石墨对上地幔矿物的电导率影响及其地球物理启示

Electrical conductivity of mantle materials are important to understand the physical and chemical properties in the Earth's interior, in turn geodyanmics.Mechanisms of high conductivity layers(HCLs) in some the continental mantles, which can not be interpreted as high water content and partial melting, remains unclear.The presence of graphite in the grain boundary of mantle minerals is one of causes,which has not been tested by experiments yet.We attempt to study the microscopic stucture and the compositions as well as electrical conductivity of the mixture of graphite(transfering from diamond) and typical upper mantle minerals such as olivine and pyroxene to constrain the composition of continental mantle.We will build the electrical conductivity model and explore the thresold modle on how the grpahite contribute to the electrical conductivity. By combining experimental and simulation results, we will compare the models with the results deriverd form MT to obtian the alternative formation mechanism of high electrical conductivity layer.We believe that new progroess will be obtained in both experimetents and models in the future if this project will be supported and carried out.

地幔物质的电导率对于研究地球内部的物理化学性质以及地球动力学均有非常重要的意义。在部分大陆地幔中存在无法用高含水量和部分熔融来解释的特殊高导层，其形成机制尚不清楚。颗粒边界石墨的存在有可能是其主要的成因，但这种假设从来没有被实验所验证。本研究拟在地幔温度和压力条件以及石墨（由金刚石转变）稳定存在条件下，开展石墨对典型上地幔矿物如橄榄石和辉石电导率影响的实验与理论模型研究，该研究可以为大陆内部的电导率分布以及高导层的形成机制的研究提供必要的实验数据和理论模型，来获得这些大陆地幔的可能物质信息。在此基础上，建立电导率的实验室模型，探索石墨影响上地幔矿物电导率的理论模型；并将实验结果外推至地球深部，将实验室模型与大地电磁结果进行对比，从而获得该类地幔高导层的成因，本研究的开展，有可能在实验和理论方面获得创新性的结果。

地球内部的高导异常区一直是地球物理学家关注的一个重要方向，矿物岩石高温高压实验可以为这些高导异常区的成因的解释提供一定的实验依据。本项目在高温高压下开展了地幔矿物、岩石电导率研究以及石墨以及其他因素对于矿物、岩石电导率的影响，取得了系列成果，包括：(1)获得了地幔矿物岩石颗粒边界平衡态的石墨形态和石墨在地幔矿物边界联通的证据；（2）获得了相关地幔矿物、岩石的电导率数据，发现了近平衡态石墨增强地幔矿物岩石电导率的规律，即不仅与体积含量有关，而且与其形态有关，并在此基础上提出了石墨增强橄榄石电导率的门槛模型；（3）依据所获得的获得矿物岩石的电导率实验结果，并结合相应的地温梯度和岩石学模型，建立了不同地区电导率模型，解释了不同地区高电导率异常形成的原因，为大地电磁结果的解释提供了重要的实验依据。