地壳深部流体——NaCl-H2O高温高压实验观测及其科学意义

为了研究地壳深部流体性质,使用有金刚石窗口高压腔观察NaCl-H₂O饱和溶液在高温高压下相关系。实验观测的NaCl-H₂O溶液盐度为32％～50％左右,温度为25～850℃,压力为0.1～1000MPa左右。这个温度-压力范围内,可以看到超临界单一相、气-液-固三相,接近临界态的二相不混溶的蒸汽相与液相（L+V）。发现35％盐度NaCl溶液的二相不混溶区的温度区间是250（±3）～721℃。约在575～650℃范围内,二相不混溶区性质极不稳定,可能是一种“临界现象”:L-V二相界面几乎不停顿地“爆破”,界面分不清,L-V之间不停地转变。当温度抵达某一值时,不混溶的L-V相界线突然消失。并且还观察到二相不混溶液具有一种特殊结晶结构,或者结晶对称性。     

不混溶流体与变质硅质大理岩相互作用的实验研究

流体的不混溶在自然界是一种常见的地质现象,这主要表现在两方面:(1)野外对硅质大理岩的详细研究表明其变质过程中流体的主要成分为NaCl-H_2O-CO_2,并且证实了流体的不混溶影响变质岩的矿物组合,变质温度和压力以及变质矿物的结构.(2)近几年用人造气液包裹体方法研究热液性质时发现不混溶流体可以存在于很高的温度和压力下.过去人们对不混溶流体的广泛存在以及不混溶流体与变质岩矿物组合的相互作用对变质过程的重大影响没有足够的认识,在研究变质硅质大理岩与流体相互作用的实验中所涉及的流体仅仅为     

黑云母花岗岩与富碱热液(Na、Li)互相作用的实验研究

黑云母花岗岩与水溶液的互相作用将因不同的温度、压力(包括逸度)和溶液组分而产生不同的结果。作者已经报道了它在NaCl-H_2O体系和Li_2CO_3-NaF-H_2O(同时控制fo_2和fHF)体系中的研究结果。本文叙述它在温度550—650℃、压力1000bar和只控制氧逸度条件的Li_2CO_3-NaHCO_3-H_2O体系中的一些结果。     

人工合成H2O及NaCl-H2O体系流体包裹体低温原位拉曼光谱研究

盐水化合物低温时具有特征的拉曼光谱, 已有实验证明这种拉曼光谱适合于判定标准溶液的溶质性质. 人工合成流体包裹体作为天然包裹体的参照物, 可以被用来验证许多涉及流体包裹体的假设的有效性, 也是检验激光拉曼法测定单个流体包裹体溶质性质可行性的关键. 本文采用Sterner和Bodnar提出的方法, 在50/100 MPa, 500~600℃范围内合成了纯H₂O体系和NaCl含量为5.12, 9.06, 16.6, 25wt%的NaCl-H₂O体系的流体包裹体. 联合使用冷热台和激光拉曼探针, 在低温(-180℃)时原位测定采集了冰及水石盐(NaCl·2H₂O)的拉曼光谱. 研究表明合成包裹体的盐水化合物(NaCl·2H₂O)具有特定的拉曼光谱, 可以做为鉴定自然界水-盐体系包裹体中NaCl存在的标准. 包裹体中的水在冷冻后以结晶冰的形式出现, 而不是以非晶质的固体(水玻璃)形式出现. 初次冷冻后采集的原位拉曼谱显示了明显的冰峰(3098 cm^-1), 但没有典型的水石盐拉曼谱峰出现. 随着温度的升高, 在-40~-22℃温度区间观察到明显的相变, 其代表了水石盐的结晶事件而不是熔化事件, 对低于NaCl-H₂O体系低共熔点(-20.8℃)的相转变温度的解释应该慎重. 盐水化合物的拉曼谱与冰的拉曼谱的相对强度及截面之比, 指示出流体包裹体盐度的相对大小. 水石盐的3423 cm^-1峰与冰峰(3098 cm^-1)的峰高、峰的截面积之比是获得NaCl-H₂O体系盐度信息的比较理想的参数.     

利用不混溶流体包裹体作为地质温度计和地质压力计

一、非均匀系统和不混溶包裹体具有完全相同的物理化学性质的均匀相叫均匀系统,它为单相系。而组成部分有差別的系统叫非均匀系统,它们有的组成部分有边界可分称为复相系,有的无边界可分称为不均匀连续系。体系存在的状态由温度、压力、组分浓度和其它性质等物理化学条件而决定。如某一体     

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的结晶机制

由于有些聚合物会结晶而引起了对聚合物结晶形态与机制的广泛研究.结晶聚合物常形成球晶,球晶结晶的机制已经过充分研究.然而在氟聚合物中常发现棒晶及其他非球晶形态,非球晶结晶的机制至今仍不清楚.在前文中,作者发现四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP共聚物)的形态强烈地依赖于在310—320℃附近的熔体温度.当熔体温度保持在熔点以上、310℃以下时,冷却结晶形成无规晶片.当熔体温度在320℃以上时,则形成球晶.形态随熔体温度的变化,显然与熔体结构随温度的改变有关.熔体中常见的相变是液晶相转变.本文将研究熔体中发生的转变,并根据熔体相态及结晶速率的变化,来解释非球晶结晶的机制.     

