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六面顶压机高压腔体温度场的数值模拟

高压物理学报 2012年第2期26卷 135-140页

作者：刘芳刘永刚谢鸿森中国科学院地球化学研究所贵州贵阳550002 中国科学院研究生院北京100049

以有限元法为分析手段,在模型和边界条件适当简化的条件下,对六面顶压机高压腔体的温度场进行了数值模拟计算,得出了腔体内的温度分布。在此基础上通过调整模型参数,定性讨论了样品组装设计中组装材料、加热器形状以及导电金属环厚度对... 详细信息

以有限元法为分析手段,在模型和边界条件适当简化的条件下,对六面顶压机高压腔体的温度场进行了数值模拟计算,得出了腔体内的温度分布。在此基础上通过调整模型参数,定性讨论了样品组装设计中组装材料、加热器形状以及导电金属环厚度对温度场的影响。数值模拟结果表明:用氧化锆替代叶蜡石作为堵头和保温材料可以提高样品区的温度,降低功率的消耗并减小样品区的温度梯度;与圆筒形加热器组装相比,中间厚两端薄的变圆筒形加热器组装能提供更高的样品中心温度和较小的温度梯度;使用导电金属环的加热组装时,适当增加金属环的厚度有利于获得较理想的温度分布。研究结果对优化高压实验的样品组装设计、改善温度梯度及保护设备具有一定的参考价值。

关键词：六面顶压机温度场样品组装设计数值模拟

高压下玄武岩浆的不混溶及其对双峰式火山岩的成因意义

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岩石学报 2003年第4期19卷 745-751页

作者：郑海飞陈斌孙樯谢鸿森造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地质学系北京100871 中国科学院地球化学研究所贵阳550002

我们在温度850～1300℃,压力1.0～3.0GPa和含约2％水的条件下的碱性玄武岩熔融实验产物中发现:在高于2.0GPa压力下玄武岩熔融后的淬火产物中存在着两种不同成分的玻璃,其中一种呈褐色,另一种为浅色或无色。玻璃的电子探针分析结果表明,... 详细信息

我们在温度850～1300℃,压力1.0～3.0GPa和含约2％水的条件下的碱性玄武岩熔融实验产物中发现:在高于2.0GPa压力下玄武岩熔融后的淬火产物中存在着两种不同成分的玻璃,其中一种呈褐色,另一种为浅色或无色。玻璃的电子探针分析结果表明,褐色玻璃具有相对高的MgO、FeO和相对低的SiO_2、K_2O、Na_2O含量及Na_2O>K_2O的特征。熔体的不混溶间隙与温度无明显关系,但与压力关系密切,即在大于2.0GPa的压力条件下两种玻璃的不混溶间隙突然增大。因此,由不混溶作用形成的双峰式火山岩应来自大于2.0GPa的上地幔,且是能够提供酸性端员物质以及快速上升的构造环境。这与双峰火山岩可以产生于大陆裂谷环境或主要产于俯冲带的弧后拉张环境而不是岛弧前缘一致。

关键词：玄武质岩石中酸性岩高压熔融实验高压不混溶

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水在钠长石熔体中溶解类型的实验研究

高压物理学报 2001年第3期15卷 193-198页

作者：孙樯郑海飞谢鸿森郭捷北京大学地质系地球化学教研室中国科学院地球化学研究所深部物质实验室贵州贵阳550002 中国科学院地球化学研究所深部物质实验室

根据对含水钠长石玻璃的FTIR光谱研究 ,认为水在钠长石熔体中同时以OH- 和H2 O形式存在 ,这分别对应于FTIR光谱中的 4 5 0 0cm- 1及 5 2 0 0cm- 1谱峰。此外 ,研究表明在溶解初期水主要以OH- 存在于熔体中 ,随着熔体中水含量的升高 ,H2 ... 详细信息

根据对含水钠长石玻璃的FTIR光谱研究 ,认为水在钠长石熔体中同时以OH- 和H2 O形式存在 ,这分别对应于FTIR光谱中的 4 5 0 0cm- 1及 5 2 0 0cm- 1谱峰。此外 ,研究表明在溶解初期水主要以OH- 存在于熔体中 ,随着熔体中水含量的升高 ,H2 O分子则成为主要的溶解类型。而且 ,水的溶解类型变化与熔体粘度变化特征是一致的。

关键词：水钠长石玻璃溶解类型实验研究 FTIR光谱熔体粘度霏细岩

290K下0.1～600MPa水的Raman光谱原位研究

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光谱学与光谱分析 2004年第8期24卷 963-965页

