压力对辉长岩矿物反应和部分熔融影响的实验研究

本文在高温高压条件下,开展了辉长岩矿物反应与部分熔融实验,利用偏光显微镜与扫描电镜对实验样品微观结构观察,研究实验中的新生矿物与熔体的分布;通过电子探针分析熔体成分特征。实验结果表明,在低压(300MPa)条件下,静压和塑性变形实验样品中,单斜辉石以固体反应方式生成橄榄石,在高压(1300MPa)塑性实验中所有实验样品都没有发现新生矿物颗粒,这与相图中低压条件下斜长石与橄榄石稳定共存,而高压下斜长石-辉石稳定共存相吻合。高压塑性变形条件下,单斜辉石和黑云母首先发生部分熔融,随着温度增高,斜长石逐渐参与熔融,熔体呈薄膜状分布在矿物颗粒边界,熔体成分依赖于参与熔融的矿物成分,表明出现的熔体为非平衡熔融结果。     

大变形橄榄石动态重结晶的实验观测研究

本文利用高温高压大变形扭转实验,对富铁橄榄石大变形情况下的动态重结晶和颗粒尺度变化的特点进行了实验观测分析.富铁橄榄石集合体由纯铁橄榄石Fa100和圣卡罗橄榄石Fa10混合物经人工合成得到,试件的几何形状为圆柱体,直径9.6mm,高度4.86mm.实验在常角速率条件下进行,温度为1473K,围压为300MPa,剪应力为72 ～ 99MPa,剪应变率为1.35×10-4～3.11×10-4s-1,累积剪应变为3.98.对变形后样品的微结构进行了光学和扫描电镜的观测分析,得到橄榄石颗粒随应变增加而产生动态重结晶的具体物理图像,由EBSD观测结果给出了晶格取向随外加应变增加而产生的变化过程,利用两种统计方法得到了颗粒尺寸随应变增加而变化的过程,探讨了橄榄石动态重结晶的微观机制.与已有三轴压缩、简单剪切以及圣卡罗橄榄石的扭转变形结果进行了对比分析,同时对实验结果在地球物理方面的应用进行了讨论.     

橄榄石集合体扭转大变形实验研究

对(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4和(Mg0.7、Fe0.3)2SiO4橄榄石集合体进行了高温高压扭转大变形实验研究.试验在高精度和高分辨率Paterson气体介质变形试验机上进行,试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为10-4～10-5S-1,剪切应力为82～124MPa,剪切应变为～400%,将变形后试件沿轴向切开进行了显微结构分析,确定了不同纵截面上橄榄石的颗粒尺寸.由蠕变数据拟合出的流动律中,应力指数为与三轴压缩实验给出的应力指数吻合.利用EBSD方法分别对变形前后试件中橄榄石的晶格最优取向(LPO)进行了测定.在富铁橄榄石样品中观测到的最优晶格取向表明滑动属于(okl)[100]滑动系统.这个结果与Bystficky等人在Fo90种观测到的最优晶格取向特征是一致的.     

肇东陨石高压加热—熔融实验研究

在30kbar压力下进行了肇东陨石的加热-熔融实验。实验结果表明。从840℃至2050℃,陨石中的金属-硫化物相经历了熔融—两相混溶的过程,最终形成一种Fe、Ni、Co、S之比不相等的多相混合物。而陨石中的硅酸盐相经历了热变质—熔融—熔融分异的过程。初熔温度为1610℃,2050℃时熔体发生分异,有富Si、Al的硅酸盐新相分离出来。以上述结果为依据,本文对类地行星早期层圈构造的形成机制进行了探讨和推论。     

辉长岩的高压部分熔融实验研究

利用天然含水辉长岩在１．５～３．０ＧＰａ,９００℃～１４４０℃条件下进行了高温高压部分熔融实验,系统地分析了辉长岩部分熔融后实验产物的岩石学、矿物学、地球化学特征。获得了１）辉长岩的高压熔融曲线,２）辉长岩在不同压力下熔融时,残留相矿物组合及期间矿物相转变与熔融液相成分（相当于安山岩浆）特征。认识了辉长岩与榴辉岩相间的相变关系;辉长岩－榴辉岩－安山岩之间的内在联系以及高温榴辉岩的可能成因。     

