中国科学院地球化学研究所机构知识库

高温高压下地球内部物质的电导率是人们基于野外大地电磁测深 (MT) 和磁测深 (GDS) 结果反演地球内部物质的组成、结构构造和热结构等不可或缺的地球物理参数，亦是人们了解地球内部物质的传输过程、微观晶格缺陷及与之相关的各种宏观性质和过程极为重要的窗口。长石作为地壳中含量最丰富的造岩矿物之一，其在高温高压下的电导率是构建含长石地壳岩石电导率模型的必备参数，同时能为人们了解含长石地壳岩石的流变过程、物质扩散过程以及热物理性质等提供极为重要的约束。本工作借助YJ-3000t六面顶高压设备和Solartron-1260阻抗/增益相位分析仪，在高温高压下首次系统地测量了钾长石、钠长石和钾-钠长石固溶体系列的电导率，对各自的导电机制进行了深入探讨，并对碱性长石电导率测量结果在固体地球科学中的应用进行了初步尝试。具体包括： 1. 在10-1-106 Hz频率范围内，利用交流阻抗谱方法，首次对多晶钾长石在873-1173 K、1.0-3.0 GPa温、压条件下和多晶钠长石在773-1073 K、1.0-3.0 GPa温、压条件下的电导率进行了原位测量。结果表明，钾长石和钠长石的电导率随温度的变化均符合Arrhenius关系，且均随着压力的升高而降低。基于该测量结果，获得了表征钾长石和钠长石中载流子导电行为的一整套Arrhenius特征参数，并推断出钾长石和钠长石的导电分别系钾离子和钠离子在各自晶格间隙位置间的迁移所致。 2. 首次在873-1173 K、1.0 GPa温、压条件下和10-1-106 Hz频率范围内，利用交流阻抗谱方法，原位测量了具不同端元组分的碱性长石固溶体的电导率，获得了1.0 GPa下碱性长石固溶体的电导率随温度和成分以及活化焓随成分的变化关系。通过将碱性长石中点缺陷的形成与迁移活化焓的理论计算结果与本实验所获得的活化焓及其随成分的变化结果进行分析对比进一步确定，在所研究的温、压范围内，碱性长石的导电系其中碱金属离子（K+或/和Na+）在各自晶格间隙位置间的迁移所致，并给出了相应的点缺陷反应方程式。 3. 基于该论文工作的测量结果，从对高温高压下碱金属离子在长石中扩散系数的约束和岩石电导率模型的建立两个方面，首次初步探讨了高温同时高压下碱性长石电导率在固体地球科学中的应用。