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Experimental Investigation of the Creep Behavior of Garnet at High Temperatures and Pressures

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Journal of Earth Science 2010年第5期21卷 532-540页

作者： Shenghua Mei Ayako M Suzuki david L kohlstedt 许丽丽 Department of Geology and Geophysics University of Minnesota MN 55455 USA Faculty of Earth Sciences China University of Geosciences Wuhan 430074 China

To provide constraints on the rheological properties of garnet, we have experimentally investigated the creep behavior of garnet at high pressures and temperatures using a deformation-DIA. Samples were cold-pressed from a garnet powder and deformed at constant displacement rates ranging from 1.1×10^-5 to 2.6×10^- s^-1 at high temperatures （1 273-1 473 K） and high pressures （2.4-4.1 GPa）. Differential stress and pressure were measured using X-ray diffraction techniques based on the elastic strain of various lattice planes as a function of orientation with respect to the applied stress field. The plastic strain of a deforming sample was monitored in-situ through a series of radiographs. Our results provide a measure of the dependence of creep rate of garnet on the temperature with an activation energy of -280 kJ/mol and on pressure with an activation volume of -10×10^-6 m3/mol. The flow behavior of garnet quantified by this study provides the basis for modeling geodynamic processes occurring within subducted lithosphere.

关键词： garnet creep lithosphere geodynamics high pressure.

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橄榄石集合体中与位错蠕变相伴随的粒间滑动

岩石学报 2009年第3期25卷 708-712页

作者：赵永红王中言 david L kohlstedt 北京大学地球物理学系北京100871 美国明尼苏达大学地质与地球物理系 MN55455 美国明尼苏达大学化学工程与材料科学系 MN55455

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100～250MPa之间的... 详细信息

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100～250MPa之间的不同应力水平下变形,得到的应变率介于10^(-4)～10^(-6)S^(-1)之间。随着差应力的增加,得到扩散蠕变到位错蠕变的过渡,在位错蠕变域,易滑动体系在～50MPa和颗粒尺寸为15μm时伴随粒间滑动。这一粒径敏感蠕变域由应力指数3.2±0.1和粒径指数1.8±0.2来刻划。将这一流动律与其他扩散和位错蠕变结果进行对比,表明本文得出的流动律可应用于粒度小于100μm和差应力大于20MPa时的岩石流动。因此,与粒间滑动相伴的位错蠕变可能是上地幔岩石圈剪切带变形局部化的主要变形机制。

关键词：橄榄石高温高压粒间滑动位错蠕变实验研究

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压力对橄榄石流变性的影响

岩石学报 2003年第3期19卷 577-582页

作者：赵永红王中言 david F BRUHN david L kohlstedt 北京大学地球物理学系北京100871 美国明尼苏达大学化学工程与材料科学系美国明尼苏达大学地质与地球物理系

本文给出细粒橄榄石集合体在位错蠕变域中压力效应的实验结果。对干燥、人工合成的橄榄石集合体进行了三轴压缩实验,试验在一台高分辨率的气体介质试验机上进行。典型的常载荷蠕变试验温度为1473K或1523K,围压为400MPa、200MPa、400MPa... 详细信息

本文给出细粒橄榄石集合体在位错蠕变域中压力效应的实验结果。对干燥、人工合成的橄榄石集合体进行了三轴压缩实验,试验在一台高分辨率的气体介质试验机上进行。典型的常载荷蠕变试验温度为1473K或1523K,围压为400MPa、200MPa、400MPa、200MPa。当差压力和温度给定时,试件在400MPa围压下,变形速度较200MPa围压下要慢。实验得出的细粒橄榄石集合体在位错蠕变域中的活化体积值为(23±3)×10^(-6)m^3/mol。最后,对实验结果在地幔动力学中的应用进行了讨论。

关键词：橄榄石集合体活化体积位错蠕变压力效应实验研究

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大变形橄榄石动态重结晶的实验观测研究

岩石学报 2013年第3期29卷 967-976页

作者：赵永红 ZIMMERMAN Mark kohlstedt david ZHAO YongHong 北京大学地球物理学系北京100871 美国明尼苏达大学地质与地球物理系 MN55455

