实验研究熔体/流体电导率及其对喜马拉雅-青藏高原地壳高导区的制约

Magnetotellurics (MT) is a powerful tool to detect the electrical structure of the Earth. And the explanation of the MT results requires electrical conductivity measurement on various materials. Because the electrical conductivity is sensitive to composition, yet the data of the electrical conductivity of hydrous silicate melt and aqueous fluid are still insufficient, it impedes the calculation of the electrical conductivity for melt with specific composition, or the electrical conductivity of aqueous fluid with multiple components. MT has detected anomalously high-conductivities in the crust of Himalaya-Tibetan Plateau, which is suggested by the existence of hydrous silicate melt from partial melting, or aqueous fluid. However, the quantitative constraints on such high-conductive zone are still ambiguous due to the lack of electrical conductivity measurements on the hydrous peraluminous rhyolitic melt, or aqueous fluid with the components from metapelite related to this region. Therefore, this project plans to measure the electrical conductivity of hydrous peraluminous rhyolitic melt and aqueous fluid with components from metapelite at various temperatures and pressures, taking the Himalayan leucogranite and metapelite as the starting materials. By combing with geophysical and geochemical studies, this study will provide evidence to identify the mechanism of high-conductive anomaly, as well as to quantify the physicochemical status of the conductive zones in the crust of Himalaya-Tibetan Plateau.

大地电磁测深是探索地球内部结构的有力工具，而对大地电磁测深结果的解释和定量制约离不开电导率实验测量。电导率与物质的组成密切相关，但目前关于含水熔体和富水流体电导率的测量仍十分有限，因此难以根据现有的数据来计算特定成分的熔体电导率和含多组分的流体电导率。大地电磁测深发现喜马拉雅-青藏高原地壳中广泛存在着高导异常区域，被认为可能是地壳岩石部分熔融形成的含水熔体或该区域存在富水流体造成的。但由于缺乏对该区域有针对性的含水过铝流纹质熔体电导率和含变泥质岩组分的富水流体电导率的实验研究，难以对该地区的高导异常进行更准确的定量制约。因此本项目拟采用喜马拉雅淡色花岗岩和变泥质岩为初始物，在高温高压条件下系统地测量含水过铝流纹质熔体的电导率以及含变泥质岩组分的富水流体的电导率，并结合地球物理和岩石地球化学研究，以期为喜马拉雅-青藏高原地壳中高导异常的成因提供判别依据，并对该区域的物理化学状态做出定量制约。

大地电磁测深可以帮助了解地球内部的电性结构，而对大地电磁测深结果的解释和定量制约需要对不同物质的电导率进行实验测量。电导率与物质的组成密切相关，但前人关于含水熔体和富水流体电导率的测量仍十分有限，限制了对大地电磁测深结果的详细解度。大地电磁测深发现喜马拉雅-青藏高原地壳中广泛存在着高导异常区域，被认为可能是地壳岩石部分熔融形成的含水熔体或该区域存在富水流体造成的。但由于缺乏对该区域有针对性的含水过铝流纹质熔体等熔体电导率和含变泥质岩组分的富水流体电导率的实验研究，难以对该地区的高导异常进行更准确的定量制约。.本项目采用了天然喜马拉雅淡色花岗岩和人工合成的钾玄岩玻璃及霞石岩玻璃为初始物，将阻抗分析仪与活塞圆筒压机结合，在高温高压条件下系统测量了三种不同成分的含水和二氧化碳熔体电导率。研究结果发现，这些熔体电导率均随着温度的升高而增加，随着压力的增大而降低，水对熔体电导率有极大的提升作用，而二氧化碳在含量不高的情况下对熔体电导率的提升效果明显弱于水的作用。实验结果还显示，水对提高钾玄质熔体电导率的作用远大于其它亚碱性熔体，这是因为在含水钾玄质熔体中，除了Na+之外，K+、Ca2+、Mg2+等离子也对熔体电导率有明显的贡献。通过总结实验数据，对不同组分的熔体分别建立了电导率随温度、压力和水含量变化的定量模型。这些定量模型被应用于约束喜马拉雅-青藏高原地壳等高导异常区的熔体比例和含水性，发现青藏高原地壳中高导异常区很可能是高水含量的熔体存在造成的。本项目还研究了含变泥质岩组分的富水流体的电导率，获得了部分相关数据。将熔体和流体电导率测量结果相结合，为喜马拉雅-青藏高原地壳中的高导异常成因提供了判别依据，并对该区域的物理化学状态做出了定量制约。.