碳酸盐化地幔矿物与岩石的电导率

地球内部存在着许多低速高导层，对其成因的认识可以帮助人们理解板块构造和地幔的动力学过程。但低速高导层的成因究竟如何，人们看法不一。当前主流的观点是两类：硅酸盐熔体和水。但是，地震学的研究表明：大多数低速高导层内的熔体分数是1-2Vol%，而实验解释中所需的熔体分数是5-10 Vol%，二者相差很多；水几乎不能解释电导率大于0.1 S/m的高导现象，因为所需水含量超过了对应深度处矿物的最大含水量。但碳酸盐熔体的电导率远高于硅酸盐的，故其成为解释低速高导层的另一候选因素。本项目将系统地研究碳酸盐化地幔矿物和岩石的电导率随温度、压力变化的特征，确定熔体成分、形态等与电导率之间的关系以及碳酸盐熔体在地幔中的含量，从而探讨异常高导的成因和地球内部碳的赋存形式与迁移特征等。

地球内部存在着许多高导、异常高导层，对其成因的解释众说纷纭。因为已进行过大量硅酸盐化样品的电导率研究，近10年也进行了一系列含水橄榄石电导率的研究，故本项目进行了含碳酸盐熔体的矿物集合体和岩石样品的电性研究。主要的研究内容有4个方面：1、碳酸盐熔体对矿物（橄榄石、斜方辉石和石榴子石）的电导率的影响，2、碳酸盐熔体对地幔代表性岩石（橄榄岩、二辉橄榄岩、地幔岩和苦橄质榴辉岩）的电导率的影响，3、压力对地幔岩和苦橄质榴辉岩电性的研究，4、综合分析和解释高导层的成因。获得的主要实验结果和研究结论如下：1、在高压下，碳酸盐熔体可以极大地增加样品的电导率，如在3GPa、1650k左右，含1wt.％碳酸钙的二辉橄榄岩样品的电导率达到0.1S/m。2、在无水条件下，含碳酸钠熔体的地幔岩的电导率比地幔岩至少高1个数量级，而地幔岩的电导率比橄榄石的高约1.5个数量级；3、随着压力的增大，地幔岩的电导率略有增加，活化体积△V为-4.73cm3/ mol；苦橄质榴辉岩的电导率几乎没有变化，活化体积△V为-0.11 cm3/ mol。就电性方面而言，用苦橄质榴辉岩来表示深部的物质组成较为合理，在浅部，地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率随深度的变化主要受控于温度的影响，其次才是压力。4. 用来解释上地幔高导成因模型主要有三种：含水模型、含硅酸盐熔体模型和含碳酸盐熔体模型。上地幔大部分地区的高导层（0.1S/m）用含水或含硅酸盐熔体模型来解释比较合理；在某些异常高的高导层（>0.1S/m）地区，用含碳酸盐熔体模型来解释会更加合理。