作者：孙樯郑海飞谢鸿森徐济安 Hines E 北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国科学院地球化学研究所贵州贵阳550002 Carnegie Institute of Washington Charles and Colvard

在 2 90K和 0 0 1～ 6 0 0MPa条件下 ,就压力对液态水对称伸缩振动的影响进行了原位Raman散射光谱研究。表明 :( 1)在 0 1～ 2 0 0MPa范围内 ,(ν1) max随着压力升高而减小 ;( 2 )在 2 0 0～ 4 0 0MPa范围内 ,压力升高导致 (ν1) max... 详细信息

在 2 90K和 0 0 1～ 6 0 0MPa条件下 ,就压力对液态水对称伸缩振动的影响进行了原位Raman散射光谱研究。表明 :( 1)在 0 1～ 2 0 0MPa范围内 ,(ν1) max随着压力升高而减小 ;( 2 )在 2 0 0～ 4 0 0MPa范围内 ,压力升高导致 (ν1) max增大 ,并在 4 0 0MPa时达到最大值 ;( 3) (ν1) max随着压力的进一步升高 ( >4 0 0MPa)而降低。这表明在 2 0 0和 4 0 0MPa时 ,液态水结构的变化是不连续的 ,这也与在该压力范围内rOO 的变化特征是一致的。可认为与冰Ⅰh→冰Ⅲ→冰Ⅴ的相变相类似。

关键词：液态水压力对称伸缩振动原位Raman散射光谱相变氢键

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地球深部科学中的静态超高压实验研究

科学通报 1997年第8期42卷 785-791页

作者：谢鸿森侯渭中国科学院地球化学研究所贵阳550002

目前超深钻探的最大深度只有13km,幔源岩石所提供的上地幔物质成分资料一般涉及的深度也仅在200km以内,全球性地球物理测量虽然能提供地球深部从地幔直至地球核心的物理参数,但无法了解地表以下各层圈的物质组成,因而开展超高压下的模... 详细信息

目前超深钻探的最大深度只有13km,幔源岩石所提供的上地幔物质成分资料一般涉及的深度也仅在200km以内,全球性地球物理测量虽然能提供地球深部从地幔直至地球核心的物理参数,但无法了解地表以下各层圈的物质组成,因而开展超高压下的模拟实验研究对于了解地球深部物质的成分、性质和状态非常重要.超高压实验技术分为两大类型:动态超高压实验技术和静态超高压实验技术.动态超高压实验技术是利用各种爆轰装置产生冲击压力,同时在瞬间产生高温.在地球内部,物质一般处于静高压状态,因而动态超高压实验一般仅用来进行核幔边界区和地核物质状态方程的测定,所获得的实验结果可为静高压实验研究提供基础资料,而其他关于地球深部的模拟实验研究主要是在静态超高压实验装置中进行的.

关键词：地幔地核地球深部科学超高压实验静态

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高温高压下滑石的电导率实验研究

地球物理学报 2001年第3期44卷 429-435页

作者：朱茂旭谢鸿森郭捷许祖鸣中国科学院地球化学研究所贵阳550002

在 1 0GPa和 2 0GPa、40 0～ 860℃条件下测定了滑石的电导率 .实验表明 ,增大压力 ,滑石的电导率增大 ,其导电机制为电子导电 ;在整个实验温度范围内电导率与T的关系都符合Arrhenius公式 ,滑石的脱水没有引起电导率的突然变化 ,表明... 详细信息

在 1 0GPa和 2 0GPa、40 0～ 860℃条件下测定了滑石的电导率 .实验表明 ,增大压力 ,滑石的电导率增大 ,其导电机制为电子导电 ;在整个实验温度范围内电导率与T的关系都符合Arrhenius公式 ,滑石的脱水没有引起电导率的突然变化 ,表明并不是所有的含水矿物的脱水都会引起电导率的急剧上升 .电导率的急剧增加还可能与矿物的含水量、脱水后自由水含量及连通度等因素有关 .

