压力对纯的和含硫化亚铁的橄榄石电导率影响的实验研究

在YJ-3000 t紧装式六面顶大腔体压机上,用Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1～3 GPa、723～1273 K的条件下,原位测量了纯的和含15%(质量分数)FeS的橄榄石电导率。实验结果表明:在实验温度范围内,含15%FeS的橄榄石电导率比纯橄榄石的电导率高2～3个数量级,且电导率值在0.1～10 S/m范围内;纯的和含15%FeS的橄榄石电导率都随着温度的增加而增大,但是纯的橄榄石电导率对温度的敏感性更强;纯的和含15%FeS的橄榄石电导率随压力变化表现出相反的特性,随着压力的升高,纯橄榄石电导率微弱地降低,而含15%FeS的橄榄石电导率显著地增加。由含15%FeS的橄榄石电导率对温度、压力的效应以及实验获得的活化焓可知,15%FeS在橄榄石中形成了相互连通的网络,主导着橄榄石的导电过程。     

高温高压下天然峨眉山玄武岩的阻抗谱实验研究

利用交流阻抗谱技术,对矿物岩石电导率进行原位测量,是探究地球内部电学性质的重要手段.本文在0.5～2.0 GPa、823 ～1173 K和10-1～106 Hz下,对天然峨眉山玄武岩样品进行了阻抗谱研究.结果表明:在实验温压范围内,样品的阻抗对频率有很强的依赖性;电导率值(10-2.5到10-0.5 S/m)随温度的升高而增大,两者符合Arrhenius关系;随压力升高,样品的电导率降低.通过拟合计算,获得了表征样品电学性质的指前因子、活化焓、活化体积等物性参数.结合前人研究结果,对样品的导电机制进行了合理的解释.     

高温高压下微斜长石的阻抗谱实验研究

在1.0～3.0GPa,673～973K和10(-1)～10(6)Hz条件下,利用交流阻抗谱实验技术,首次对微斜长石[K(0.73)Na(0.16)Ca(0.09)(0.98)AlTi(0.01),Si(2.99)O8]电导率进行原位测量.实验结果表明:样品的复阻抗的模和相角对频率有很强的依赖性;样品电导率随着温度升高而增大,电导率的对数和温度的倒数之间关系符合Arrhenius线性关系;微斜长石电导率随着压力升高而降低,而活化焓随之增加;离子导电机制对高温高压下微斜长石的导电行为给予了合理的解释.     

基于拉曼频移的白宝石压腔无压标系统高温高压实验标定

在高压实验科学中, 各类宝石压腔是最为常见的高压设备之一, 其样品腔中压力的精确标定是实验的关键. 目前, 人们主要通过加入红宝石等压标物质来进行定压, 但压标物质的加入会增加实验的装样难度, 改变样品腔中的物理化学环境, 甚至直接与实验样品发生反应, 从而对实验结果产生影响. 在0–6.3 GPa和300–573 K下, 利用共聚焦拉曼显微镜, 根据白宝石压砧砧面的ν₁₂ 拉曼频移与温度和压力的变化关系, 建立了一套适用于高温高压水热体系的无压标白宝石压腔系统. 实验结果表明: 白宝石砧面的ν₁₂ 峰随着压力的升高发生线性蓝移, 而随着温度升高则发生线性红移, 且温度和压力对拉曼频移的影响存在耦合效应. 利用本实验结果, 可在高温高压下根据白宝石砧面的拉曼频移计算出样品腔的压力P=(Δλ-0.01913×ΔT)/(1.9158-0.00105×ΔT), 在物理学、材料学和地球科学等领域具有重要应用.     

