《高溫高壓下水鎂石在NaCl溶液中的脫水動力學研究》是依託中國科學院大學，由劉川江擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高溫高壓下水鎂石在NaCl溶液中的脫水動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉川江
- 依託單位：中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
俯衝帶含水礦物的脫水是一種重要的地質作用，含水礦物的脫水速率對於全面認識大洋俯衝帶中源地震的成因機制具有非常重要的科學意義。已有的含水礦物脫水動力學研究主要集中於無水條件，因此含水條件下的流體組分和壓力作用對含水礦物脫水速率的影響，以及具體的脫水機制等科學問題還尚不清楚。本課題擬開展高溫高壓下水鎂石在NaCl溶液中的脫水動力學實驗研究，以獲得水鎂石在不同濃度NaCl溶液中的脫水速率和脫水機制參數。在此基礎上，建立恆溫條件下，壓力、NaCl濃度和脫水速率之間的理論模型，正確評價NaCl濃度和壓力對脫水速率產生的影響。通過比較不同溫度下這些影響作用的差異，有助於進一步理解地球深部環境中水鎂石的脫水動力學行為。將水鎂石在NaCl溶液中的脫水機制與前人的結果進行對比，有可能獲得對水鎂石脫水作用機理的全新認識。
結題摘要
俯衝帶中存在著大量的含水礦物，含水礦物的快速脫水作用導致岩石發生脆性破裂被認為是誘發中源地震的重要成因機制。水鎂石是俯衝帶一種典型的低溫熱液蝕變礦物，其在俯衝帶環境中發生脫水時可能受到溫度、壓力以及NaCl水溶液等外部因素的影響。為進一步闡明這些因素對脫水動力學過程的影響關係，我們採用高溫高壓技術開展了水鎂石的脫水動力學實驗研究，這對於正確認識水鎂石脫水和大洋俯衝帶中源地震活動之間的關係具有重要的科學意義。我們首先採用水熱金剛石壓腔結合拉曼光譜技術進行了水鎂石在純水和含NaCl溶液中的脫水動力學研究。結果表明，在純水條件下，當體系壓力從819MPa增大至1282MPa時，水鎂石的脫水速率從3.06×10-3s-1降至1.86×10-3s-1，反映水鎂石的脫水速率隨體系壓力增大而減小。基於實驗獲得的脫水動力學數據，我們建立了水鎂石脫水反應速率與溫度和壓力之間的定量關係式 lnk=-26.33+0.035×T-0.001×P，由此可以直接估算出在一定溫壓範圍內的脫水速率。在含NaCl溶液條件下，我們建立了水鎂石脫水速率與壓力和NaCl濃度之間的定量關係式lnk=16.26-0.0059×P+0.049×CNaCl，表明壓力對水鎂石脫水過程具有抑制作用，而NaCl濃度對其則具有促進作用。依據Avrami動力學模型，我們得到水鎂石脫水反應的n值為0.56～0.96，表明水鎂石的脫水機制屬於即時成核和擴散控制的生長作用。對於水鎂石的高溫熱脫水動力學過程，實驗結果表明，隨著溫度升高，水鎂石的脫水過程明顯加快。水鎂石的熱分解反應活化能為139kJ/mol，其熱分解點溫度為670K，此溫度之前熱分解機理為隨機成核和隨後生長控制；在此溫度之後，熱分解機理屬於擴散控制。基於流體速率方程，實驗得到水鎂石脫水過程中的流體釋放速率在4.4～10.7×10-7m3fluidm-3rocks-1，明顯比地幔蛇紋岩的弛豫速率高2～4個數量級，如此快的流體釋放速率應該足以引起岩石發生脆性破裂，可能會促使俯衝洋殼中發生地震活動。因此，我們認為水鎂石的快速脫水作用可能是誘發俯衝帶中源地震的另一個潛在重要成因。