关键词：高温高压滑石电导率含水量自由水量连通度电子导电导电机制

2.0GPa、室温至1200℃条件下斜长角闪岩的纵波速度及其衰减

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高压物理学报 2002年第3期16卷 176-182页

作者：岳兰秀谢鸿森刘丛强吴丰昌中国科学院地球化学研究所

利用YJ 30 0 0t压力机 ,在 2 .0GPa、室温至 1 2 0 0℃条件下 ,测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度 (vp)和力学品质因子 (Q值 )。实验结果表明 :斜长角闪岩的vp 和Q值随温度的升高而降低 ,在升温的初始阶段 ,vp 和Q值随温度下降的... 详细信息

利用YJ 30 0 0t压力机 ,在 2 .0GPa、室温至 1 2 0 0℃条件下 ,测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度 (vp)和力学品质因子 (Q值 )。实验结果表明 :斜长角闪岩的vp 和Q值随温度的升高而降低 ,在升温的初始阶段 ,vp 和Q值随温度下降的幅度较小 ,随着温度的升高其下降的幅度逐渐增大 ;由于斜长角闪岩的各向异性 ,导致了在三个方向上vp 随温度而下降的幅度显著增大时的温度不同 ,其中x和y方向为 81 2℃ ,z方向为 673℃。而在各方向上的Q值随温度下降的幅度显著增大时的温度相差不大 ,约为 81 2℃。观察回收的实验产物表明 :当温度大于 647℃时 ,产物中开始出现熔体 ,vp 在x和 y方向上的下降幅度没有明显的变化 ,而在z方向上的下降幅度增大 ;此时熔体对Q值的影响不大。当温度大于 81 2℃时 ,产物中的熔体含量明显增多 ,vp 和Q值下降的幅度都显著增大。据此认为 ,部分熔融是弹性波速度减小和衰减增大的主要原因。

关键词：斜长角闪岩高温高压部分熔融纵波速度衰减弹性波

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α-β石英相变的应变参数计算及其地质意义

高压物理学报 2002年第4期16卷 241-248页

作者：周文戈谢鸿森赵志丹周辉郭捷中国科学院地球化学研究所高温高压地球动力学实验室贵州贵阳550002 中国地质大学(北京)地矿系岩石室北京100083 北京大学地质系北京100871

利用已有的α和 β石英压缩性、热膨胀性、弹性及相变温度压力资料 ,计算了α—β石英相转变时 ,α和β石英的晶胞参数。依据虎克定律以及高压下 β石英的弹性参数 ,估算了α—β石英相转变时的应变、应力和应变能。结果表明 ,在 0～ 1 ... 详细信息

利用已有的α和 β石英压缩性、热膨胀性、弹性及相变温度压力资料 ,计算了α—β石英相转变时 ,α和β石英的晶胞参数。依据虎克定律以及高压下 β石英的弹性参数 ,估算了α—β石英相转变时的应变、应力和应变能。结果表明 ,在 0～ 1 .1GPa条件下 ,随着压力升高 ,α—β石英相变的线应变介于 - 0 .0 0 6～ 0 .0 0 5之间 ,体应变介于 - 0 .0 1 6～ 0 .0 1 2之间 ,应力介于 - 0 .46～ 0 .1 4GPa之间 ;应变能介于 96 5～ 2 76 0kJ/m3之间。当压力为 0 .5GPa左右时 ,α—β石英相变的应变、应力和应变能均达到最小值。在此基础上 ,讨论了壳内大规模酸性岩浆活动引起的α—β石英相变对壳内岩石的作用。

关键词：计算地质意义 α-β石英相变应变应力应变能晶胞参数高温高压晶体相变二氧化硅 SiO2

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我国动高压物理应用于地球科学的研究进展

高压物理学报 2013年第2期27卷 168-187页

作者：龚自正谢鸿森 FEI Ying-Wei 可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094 北京卫星环境工程研究所北京100094 中国科学院地球化学研究所贵州贵阳550002 Geophysical Laboratory Carnegie Institution of Washington

20世纪80年代末,经福谦院士开创了我国动高压物理在地球科学和空间科学中的应用研究这两大动高压研究的新领域("开天"、"辟地"),并领衔我国迄今唯一的地球深部物质科学重大研究项目———地球内部几个重要界面物质的高温高压物性研究,... 详细信息

20世纪80年代末,经福谦院士开创了我国动高压物理在地球科学和空间科学中的应用研究这两大动高压研究的新领域("开天"、"辟地"),并领衔我国迄今唯一的地球深部物质科学重大研究项目———地球内部几个重要界面物质的高温高压物性研究,指导了我国超高速碰撞与空间碎片防护的研究。系统介绍了在经福谦院士指导下,我国应用冲击波技术对下地幔矿物(Mg,Fe)SiO3钙钛矿和MgO-FeO体系的高压相变和高压状态方程、铁的高压熔化线、外地核中轻元素的限定、地外物体撞击地球等几个热点问题研究取得的进展。谨以此文缅怀经福谦院士辞世一周年。

关键词：动高压地幔地核物质组成和性质地外物体撞击效应与对策进展与评述