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1、2000年12月地球物理学进展第15卷第4期橄榄石高温高压含水效应与光学性质实验研究121顾芷娟孙天泽张虹(1.中国地震局地质研究所,北京100029;2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100101)摘要:高温高压下橄榄石(多晶)含水效应实验表明,水不但可进入矿物孔隙,且能进入其晶格中.从而与原(干)样相比,橄榄石显示了特有的光学性质和红外吸收谱带,矿物比重也下降约0.02.这些变化可能是上地幔低速层成因的构成因素.关键词:橄榄石;高温高压含水效应;光学性质中图分类号:P574.1文献
2、标识码:A文章编号:10042903(2000)040035061引言地球物理学家根据地震波速,认为在大陆上地幔约60~150km深处存在低速带,地质学家们将这个低速带称为软流圈.软流圈在板块构造中具有重要意义,它提供了一个低粘度区,使位于其上面的岩石圈以较小的摩擦而滑动,软流圈的性质和热状态直接控制着上覆岩石圈动力学进程.软流圈的形成,一般认为,由于其温度使岩石产生部分熔融从而使波速和[1]电阻率降低,并使岩石发生塑性流动,为岩石圈板块的流动提供力源.据刘若新等(1990)研究,我国华北以至整个中国东部的地幔岩中,较普遍含
3、有玄武质熔体及交代流体.最常见的上地幔岩石是尖晶石二辉橄榄岩和石榴石二辉橄榄岩,橄榄石在岩石中含量在70%左右,因而橄榄石上地幔最主要的矿物,它的物理化学性质及其状态和上地幔物质力学性质、塑性行为及流变学特征休戚相关,查明橄榄石在上地幔温压条件下性状,是认识上地幔动力学过程和软流圈性质有效途径.近三十年来,国内外学者在不同温度、压力、应变率条件下,对一系列上地幔岩石(纯橄榄岩、方辉橄榄岩、尖晶石二辉橄榄岩)进行变形实验,从而对上地幔流变特征和流圈形成原因的认识有了很大进展.与此同时,国内外学者十分关注水对上地幔流变学特征和软流圈物理性质
4、的影响.水在上地幔赋存状态越来越被人们重视.上地幔岩石研究表明,角闪石和金云母存在于上地幔岩中,但这二种含水矿物是上地幔中交代作用的结果,含量很少,因而上地幔岩中主要矿物橄榄石成为人们研究上地幔中水的收稿日期:20000302;修订日期:20000622.基金来源:国家自然科学基金项目(49774226).作者简介:顾芷娟,1940年生,女,浙江嘉兴人,高级工程师,主要从事岩石矿物学和构造物理学等研究.#36#地球物理学进展2000年焦点,九十年代以来,国内外
5、学者高温高压实验研究表明,在高温高压下,橄榄石中可以赋存水,而且随压力的增加,水在橄榄石中的溶解度也增加,这对上地幔流变学特征和软流圈物理性质研究注入了新的活力.本文试图通过高温高压下橄榄石有关性质与水的影响效应的研究来讨论上地幔低速层形成原因.2橄榄石的含水实验2.1实验样品和试样的制备1.岩样:采自汉诺坝玄武岩包体尖晶石二辉橄榄岩中橄榄石,橄榄石化学成份见表1.表1橄榄石的化学成分(重量%)SiO2Al2O3Cr2O3Fe2O3FeOMnOMgONa2OK2O总计40.530.510.849.590.1649.020.020
6、.02100.69根据化学成分计算,本橄榄石为镁橄榄石,(FO)分子百分比为89.87%.2.实验岩样的制备:尖晶石二辉橄榄岩经室内鉴定,从中挑选橄榄石新鲜的岩石碎块,初粉碎颗粒大小以岩石中的橄榄石颗粒为准.精细挑选不但没有一点蚀变,而且无任何杂质及包裹体的橄榄石颗粒,清洗、烘干.并按实验要求再粉碎及分选.3.实验试样的加工:将以上实验岩样清洗、烘干,在高压下压成坚实的人工纯橄榄岩岩样,再切制直径10mm、高15mm圆柱,并从中选出符合实验要求的一批圆柱供实验用.2.2实验装置和方法1.实验装置,采用中国科学院地质与地球物理所的3
7、GPa固体传压高温高压三轴流变仪实验装置.2.实验方法:据林传勇研究,华北地区上地幔35.1~97.5km处的温度861~1121(个别地区高于此温度).压力1020~3080MPa,参照此结果,设计我们实验条件:在温度1000,压力1000MPa(1.0GPa)条件下进行橄榄石!含水∀实验.3.氧逸度条件:用高温时镍Ni在氧化物环境中的反应NiNiO现象控制氧逸度条件.4.供水:利用高温条件下滑石脱水的现象供水,为确保最大饱和度水的需要,我们再滴入些(分析纯)蒸馏水.3实验结果和微观分析3.1实验结果表2为实验前后试样孔隙度的变
8、化.表2人工纯橄榄岩孔隙度变化样品温度压力孔隙度人工纯橄榄岩常温常压15%人工纯橄榄岩10001000MPa6%第15卷第3期顾芷娟等:橄榄石高温高压含水效应与光学性质实验研究#
