《地幔岩漿熔體的物性對華北克拉通破壞的制約》是依託吉林大學，由高春曉擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：地幔岩漿熔體的物性對華北克拉通破壞的制約
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：高春曉
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
華北克拉通破壞的機制及其深部過程與地幔和軟流層中的岩漿熔體的物質組成、物性特徵和狀態有密切關係。地幔軟流層中到底含有多少基性熔體？熔體中是否含有水？基性岩漿熔體中的水含量能有多少？水對岩漿熔體的物性有多大的影響？目前還缺乏系統地實驗依據。本項目以華北地區採集的中生代玄武岩為主要研究樣品，在高溫高壓條件下分別合成岩漿玻璃和各種不同水含量的岩漿玻璃，使用同步輻射微區衍射、高壓布里淵散射、高壓雷射拉曼和高壓導電率等各種先進技術，對合成的各種岩漿玻璃在高溫高壓下進行原位的物性和狀態方程的研究，討論水對岩漿熔體物性和狀態參數的影響，對獲得的電導率、介電常數、聲速、密度、狀態方程等物理參量，與地球物理測量獲得的地震波速和導電率等數據進行對比，建立地幔軟流層的物質組成模型，為討論華北岩石圈減薄和克拉通破壞的各種機制研究提供原始的實驗數據。
結題摘要
華北克拉通破壞與岩石圈減薄是被國內外學者們廣泛認可的地質事實，其破壞機制有拆沉、岩石圈地幔水化和熱-化學-機械作用等觀點。無論是哪一種破壞機制都不可避免地涉及到地幔熔體物質的相關物理化學性質。本項目以含水玄武岩為研究對象，利用高溫高壓實驗手段測量密度、聲速和彈性係數等物理參數，給出變化規律，進而探討對華北克拉通破壞的制約。項目以與華北克拉通破壞相關的典型熔體玄武岩為出發點，利用高溫高壓方法合成不同含水量的玄武岩熔體樣品，利用電子探針和紅外光譜對所合成的含水玄武岩的成分和含水量進行表征。表徵結果顯示：樣品含水量較低時，羥基占主導地位；當總含水量大於 2% 時，樣品中會存在分子水。根據含水量與成分的分析結果，對含水矽酸鹽熔體（玄武岩）的解聚度計算公式進行了修正。修正後的公式考慮了水對矽酸鹽熔體體系聚合度的影響，更準確地體現了結構基團與成網變網陽離子之間的相互作用。將熱膨脹數據與密度測量相結合獲得了不同溫壓條件下含水玄武岩熔體中水的偏摩爾體積，發現溫度的增加或者壓力減小都能使玄武岩熔體中水的偏摩爾體積增大。對不同含水玄武岩熔體在常溫常壓下的布里淵光譜實驗表明，水的加入降低了玄武岩熔體的聲速，彈性模量 G、剪下模量 KS 與含水量之間呈線性關係且隨著含水量的增加而減小。不同合成壓力下彈性數據的對比表明，水的加入將破壞熔體結構中多面體之間的相互作用，較為穩定的四面體橋氧結構被破壞導致矽酸鹽系統更易被壓縮。對比不同壓力下合成的樣品的絕熱壓縮率可以看到，高壓力下合成的玻璃具有較小的壓縮率，水的加入對矽酸鹽玻璃有“雙重”作用：降低體系的密度並增加其壓縮率。高溫高壓實驗測量表明，含水玄武岩的矽酸鹽網路在壓力作用下向更高的[Si,Al]–O配位拓撲重排，導致含水玄武岩熔體發生二階相變。與0.46 wt% 含水量的樣品相比，10 GPa時2.69 wt%含水量的樣品的彈性模量降低了10%–18%；含水量的增加會使二階相變點向高壓放向移動。根據高壓實驗數據構建的含水玄武岩熔體在上地幔底部的密度模型顯示，含水玄武岩熔體在上地幔底部要保持穩定，含水量不能超過 0.46 wt%。水的加入導致了玄武岩熔體的密度下降，能為拆沉的發生提供密度條件；含水熔體的密度下降會導致克拉通底部的熔體失穩。太平洋板塊的俯衝擠壓和底部高密度玄武岩熔體支撐的弱化或許是華北克拉通破壞能夠持續的動力學成因。