压力对橄榄石流变性的影响

本文给出细粒橄榄石集合体在位错蠕变域中压力效应的实验结果。对干燥、人工合成的橄榄石集合体进行了三轴压缩实验,试验在一台高分辨率的气体介质试验机上进行。典型的常载荷蠕变试验温度为1473K或1523K,围压为400MPa、200MPa、400MPa、200MPa。当差压力和温度给定时,试件在400MPa围压下,变形速度较200MPa围压下要慢。实验得出的细粒橄榄石集合体在位错蠕变域中的活化体积值为(23±3)×10~(-6)m~3/mol。最后,对实验结果在地幔动力学中的应用进行了讨论。     

尖晶石在地幔橄榄岩部分熔融和亚固相平衡过程中的化学指示——实验研究及在自然岩石中的应用

以三组不同的重组的尖晶石橄榄岩为起始成分.在压力为0.10—0.15GPa和温度为1000—1380℃条件下,进行了系统的部分熔融和亚固相平衡实验。实验结果显示,在部分熔融过程中,尖晶石的Mg＃,即Mg/(Mg+Fe),和Cr＃,即Cr/(Cr+Al),随熔融度的增大而增大;在亚固相平衡过程中,尖晶石的Mg＃随温度的升高而增大,但Cr＃在纯橄榄岩中保持不变,而在二辉和方辉橄榄岩中稍有增大。尖晶石的Mg＃—Cr＃间反相近线性代表了一种非整体平衡的等热关系。计算模拟得到同样的结果。这同时被自然橄榄岩中尖晶石的Mg＃—Cr＃间的关系所证明。由于亚固相条件下平衡的结果,尖晶石的化学成分中只有Cr＃变化不大,故能用来衡量其所在岩体曾经受的相对熔融度。即尖晶石的Cr＃越大,所在岩体经受的熔融度越大。相反,尖晶石的Mg＃和Cr＃在岩浆结晶过程中应随温度的降低而减小;因此,可用玄武岩中尖晶石的Cr＃来指示其岩浆的原始Cr_2O_3/Al_2O_3特征,及用尖晶石的环带特征来探讨岩浆的演化(冷却速度,混染情况)。     

铬铁矿预富集和上地幔部分熔融关系的实验研究

用合成地幔岩为原始材料，在温度１２２５℃和严格控制氧分压１０＾－５－１０＾１２ａｔｍ条件下，对上地幔部分熔融作用与铬铁矿预富集关系进行实验研究。实验结果表明：（１）在达到稳态熔融结构时５％－８％的玄武质硅酸盐熔体主要存在矿物三联点之间，它为铬元素从地幔岩中萃取运移和预富集提供了先决条件；（２）在部分熔融过程中原岩的尖晶石和辉石提供的铬元素相结合，形成了富铬尖晶石和铬铁矿。     

0.6～2.0GPa压力下部分熔融角闪辉长岩的纵波波速

利用超声波透射-反射法,测量了0.6～2.0 GPa、最高1 085℃条件下角闪辉长岩的纵波波速(vp),详细统计了部分熔融阶段实验产物组分的体积百分含量,利用矿物含量和弹性参数,计算了角闪辉长岩的纵波波速.实验测量和理论计算显示了较一致的vp-t关系,即高压下角闪辉长岩的vp随温度升高先缓慢降低,在温度约800～900℃后转而大幅下降.实验产物显示,样品在温度达812℃(0.6 GPa)、865℃(1.0 GPa)和919℃(2.0 GPa)后发生矿物脱水和部分熔融,熔体含量随温度升高显著增加.熔体是导致高温阶段岩石vp快速降低的主要原因.在初熔阶段vp随熔体增加而降低尤为显著,可能是初熔时矿物脱水生成的自由水及含水量高的熔体,以微细熔体薄膜浸润矿物边界或裂隙所导致.     

