辉长岩脆-塑性转化及其影响因素的高温高压实验研究

本文利用高温高压多功能三轴实验装置,以NaCl为固体围压传压介质,在围压为450MPa~800MPa,温度区间为600℃~1150℃和应变速率为1×10-4~3.125×10-6/s条件下,对攀枝花辉长岩进行了流变学实验研究。实验结果表明,辉长岩围压在450MPa~800MPa条件下,温度在600℃时为脆性变形,700℃~850℃时为半塑性流动,含微破裂,大于900℃时为塑性流动。辉长岩的脆-塑性转化温度为700℃~900℃,主要影响因素为温度、围压和应变速率,同时存在双相流变学问题。      

Piston-Cylinder高温高压实验装置及在壳幔动力学研究中的应用

介绍了目前在国际壳幔作用及动力学研究中普遍使用的Piston-Cylinder高温高压实验技术的主要工作原理、结构、样品装置设计及主要技术指标.通过分析Piston-Cylinder高温高压实验技术在大洋和大陆板块俯冲深部过程的流体活动、基性岩石部分熔融作用、岩浆活动机制及约束条件等壳幔相互作用研究中的应用实例,认为引进该项实验技术对于我国科技工作者开展高温高压条件下壳幔动力学研究以及缩短我国实验岩石学技术手段与国际间的差距具有重要意义.     

石油的高温高压实验研究

鉴于工业对石油的迫切要求,目前国内外广大地质工作者从各方面研究了油和气的形成条件,积累了大量资料,对石油的寻找和勘探工作具有一定指导意义。但是,与油,气生成条件有关的实验研究甚少,特别是为了阐明石油稳定性的高温高压实验研究资料则更加缺乏。     

地壳脆塑性转化带非稳态流变与震后松弛变形机制

大陆浅源地震密集分布层称为地震层,该深度处于石英脆塑性转化带,其变形除受温度控制外,地震周期各阶段变形随应变速率和应力发生变化,从间震期的稳态蠕变转化为同震破裂和震后松弛阶段非稳态蠕变。与间震期长期蠕变相关的野外塑性变形和稳态流变实验研究非常多,而与震后松弛相关的地壳深部脆塑性转化和非稳态蠕变研究非常有限,更缺少非稳态流变的本构方程。震后松弛阶段的断层滑动研究和基于GPS观测数据反演地壳形变研究都依赖于非稳态蠕变实验数据及其流变模型。本文介绍了野外断层脆塑性转化带非稳态流变和高温高压非稳态流变实验研究进展,分析震后松弛阶段断层脆塑性转化带的变形特征与变形模式,讨论了非稳态流变与脆塑性转化带强度定量化研究中存在的问题。     

膏盐岩脆塑性变形特征及封闭能力定量评价

膏盐岩盖层作为全球许多含油气盆地最重要的盖层之一,本身物性封闭能力毋庸置疑,野外观察和三轴试验证实随埋深的增加膏盐岩存在脆塑性转化的过程。为了明确其在不同脆塑性域的变形特征和封闭能力定量评价方法,本文以野外露头观测、三轴压缩试验和镜下观察为基础,从变形机制、破裂模式、力学行为和声发射等方面系统总结了不同脆塑性阶段膏盐岩的变形特征。应用莫尔—库伦准则、拜尔利摩擦定律和应力降规律厘定了膏盐岩脆塑性转化的围压和深度。研究结果表明:1针对脆性膏盐岩盖层,首先应用保持力定量评价水力破裂风险性,保持力越小,盖层发生水力破裂的风险就越大。同时利用断接厚度定量表征脆性盖层内断层垂向封闭性;2应用SSF定量评价脆—塑性膏盐岩盖层中涂抹型断裂的垂向封闭性,野外断层解剖确定出膏岩涂抹连续的临界SSF值为3.5~4;3塑性膏盐岩盖层具有流动特征,伴随断层逆冲滑动,膏盐岩沿断面流动,此阶段断层垂向是封闭的,但在差异压实作用下,盐岩流动形成缺失区——"盐窗"可以为油气沿断层向上运移提供通道。因此,膏盐岩盖层封闭性分析要综合考虑盖层脆塑性、不同脆塑性盖层内断裂变形机制及断裂带内部结构,从而完善盖层垂向封闭性评价体系。     