中温烧结Ca[(Li1/3Nb2/3), Ti]O3-δ 微波介质陶瓷

研究了B2O3对Ca（Li1/3Nb2/3）O3-δ的烧结性能、物相和微波介电性能的影响.实验结果发现,添加0.5％～4％B2O3可使该陶瓷的烧结温度从1150℃降低到1000℃而不降低微波介电性能,X射线表明材料是正交相结构,但是非化学计量Ca（Li1/3Nb2/3）O3-δ随着B2O3含量的增大向化学计量Ca（Li1/4Nb3/4）O3过渡;在 Ca[（Li1/3Nb2/3）1-x,Tix]O3-δ（0≤ x≤0.5）系统中,Ti含量增大时介电常数K增大,Q·f值减小,而谐振频率温度系数（τf）从负变正,对于x=0.2的试样,得到 K=40,Q·f=20500GHz,τf=0的一类新型中温烧结微波介质材料.     

α-FeOOH和γ-FeOOH分别制备BaFe_(12)O_(19)的形成历程及磁性能对比

分别以α-FeOOH和γ-FeOOH为原料,经化学沉淀-局部规整法制备了棒状BaFe12O19,通过XRD,FT-IR,SEM及VSM技术对两种FeOOH制备BaFe12O19的形成历程及磁性能进行了对比研究.形成历程可归纳为:以α-FeOOH和γ-FeOOH为原料制备的前驱体α和前驱体γ均为针状结晶态BaCO3包覆FeOOH复合物,前驱体在焙烧过程中经过FeOOH脱羟基反应、中间相α-Fe2O3和BaFe2O4生成反应及两中间相反应得到终产物BaFe12O19.然而,前驱体α焙烧中间相α-Fe2O3直接由α-FeOOH脱羟基形成,而非γ-FeOOH脱羟基生成的γ-Fe2O3再经相转变而形成,因而其结晶有序程度相对较高;这进一步引起发生BaFe2O4生成反应时,前驱体α焙烧物中BaCO3的结晶有序程度较高且其焙烧中间相BaFe2O4生成速率略低和结晶有序程度略高.这些差异导致前驱体α1000℃焙烧物的结晶有序程度和纯度均低于前驱体γ1000℃焙烧物,但颗粒长径比却较高,进而引起前驱体α1000℃焙烧物呈现较高的矫顽力、饱和磁化强度和剩余磁化强度.     

QLT处理9Ni低温钢精细结构的动力学模拟和实验

采用Thermo-Calc/Dictra热力学/动力学计算方法完成了淬火-两相区淬火-回火(QLT)处理9Ni低温钢精细结构的动力学模拟.计算结果表明,9Ni钢经QLT热处理后,在同一马氏体板条内部产生多处成分起伏,C含量的峰值为0.40%左右,而Ni含量的峰值达到18%左右.随着两相区淬火温度的降低或回火温度的提高,成分富集区的宽度提高.回火时间的延长和回火温度的提高具有类似的效果.实验观察结果和计算结果较为吻合.     

随州陨石冲击熔脉中的NaAlSi_3O_8-锰钡矿和其他高压相矿物

随州陨石含有很少几条宽度仅为0.02～0.09 mm的细熔脉, 在其中发现了多种冲击成因的高压相矿物, 如粗粒的NaAlSi3O8-锰钡矿、林伍德石、镁铁榴石以及细粒的镁铁榴石-镁铝榴石固熔体. 这是在含熔脉极细的球粒陨石中发现高压相矿物的第1例. 随州陨石熔脉中的锰钡矿结构斜长石为单质矿物相, 它不与钠长石玻璃一类的硅酸盐玻璃相结合在一起. 上述数种高压相矿物的存在限定了随州陨石熔脉内矿物所受的压力最高达23～24 GPa, 温度最高达1900～2000℃, 同时还说明随州陨石熔脉内高压状态的保持时间应较长(数秒钟), 这样才能使硅酸盐矿物在高压下进行固态相转变或从熔体中晶出. 在随州陨石中发现自然界第1例单相晶质NaAlSi3O8-锰钡矿, 对了解碱金属在深部地幔中的地球化学行为具有重要意义.     