TTG岩石组合及其成因的实验模拟

对ＴＴＧ岩石组合及其时空分布特征,成因假说,部分熔融实验模拟进行了综述。ＴＴＧ岩石重稀土元素分馏模式和亏损重稀土元素的特征表明其源区为铁镁质地壳;部分熔融实验结果显示,ＴＴＧ岩石最可能的成因机制是角闪岩或榴辉岩在高压下通过较高程度的部分熔融形成的,其残留相为呈悬浮状的榴辉才块。     

Experimental study on liquid immiscibility of lamprophyre-sulfide melt at high temperature and high pressure and its geological significance

With lamprophyre and pyrite from the Laowangzhai gold deposit, Yunnan Province, China, as starting materials, and at pressures from 1.5 to 3.0 GPa and temperatures from 1160 to 1560℃ , an experimental study was carried out on the liquid immiscibility of lamprophyre-sulfide melt at high temperature and ultra-high pressure in the DS-29A cubic 3600T/6-type high pressure apparatus. Results showed that the liquid immiscibility of lampro-pyre-sulfide melt in the magmatic system would happen during the early magma...     

Carrara大理岩高温高压变形实验研究

利用高精度的Paterson高温高压流变仪对Carrara大理岩在高温(873~1173K)高压(~300MPa)以及约10-6~10-3s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。结果表明,在等应变速率条件下,其强度随着温度的升高而降低;在等温和等压条件下,其强度随着应变速率的增加先快速增加而后缓慢增加。在应变速率对差应力的双对数投图中,我们发现随着温度的升高拟合直线的斜率减小,并且在873K和高应变速率时973K温度下Carrara大理岩的流变本构方程服从指数律变化关系;而在高温(1073K和1173K)和973K低应变速率条件下Carrara大理岩的应力指数n为5.3~7.7,且服从幂次律变化关系。因此,Carrara大理岩在本研究的实验条件下主要有两种变形机制,一种是用指数律表示的高应力变形机制;另一种是用幂次律表示的中等应力变形机制。     

高压下玄武岩浆的不混溶及其对双峰式火山岩的成因意义

我们在温度850～1300℃,压力1.0～3.0GPa和含约2%水的条件下的碱性玄武岩熔融实验产物中发现在高于2.0GPa压力下玄武岩熔融后的淬火产物中存在着两种不同成分的玻璃,其中一种呈褐色,另一种为浅色或无色.玻璃的电子探针分析结果表明,褐色玻璃具有相对高的MgO、FeO和相对低的SiO2、K2O、Na2O含量及Na2O＞K2O的特征.熔体的不混溶间隙与温度无明显关系,但与压力关系密切,即在大于2.0GPa的压力条件下两种玻璃的不混溶间隙突然增大.因此,由不混溶作用形成的双峰式火山岩应来自大于2.0GPa的上地幔,且是能够提供酸性端员物质以及快速上升的构造环境.这与双峰火山岩可以产生于大陆裂谷环境或主要产于俯冲带的弧后拉张环境而不是岛弧前缘一致.     

花岗岩剪切变形与矿物成分变化的高温高压实验

在构造变形过程中,流体控制成矿作用的机制是目前世界矿床界共同面临的问题之一。通过研究剪切变形过程中的力学-化学作用,理解剪切构造应力和流体在构造成岩成矿过程中的行为与作用是解决这一科学问题的关键环节。在花岗岩高温高压剪切变形实验的基础上,分析了实验变形的矿物反应特征及矿物反应引起的化学成分变化,讨论了矿物反应与变形的相互影响。实验结果表明,变形样品中斜长石、钾长石和辉石以脆性-塑性变形为主,石英和云母以塑性变形为主。同时流体与岩石的相互作用引起了矿物间的反应,其中钾长石、辉石发生水解作用最典型。实验变形整体受应变局部化控制,随着剪切变形加强,脆性破裂逐渐形成和发展为裂隙,应力不断释放,有金属元素沿裂隙充填,这些微观特征在实验样品中普遍存在,类似野外中的矿脉。本次实验为韧性剪切带的流变行为、化学行为和剪切作用过程提供了实验数据。     