物理细胞自动机与岩石弹-脆-塑性性质的细观机制研究

基于能量守恒定律和岩石的基本力学性质,进一步发展了由作者提出的一种用于模拟岩石非线性破坏演化的新方法-物理细胞自动机（PCA）模型。该模型通过岩石内部（或细观）基元（或细胞）间简单的随机相互作用的综合结果来反映岩石系统整体的稳定宏观力学现象。利用PCA模型,研究了形成不同岩石本构关系的本质影响因素,揭示了岩石弹-脆-塑性性质的细观机制,为进一步认知岩石等非均质材料的力学性质提供了一种新的理论方法。同时,其研究思路和结论也可为微观和细观力学的数值模拟方法及新型复合材料的设计提供重要的借鉴。     

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。     

高温高压实验研究在地学领域的新进展

阐述了静态高温高压实验研究在地学各方面的新进展、新动向、新仪器、新观点和新资料。     

秦岭-大别山壳幔岩石高温高压下的电性特征

首次报导了秦岭-大别山壳幔岩石高温高压下电导率的测定结果。该区中上地壳主要代表岩石(角闪岩、绢云母石英片岩、千枚岩等)在10^-25km的温压条件下,含水矿物出现脱水会引起电导率值升高,认为这是该区出现高导层体的主要原因;中下地壳代表性岩石(片麻岩、麻粒岩、榴辉岩等)由于石英从α相向β相转变,会导致电导率值(σ)下降。在下地壳的温压条件下电导率值一般为10^-2到10^-3S·m^-1;上地幔的代表性岩石由于组成矿物较为基性,电导率值比下地壳高,从0.1到1S·m^-1。     

黄土丘陵区降水-土壤水-地下水转化实验研究

通过对黄土丘陵区燕沟流域2005~2007年雨季的多次降水、0~400 cm土层土壤水、沟道地表水、地下水(泉水、井水)水样中D和18O采样分析,研究了该区降水、土壤水、地表水、地下水的转化关系.结果认为:燕沟流域的降水线与中国、世界的降水线有明显区别,斜率和截距偏小;降水、地表水、土壤水、地下水逐渐富集δD和δ18O,且δ18O富集速度高于δD,由D和18O的蒸发分馏差异所致,可利用各类水体的δD和δ18O变化情况甄别水体之间的水量转化;土壤水δD和δ18O剖面在200 cm深度处出现低值区,应是降水补给到达该深度且土壤蒸发影响逐渐衰减共同作用的结果,其在200 cm以下逐渐升高则因为降水补给影响逐渐降低、土壤水本底同位素影响增强所致.由于380~400 cm深层土壤水的δD和δ18O对降水事件的响应存在,因此认为降水-地下水的转化存在,降水补给泉水的滞后期小于35 d.而对井水的补给滞后时间以及土壤水对地下水的补给量还需进一步研究.     

C—O—H体系高温高压流体相组成的热力学研究

本文在C－O－H体系流体相平衡基础上,利用现有的热力学数据和新的p－V－T资料,在pT=∑pi假定下,计算了高温、高压条件下流体相组成。结果表明,该体系主要存在五种流体相,在不同温压条件下各流体相所占比例不同。在相对较低的温、压条件下,CH4是体系中占主要的流体相（约占70％）,且随温、压和氧逸度的升高,它所占比例却明显降低,所获结果为探讨无机成因天然气形成的可能性、存在的量比和稳定存在的物理化学条件提供了充分的理论依据。     

晋冀内蒙交界区下地壳流变性质的实验研究及其构造演化意义

酸性和基性麻粒岩的高温度压实验表明,基稳态流动律分别为：ε＝２０．７ｅｘｐ（－２８８／ＲＴ）·Δσ＾３．０和ε＝１０＾６．５９ｅｘｐ（－４２５／ＲＴ）·Δσ＾３．０２,并可与加拿大地盾的麻粒岩流动津相比。在下地壳的温度７００℃-１０００℃、压力１．０Ｇｐａ-１．２ＧＰａ和应变率１０＾－４／ｓ￣１０＾－７／ｓ条件下,岩石变形以韧性变形为主,并发育韧性剪切带,其中辉石和斜长石极易发生动态重结晶及定向排成线理,石英则巳静态恢复,此结果与野外观察的吻合。下地壳的宏观流变模型显示,增厚型下地壳存在一厚的低蠕变强度层,减薄型地壳则上地壳也出现低强度层,太陆下地壳这种低蠕变强度层的流变性质有助于岩石圈增厚和减薄的发生。     