徐淮地区早侏罗世侵入杂岩体中榴辉岩类包体的发现及其地质意义

分布于皖北和苏北徐淮地区的早侏罗世侵入杂岩体主要由二长闪长斑岩组成，其形成时代为191Ma，岩体中含有大量的榴辉岩类包体，主要由榴辉岩和石榴辉石岩组成，它们经历了榴辉岩相高压变质和角闪岩相退化变质两个阶段。包体榴辉岩中的石榴石以铁铝榴石为主；单斜辉石主要是绿辉石和普通辉石。矿物组合及温度和压力计算结果表明，该类包体榴辉岩相变质的温度和压力条件为大于1.2-1.5GPa和709-861℃；角闪岩相退化变质的温度和压力条件为0.70-1.03GPa和666－738℃，该类高压捕虏体的发现不仅对了解华北陆台南缘深部陆壳的物质组成与结构具有重要意义，而且可能对认识大别－苏鲁超高压变质带的俯冲－碰撞－折返演化过程产生重要影响。     

汉诺坝下地壳-上地幔包体的岩石圈热动力学记录

对汉诺坝含石榴石下地壳-上地幔包体中主要矿物核部至边部的化学组成进行了详细的电子探针分析. 核部至边部的温度-压力变化表明麻粒岩包体记录了增温、增压作用; 核部温度>930℃的地幔包体表现出降温、降压特征, 核部温度<930℃的地幔包体的温度-压力变化不明显. 这些包体记录的最终压力主要为0.9~1.5 GPa. 个别麻粒岩包体向榴辉岩相过渡的岩石学特征可能属于增温、增压过程中麻粒岩向榴辉岩转变的中间产物. 综合已有研究, 我们认为这些包体记录的温度-压力变化反映了它们被玄武岩捕获前经历的一次重要的岩石圈减薄作用及之前的岩石圈加厚作用.     

高温高压下稀盐酸溶液电导率的测定

超临界流体具有低粘度、高扩散性、宽的密度范围以及很强的溶解能力等特殊性质.由于其溶解能力随压力和温度的变化,能在非常宽广的范围内调节,所以一种超临界流体能担当多种流体溶剂的作用.目前超临界流体成为化学界、工程界和地学界研究的热点.尽管超临界流体有广泛的应用前景,但对其性质还知之甚少,主要原因是研究超临界流体必须具备特殊的高温高压设备和专门的测量装置.Ｆｒａｎｔｚ等人[1]报道了超临界ＨＣｌ的电导率和分解常数.他们实验的温度范围为100～700℃,压力范围为005～04ＧＰａ.与Ｆｒａｎｔｚ的活塞圆筒式压力设备不同,我们的…     

利用微粒过滤器同时催化去除柴油机微粒和NOx

通过在柴油机微粒过滤器(DPF)上涂覆复合金属氧化物催化剂Cu0.95K0.05Fe2O4,对同时催化去除柴油机排放的NOx和微粒(PM)反应特性及机理进行了研究.在程序升温反应过程中观察到NOx的还原和CO2的形成出现在相同的温度范围内,证实了在柴油机排气氧化气氛中同时去除NOx和PM反应的发生.柴油机微粒中的可溶有机成分(SOF)和固体碳粒(soot)分别在较低的温度和较高的温度下还原NOx,NOx浓度降低了18％左右.在催化剂作用下,PM的燃烧温度下降了150℃以上.微粒在不同气氛中的催化氧化燃烧活性为NO O2>O2>NO.该方法集PM的捕集、PM的氧化燃烧和NOx的还原等功能于一体,是一种有发展前途的柴油机排放后处理新技术.     

挑战生命的极限

向海洋深处进发 这里海水深达数千米,甚至万米,海水压力随着水深每增加10米约增加1个标准大气压,在1万米的深渊,压力相当于1000个标准大气压;海水吸收阳光,海深200米以下几乎没有阳光;除个别海域水温较高外,深海水温平均为1～3℃,最低可达-1.8℃;海水中含有各种无机盐,盐度较高,在35‰左右,虽然各大洋因所处地理位置不同有所变化,但变化不大;海水的含氧量随深度加深而减少,通常500 ～ 1000米水深处含氧量最低,其上下水层含氧量均较高;海底的沉积物多为软泥和黏土,含有少量的有机物.     

纳米相铁电钛酸铅超微粉的相变

随着光电子学的发展,纳米材料正起着越来越重要的作用.近来的理论研究表明,纳米尺寸的半导体微晶具有较高的三阶非线性极化率和快速响应速度.因此,纳米材料的研究十分活跃.但由于多元化学组成和很高的结晶温度,采用普通的工艺以及气相冷凝的方法难于得到纳米尺寸的铁电粒子.然而,体材料中纳米相的研究可以追溯到50年代,Kanzig在纯净的BaTiO_3中观察到了环境温度高于Curie温度时存在着尺寸为10～100nm的极性微区.这种极性微区现在称为Kanzig微区.后来,扩散相变的研究、微畴-宏畴转变的研究等都采用了这一概念.     

