持连通,因此我们可以认为这些高导流体对俯冲带的电性结构有很大程度的影响.石墨在橄榄岩体系中具有很高的二面角,不大可能以连通薄膜的形式在上地慢广泛存在,但石墨能否以网状形式连通?与机械的将蛇纹石和磁铁矿混合实验相比,绿泥石脱水产生的磁铁矿展示了更好的连通性.这意味着今后研究固相高导物质的连通性时不能忽略矿物在自然条件下的结构特征. 相似文献
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高温高压下地幔矿物岩石电导率影响因素研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
实验室高温高压条件下获得的地幔矿物岩石电导率值可以帮助获得地球内部物质组成、物质运动变化状态和解释地球物理探测资料.研究表明,电导率测量影响因素(外部因素和内部因素)控制不当将使得测量的电导率值产生较大差异.本文综述了近20年来这些影响因素对地幔矿物岩石电导率的影响程度及进展情况,电导率随着温度,铁含量和水含量的增加而增加;不含水条件下,电导率随着氧逸度和压力的增加分别增加和减小,含水条件下则恰恰相反;忽略颗粒边界的影响;测量频率和结晶方向对电导率的影响尚存在一定争议;进行电导率测量时有必要考虑系统平衡时间和样品中铁含量的流失.最后探讨了高温高压条件下电导率实验研究的不足和发展方向. 相似文献
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氢能够显著地影响岩石的物理性质,如岩石的流变等.它能赋存于通常不含水的矿物中,如上地幔的橄榄石.为了解上地幔的物理性质和地球化学过程,测量氢在橄榄石中的溶解度是非常重要的.在 相似文献
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利用人工合成的多晶材料研究了镍锗尖晶石在位错域的高温蠕变性质.多晶材料的颗粒尺寸约8μm.单轴压缩试件为圆柱状,使用气体介质围压筒.常压蠕变试验过程中,围压为300MPa,温度为1373-1523K,应力在55-330MPa范围内.从实验结果得出了镍锗尖晶石在位错域的流动律,应力指数n=29±01,表明流动的微观机制为位错蠕变.与其他尖晶石进行对比可以发现一个力学同构群,虽然在正尖晶石和反尖晶石之间存在一定的差异.在位错蠕变域,尖晶石与橄榄石归一化的强度类似.由于尖晶石的剪切模量比橄榄石高50%,其实际强度也比橄榄石高.将橄榄石和尖晶石的蠕变数据外推到地球内部条件时,由于其高应力指数,橄榄石则有可能比尖晶石的强度高. 相似文献
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《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