高温高压下钠长石的阻抗谱实验研究

 在压力为1.0、2.0 GPa和温度为673～973 K条件下,采用交流阻抗谱法在YJ-3000t紧装式六面顶高压设备上原位测量了钠长石的电导率。实验结果表明：在实验的温度和压力范围内,钠长石的电导率在10^-3.0～10^-5.5 S/m变化;钠长石复阻抗的模和相角对频率有很强的依赖性;随着温度T升高,钠长石的电阻率迅速减小,电导率σ增大,并且lg σ与T^-1之间符合Arrhenius关系;在实验压力范围内,随着压力升高,钠长石的电导率降低。采用离子导电机制,对高温高压下钠长石的导电行为进行了合理解释。     

Influence of anisotropy on the electrical conductivity and diffusion coefficient of dry K-feldspar: Implications of the mechanism of conduction

The electrical conductivities of single-crystal K-feldspar along three different crystallographic directions are investigated by the Solartron-1260 Impedance/Gain-phase analyzer at 873 K–1223 K and 1.0 GPa–3.0 GPa in a frequency range of 10-1 Hz–106 Hz. The measured electrical conductivity along the ⊥ [001] axis direction decreases with increasing pressure, and the activation energy and activation volume of charge carriers are determined to be 1.04 ± 0.06 e V and 2.51 ± 0.19 cm~3/mole, respectively. The electrical conductivity of K-feldspar is highly anisotropic, and its value along the⊥ [001] axis is approximately three times higher than that along the ⊥ [100] axis. At 2.0 GPa, the diffusion coefficient of ionic potassium is obtained from the electrical conductivity data using the Nernst–Einstein equation. The measured electrical conductivity and calculated diffusion coefficient of potassium suggest that the main conduction mechanism is of ionic conduction, therefore the dominant charge carrier is transferred between normal lattice potassium positions and adjacent interstitial sites along the thermally activated electric field.     

光散射谱学在地球内部物质弹性波速测量中的应用与展望

高温高压下地球内部物质弹性波速的实验测量数据,可直接与地震波观测结果相结合,对地球内部的组成、状态和物质运移方式等进行反演,是了解地球深部信息的重要手段。在金刚石压砧(diamond anvil cell, DAC) 中利用布里渊散射对矿物波速进行原位测量,是人们研究地球各圈层弹性性质的重要方法。随着DAC实验技术发展,一方面,可以获得模拟地球各圈层的极高温压条件;另一方面,DAC的光学特性使得各种光学分析和测试方法得到了广泛的应用。要获得高温高压下的弹性波速,首先需要对样品腔中的实验压力和加热温度进行精确的标定和测量;其次需对散射信号进行处理,通过布里渊散射频移,求出样品中的波速;最后结合X射线技术获得的晶格常数,可由固体弹性理论解出矿物的各弹性参数。重点介绍了布里渊散射和拉曼散射等光谱学方法在弹性波速实验研究中的应用,阐述了它们在波速测量、压力和温度标定等方面的基本原理和研究进展。分析了两种光谱学定压方法(荧光光谱压标和拉曼光谱压标) 的定压方式和适用范围,以及两种主要的光谱学温标(黑体辐射温标和拉曼光谱温标) 在温度测量中的应用。最后,回顾了基于光谱学测量建立起来的布里渊散射系统对下地幔主要矿物(钙钛矿、方镁铁矿、斯石英等) 弹性波速测量取得的新成果,深入讨论了它们的地球物理意义,并对其未来的发展进行了展望。     

In-situ control of oxygen fugacity for laboratory measurements of electrical conductivity of minerals and rocks in a multi-anvil press

In this paper,a new of oxygen fugacity controltechnique that can be widely applied to in-situ measurement of the grain interior electrical conductivities of minerals and rocks is presented for high temperature and high pressure. Inside the sample assembly,a metal and corresponding metal oxide form a solid oxygen buffer. The principle of this technique is to randomly monitor and adjust oxygen fugacity in the large-volume multi-anvil press by changing the types of solid oxygen buffer,metal shielding case and electrodes. At a pressure of up to 5.0 GPa and a temperature of up to 1423 K,the electrical conductivities of the dry peridotite are tested under the conditions of different oxygen fugacities. By virtue of this new technique,more and more reasonable and accurate laboratory electrical property data will be successfully obtained under controlled thermodynamic conditions.