利用团簇同位素恢复沉积盆地热历史的探索

海相碳酸盐岩层系由于缺乏有效的古温标,其热历史的恢复一直是困扰地球科学界的难题.碳酸盐团簇同位素(clumped isotope)作为一种新兴的古温标,在碳酸盐岩地层热历史研究中展现出了巨大的潜力.本文选取了塔里木盆地与四川盆地多口钻井受后期成岩作用影响较弱的碳酸盐岩样品进行团簇同位素古温标(Δ47)测试与分析,探讨了不同岩性的深层自然演化碳酸盐岩样品Δ47温度的意义、方解石团簇同位素~(13)C-~(18)O键固态重排规律以及沉积盆地热历史对不同岩性的团簇同位素的影响.塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区碳酸盐Δ47为0.443‰～0.634‰,计算团簇同位素温度为49.9～201.7℃,川中古隆起碳酸盐Δ47为0.423‰～0.537‰,计算团簇同位素温度为105.7～233.5℃.测得的团簇同位素温度远高于可能的成岩温度,表明上述研究区自然样品的碳酸盐团簇同位素受到了后期埋藏升温作用的影响,可能发生了~(13)C-~(18)O键的固态重排.根据塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区团簇同位素温度与钻孔温度关系推测自然样品方解石团簇同位素~(13)C-~(18)O键固态重排的"封闭温度"不高于120℃,热力学"平衡温度"不低于160℃,与国外实验室条件下得到的结果相一致.综合分析认为一阶近似模型能够较为准确地描述盆地热历史对方解石~(13)C-~(18)O键固态重排的影响;而盆地热历史对白云石团簇同位素影响的热演化模型还需要进一步研究.     

多孔介质中两相不可压流驱动问题的新数值方法及理论分析

多孔介质中渗流驱动问题的一般数学模型是关于压力和浓度的耦合非线性偏微分方程组.本文考虑不可压二相流驱动问题,采用一种新的数值方法求解浓度方程,建立了可显式计算的数值格式,即在每个离散时间层上直接给出近似解的显式表达式,克服了用有限元或差分法进行数值计算时必须解大型代数方程组的困难.由于求解是显式的,容易实现并行计算,计算格式是无条件稳定的.文中给出近似解的最优阶误差估计和格式的稳定性分析.1 数值格式考虑二相不可压混溶流(对不混溶情况可完全类似地讨论)驱动问题的初边值问题其中Ω=(a_1,b_1)×(a_2,b_2)是R~2中的有界矩形区域.J=(0,T],p是压力,u=(u_1,u_2)是Darcy速度,c是一相流体的浓度,φ是岩石的孔隙度,是扩散矩阵,n是(?)Ω单位外法向量,其余参数的物理意义见文献[1～6].相容性和唯一性条件分别是     

光发射电子显微镜研究CO和O2在Ag/Pt(110)表面的吸附和反应

用原位蒸镀的方法制备Ag/Pt(110）模型催化剂并用发光射电子显微镜（PEEM）在10^-5-10^-2Pa范围原位地研究了480K时CO2和O2在模型催化剂表面上的吸附和反应。500K退火后,模型催化剂表面由Pt(110),AgPt界面和Ag区域组成。压力对CO和O2在银区域的吸附的影响远远大于其对CO和O2在Pt(110)及AgPt界面的吸附的影响。AgPt界面和Ag区域上有Pt团族的形成。与Pt(110)平台相比,Pt团簇具有更强的吸附CO的能力。银的存在对Pt(110)表面CO氧化反应动力学有明显的影响。在Pt(110)表面有反应扩散波形成的反应条件范围内。AgPt界面观察不到任何时空斑图。     

随州陨石冲击熔脉中的NaAlSi3O8-锰钡矿和其他高压相矿物

随州陨石含有很少几条宽度仅为0.02-0.09mm的细熔脉,在其中发现了多种冲击成因的高压相矿物,如粗粒的NaAlSi3O8-锰钡矿、林伍德石、镁铁榴石以及细粒的的镁铁榴石-镁铝榴石固溶体。这是在含熔脉极细的球粒陨石中发现高压相矿物的第1例。随州陨石熔脉中的锰钡矿结构斜长石为单质矿物相,它不与钠长石玻璃一类的硅酸盐玻璃相结合在一起。上述数种高压相矿物的存在限定了随州陨石熔脉内矿物所受的压力最高达23-24GPa,温度最高达1900-2000℃,同时还说明随州陨石熔脉内高压状态的保持时间应较长（数秒种）,这样才能使硅酸盐矿物在高压下进行固态相转变或从熔体中晶出。在随州陨石中发现自然界第1例单相晶质NaAlSi3O8-锰钡矿,对了解碱金属在深部地幔中的地球化学行为具有重要意义。