高温高压下含盐水岩石的电导率实验研究：对地壳中的高电导率异常的启示

The current magnetotelluric (MT) data show that there are a lot of high conductivity anomalies in the middle-deep crust. These high conductivity anomalies cannot be interpretated by the normal crustal rocks. There are always some seismic scatterers in these regions and these regions are also characterized by low seismic wave velocity. Therefore, brine-bearing aqueous fluid is one of the best candidates. It's necessary to support this by electrical conductivity experiments of the brine-bearing rocks under high pressure and high temperature. This project aims to measure the electrical conductivity of three major minerals (plagioclase, clinopyroxene, and orthopyroxene) in the crust as functions of water content and NaCl concentration under 1 GPa and 400-1200 K. Based on the experimental results，we can constrain the origin of the high conductivity anomalies in the crust and build a 1-D conductivity-depth profile in the mid-lower crust.

现有的大地电磁探测表明，在全球范围内的中下地壳中存在大量的高电导率异常体，这些高导异常很难用正常的地壳岩石成份来解释。在出现高导异常的地区，往往同时出现地震散射体和低波速特征，比较理想的解释之一是含盐水流体。这就需要含盐水岩石的高温高压电导率实验数据约束。本课题拟在高温高压实验条件下（1GPa，400-1200K），测试具有不同水含量和盐度的三种主体矿物（斜长石、单斜辉石、斜方辉石）的电导率,为探讨在中下地壳的高电导率异常提供实验数据约束并建立中下地壳的一维电导率-深度剖面。

现有的大地电磁探测表明，在全球范围内的中下地壳中存在大量的高电导率异常体。合理解释中下地壳的高导异常备受岩石学、地球物理、地球化学等学科地质工作者的高度重视并引发广泛研究和讨论。这些高导异常很难用正常的地壳岩石成份模型解释，这一矛盾说明 在中下地壳必定存在具有连通相的高导物质。在出现高导异常的地区，往往同时出现地震散射体和低波速特征，比较理想的解释之一是含水流体。然而这些含水流体的具体成份、流体含量等具体信息，需要高温高压电导率实验进行甄别和定量约束。本课题在高温高压条件下，测试了具有不同水含量和盐度的水-岩、盐水-岩体系的电导率,为中下地壳的高电导率异常提供实验数据约束。通过对钠长石-水、钠长石-盐水、斜长石-盐水体系电导率的系统实验研究，我们发现：（1）若体系内流体含盐，其全岩电导率基本不随温度变化，而与流体含量与盐度正相关；（2）钠长石、斜长石在流体中的溶解会对全岩电导率造成较大影响，总的来说，固相成份中钠含量越高，全岩电导率越大；（3）钠长石-盐水、斜长石-盐水体系的二面角小于60度，流体可以形成连通相，但是固相成份中钙含量越高，体系的连通性会下降；（4）通过固-液体系电导率测量计算出的纯流体电导率远低于对纯流体测量得到的电导率，这可能是固相成份在流体中的溶解产生的一些岛状和链状聚合物降低了全岩的电导率，因而影响纯流体的电导率的计算。通过实验我们得出以下科学认识：（1）流体中若不含盐，很难用流体成因模式解释大陆中下地壳的高导异常；（2）若固相成份为钠长石时，0.1S/m的高导异常可能是由盐度为3.4 wt%、体积分数为1%的流体造成，而盐浓度为10.5 wt%、流体体积分数为0.3-2.5 vol%的含盐水钠长石-石英体系可以解释我国藏南中地壳深度出现的0.1-1 S/m 的高导异常值；（3）若固相成份为斜长石（An53Ab47）时，高导异常可能是由高盐度的流体造成，0.1和1 S/m的高导异常分别需要盐度为25%，含量为1vol%和9vol%含水流体来解释。