高温高压下玄琥质淬火玻璃的折光率研究

在１．００－３．５０ＧＰａ、１５００－１７００℃的温压范围,以福建闽清碱性玄武财ＦＭ－９１为初始物料,进行了高温高压熔融实验,通过对淬火玻璃的成分和折光的研究,发现压力的发迹对折光率的变化有着较大的影响,而温度的改变基本不影响折光主,并讨论了在成分不变的前提下,温度和压力的改变对熔体结构的可能影响及意义。     

大陆中、下地壳电学特征实验研究①

高温高压下地壳物质电导率的实验室测定是研究大陆中、下地壳高导层成因的重要方法之一。研究表明,水、石墨、部分熔融以及矿物脱水都可能形成地壳高导层,在不同构造环境和深度下这些机制起着不同的作用。为解释中地壳高导层,水的存在是必不可少的条件,在下地壳,水、石墨、部分熔融以及矿物脱水、甚至特定的干的下地壳岩石都可解释大地电磁测量结果。     

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。     

扬子-华夏接合带的韧性剪切与金的迁移富集关系

扬子与华夏地块间发育一条近东西向展布的巨型板块缝合带--华南中部复合混杂岩带,对其次级北东向剪切带(进贤-婺源韧性剪切带)进行的构造地球化学剖面研究发现:①剪切带中构造岩金元素含量总体上高于原岩中金元素含量,从剪切带边部至中心,从原岩带至糜棱岩化带、糜棱岩带,随剪切程度的逐渐增强,金元素含量逐渐增高;②金元素有2个峰值点,1个出现在韧性剪切最强的糜棱岩中,另1个出现在叠加于早期韧性剪切糜棱岩化岩石之上的晚期脆性破裂张性构造角砾岩中;③叠加在原岩(千枚岩、砾岩)上的晚期脆性破裂张性构造角砾岩金元素没有出现富集作用.说明韧性剪切及叠加在韧性剪切之上的脆性破裂均有利于金的富集成矿.     

矿物中元素迁移变化的高温高压实验研究

实验证实,岩块在高温高压受力变形后,其矿物中的元素将发生迁移和变化,在相同条件下,同一矿物中的不同元素或相同元素在不同矿物中具有不同的迁移和变化规律。实验结果说明,就许多内生金属矿床成矿作用而言,构造及构造变形不仅为成矿热液的运移、沉淀提供场所,而且在某种程度上能促使成矿元素的活化、分异甚至富集。      

球粒陨石富金属Fe—Ni相的高压熔融实验与地核形成机制的探讨

选用吉林陨石富金属相,在3GPa压力、405℃～1850℃温度下,采用两种组装方式进行实验。并与先前肇东陨石全岩样的高压熔融实验进行比较。三个系列实验结果的综合对比表明,高温高压下球粒陨石中金属和硫化物经历了固相扩散、熔融和熔体聚集的过程。固相扩散使金属与硫化物彼此结合,形成了若干个小的FeNi-FeNiS二元系,使其在比Fe-Ni熔点低的温度下熔融形成Fe-Ni-S熔体。该熔体与硅酸盐熔体不相混溶,因而发生自身的合并与聚集。其合并和聚集速率与硅酸盐粘度有关。实验过程中陨石里的磷酸盐矿物可以被还原,使单质P进入金属硫化物相。这些实验结果为讨论地核的形成机理提供了依据。     

川东地区碳酸盐岩超压与天然气富集关系研究

地层流体超压的形成、演化及分布与油气成藏的主要石油地质过程有着千丝万缕地联系。由于碳酸盐岩本身的复杂性，其超压的成因及研究方法不能简单地借用“欠压实”的原理。本文从对比砂泥岩和碳酸盐岩在成压机理上的差异性入手，详细探讨了川东地区碳酸盐岩成压的各种机理，指出成烃作用是造成区域性超压的最主要因素；并结合该区超压平面上的分区性及纵向上的分带性，论述了各区、带超压与气藏分布的内在联系，总结出该区超压与天然气富集的关系。     

输导层和岩性圈闭中石油运移和聚集模拟实验研究

利用二维模型进行了输导层和岩性圈闭中石油运移与聚集模拟实验研究。结果表明：（１）地怪中的高渗透带是石油运移的主要通道,对油的运移和聚集构成重要的影响;（２）当上覆地层渗透性较大时,下部地层中的油可向上覆地层运移,并在运移过程中发生弥散和扩散作用,导致油的散失量增大;（３）油驱水过程中的排水过程滞后于注油过程,排出的水量并不随注油量加而线性增加,而是脉冲式变化。