花岗伟晶岩中锂辉石和透锂长石产出特征及其形成条件

锂辉石(Spd)和透锂长石(Ptl)是富锂花岗伟晶岩中重要的锂铝硅酸盐矿物,查明锂辉石和透锂长石的形成条件和演化过程对进一步揭示花岗伟晶岩型锂矿床形成机制具有重要意义。锂辉石和透锂辉石通常产于伟晶岩的中间带或者核部,但两者结晶温度压力条件存在差异：透锂长石形成于高温低压条件,锂辉石在相对低温高压条件下稳定,两者随温度压力条件改变可发生相互转换。当温度降低时,透锂长石可以转换为锂辉石和石英(Qtz)集合体(SQI),而当压力升高时,锂辉石和石英集合体又可以转换为透锂长石。精确厘定锂辉石和透锂长石的相互转换温度压力条件,可以揭示富锂伟晶岩形成演化的P-T轨迹。本文基于近年来关于锂辉石、透锂长石等相关研究成果,总结了其产出特征和形成条件,认为：(1)在富锂伟晶岩体系内,锂铝硅酸盐矿物的结晶主要受温压条件控制,与熔体成分关系较小,锂辉石和透锂长石稳定温压范围为400~680℃、160~400MPa;(2)锂辉石在岩浆出溶流体晚期演化而成的偏碱性流体叠加作用下,先后发生钠化/钾化、白云母化和锂绿泥石化等蚀变作用;(3)温度越高、铝饱和指数(ASI)越小,H₂O的含量越多,锂在熔体中的溶解度更大;(4)锂辉石和透锂长石的结晶实验,指示了伟晶岩的快速结晶过程,其结构的形成受过冷却度的影响,高温高压实验表明5% H₂O含量(不饱和条件)和50~130℃的过冷却度范围是伟晶结构形成的最佳条件;(5)岩浆中CO₂、Li元素含量对富锂伟晶岩结晶体系的酸碱度调节、降低岩浆液相线、降低熔体粘度和增加水合簇分子等方面起到了关键作用。未来,原位高温高压实验技术(如热液金刚石压腔)等分析技术的应用,将对研究花岗伟晶岩型稀有金属矿床成矿机制提供更为直接可靠的实验依据。

     

温压耦合影响下科学钻探深井结晶岩层井壁稳定性分析

科学钻探深井结晶岩处在高地应力、高地层压力和高地温的“三高”环境中,自身的结构特征和物化特性会发生根本性变化,因温度变化引起的应力变化极易导致井壁失稳。本文依据温压耦合影响下坍塌压力和破裂压力计算模式,确定不同井壁温度下的安全钻井液密度窗口,通过FLAC3D开展温压耦合影响下井壁稳定数值模拟,分析在不同钻井液密度下井眼打开后不同时间的井壁周边温度和井壁稳定变化情况。结果表明：地层弹性参数对地层破裂压力的影响较大,对于花岗岩此类弹性模量较大的结晶岩,温度变化对破裂压力影响更大;井壁处附加应力受温度变化的影响程度：附加周向应力>附加径向应力>附加垂向应力;在最小主应力方向的井壁周边地层等效应力与钻井液密度呈正比关系,在最大主应力方向呈反比关系。     

橄榄石集合体中与位错蠕变相伴随的粒间滑动

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100~250MPa之间的不同应力水平下变形,得到的应变率介于10^-4 ~10^-6S^-1之间。随着差应力的增加,得到扩散蠕变到位错蠕变的过渡,在位错蠕变域,易滑动体系在~50MPa和颗粒尺寸为15μm时伴随粒间滑动。这一粒径敏感蠕变域由应力指数3.2±0.1和粒径指数1.8±0.2来刻划。将这一流动律与其他扩散和位错蠕变结果进行对比,表明本文得出的流动律可应用于粒度小于100μm和差应力大于20MPa时的岩石流动。因此,与粒间滑动相伴的位错蠕变可能是上地幔岩石圈剪切带变形局部化的主要变形机制。