花岗岩部分熔融电导率研究及其对青藏高原地壳高导异常的启示

来源 :中国地震局地震预测研究所 | 被引量 : 2次 | 上传用户:javashhai2
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青藏高原隆升及物质迁移是众多科学家关注的焦点问题之一,布设在青藏高原多条电磁剖面的大地电磁测深结果对于理解这一重要科学问题发挥了重要作用。这些大地电磁剖面结果表明:青藏高原中下地壳中普遍存在高导层,其电导率值可达到~0.01S/m的量级。然而对于解释产生青藏高原地壳高导异常这一现象的原因仍不清楚。岩石的部分熔融被认为可能是青藏高原中下地壳高电导率形成的重要原因之一,因此需要进一步开展青藏高原中下地壳的代表性岩石的高温高压电导率研究。虽然前人已经对于青藏高原花岗岩的电导率进行了研究,但是仍然需要更多的实验研究来为该区的电磁异常提供证据。青藏高原具有特殊的地质构造,使得该区域的岩石也具有“特殊性”,因此开展青藏高原地区的岩石电学性质研究,对认识该区域地壳的电性结构以及高导层的成因具有重要意义。本文选取藏南地区淡色花岗岩作为研究对象,采用高温高压实验和部分熔融电导率计算方法,探究淡色花岗岩发生部分熔融时的电导率与青藏高原地壳高导层的关系。首先,通过六面顶压机在0.5~2.0 GPa和773~1373 K条件下,使用Solartron 1260阻抗谱仪获得了藏南地区淡色花岗岩熔体的阻抗值,并讨论了温度、压力及熔体对电导率的影响。其次,结合部分熔融电导率模型计算方法,遴选出了适用于本文实验样品发生部分熔融时电导率计算方法HS~+上边界模型。最后,将淡色花岗岩电导率实验结果、HS~+上边界模型计算结果与大地电磁测深结果对比分析,讨论了青藏高原地壳高导层可能的成因。获得的主要创新性结论如下:(1)温度对淡色花岗岩电导率影响很明显。随着温度的升高样品的电导率增大,温度的倒数与电导率的对数值呈线性相关,两者之间满足Arrhenius关系式。在773~1223 K时样品的活化焓为1.01~1.09 e V,在1223~1373 K时的活化焓为2.16~2.97 e V。不同温度段内活化焓的变化可能与花岗岩样品的熔融有关,通过分析认为花岗岩部分熔融时导电机制为离子导电,Na~+起主导作用。(2)压力对电导率的影响相对较弱。随着压力的升高,样品电导率会有略微的下降。压力对电导率的影响可以用活化体积来表征,通过计算在773~1223K时活化体积?(1为1.63 cm~3/mol,在1223~1373 K活化体积?(1为6.64 cm~3/mol。这也说明在低温阶段压力对电导率的影响弱于高温段压力对电导率的影响。(3)淡色花岗岩发生部分熔融时的电导率值落在大地电磁发现的高导层电导率范围内。根据HS~+上边界固熔两相混合模型计算,熔体体积含量在10%~15%时的电导率与大地电磁观测的高导层电导率值接近。青藏高原地壳高导层的成因可能与该区域淡色花岗岩在地壳深部发生部分熔融有关,估算熔体体积含量约10%~15%。
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