本文利用高温高压大变形扭转实验,对富铁橄榄石大变形情况下的动态重结晶和颗粒尺度变化的特点进行了实验观测分析。富铁橄榄石集合体由纯铁橄榄石Fa100和圣卡罗橄榄石Fa10混合物经人工合成得到,试件的几何形状为圆柱体,直径9.6mm,高度4... 详细信息

本文利用高温高压大变形扭转实验,对富铁橄榄石大变形情况下的动态重结晶和颗粒尺度变化的特点进行了实验观测分析。富铁橄榄石集合体由纯铁橄榄石Fa100和圣卡罗橄榄石Fa10混合物经人工合成得到,试件的几何形状为圆柱体,直径9.6mm,高度4.86mm。实验在常角速率条件下进行,温度为1473K,围压为300MPa,剪应力为72～99MPa,剪应变率为1.35×10-4～3.11×10-4s-1,累积剪应变为3.98。对变形后样品的微结构进行了光学和扫描电镜的观测分析,得到橄榄石颗粒随应变增加而产生动态重结晶的具体物理图像,由EBSD观测结果给出了晶格取向随外加应变增加而产生的变化过程,利用两种统计方法得到了颗粒尺寸随应变增加而变化的过程,探讨了橄榄石动态重结晶的微观机制。与已有三轴压缩、简单剪切以及圣卡罗橄榄石的扭转变形结果进行了对比分析,同时对实验结果在地球物理方面的应用进行了讨论。

关键词：扭转大变形橄榄石动态重结晶晶格最优取向(LPO) 颗粒尺寸高温高压实验观测

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岩石中的压力影形成的实验观测研究

岩石学报 2016年第1期32卷 264-270页

作者：赵永红张琼 Hang WANG 綦超杨天舒 david L kohlstedt 北京大学地球物理系北京100871 美国明尼苏达大学地质与地球物理系 mn55455 中国地质大学北京100083

野外地质观察发现,在大陆地壳变质岩中可以广泛观察到围绕一个大的单晶或者硬质点的两端区域填充低粘度相物质形成的压力影。为了定量研究岩石材料中压力影的形成条件,本文利用高精度Paterson气体介质变形装置,对含有刚性球的圣卡罗橄... 详细信息

野外地质观察发现,在大陆地壳变质岩中可以广泛观察到围绕一个大的单晶或者硬质点的两端区域填充低粘度相物质形成的压力影。为了定量研究岩石材料中压力影的形成条件,本文利用高精度Paterson气体介质变形装置,对含有刚性球的圣卡罗橄榄石和洋中脊玄武岩(MORB)的混合物圆柱型样品进行了高温高压扭转变形试验。变形实验前样品的初始熔融均匀分布,比例为φ≈0.05,变形试件尺寸为D8.9mm×L5.5mm,内含8粒直径约1mm的刚性球。扭转变形试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为γ≈1×10^(-4)s^(-1),最大剪切变形为γ≈4。实验结果表明,岩石受到扭转力的作用产生变形之后,当局部剪切应变达到γ≈1时,可以在刚性球周围形成熔融富集带和熔融贫乏带,即压力影构造,围绕刚性球对称分布。由于熔融分布的不均一性,富集带熔融比例上升,最高可以达到φ_(high)=0.1~0.3,熔融贫乏带熔融比例下降,含量为φ_(low)=0.01~0.02。由于刚性球对其周围的压力分布的扰动区域大约为刚性球的尺度范围,因此,在离开刚性球一定距离后,熔融趋于均匀分布。

关键词：橄榄石扭转实验高温高压部分熔融压力影

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橄榄石集合体的简单剪切形变实验研究

岩石学报 2009年第10期25卷 2687-2693页

作者：赵永红李小凡 M.Zimmerman david L.kohlstedt 北京大学地球物理学系造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871 美国明尼苏达大学地质与地球物理系

本文利用高精度Paterson气体介质变形装置对富铁橄榄石集合体(Mg_(0.5),Fe_(0.5))_2SiO_4进行了高温简单剪切变形试验。试验在温度1473K和围压300MPa的条件下进行,差应力为64～153MPa,应变率为10^(-5)～10^(-3)s^(-1)。一共进行了三组试... 详细信息

本文利用高精度Paterson气体介质变形装置对富铁橄榄石集合体(Mg_(0.5),Fe_(0.5))_2SiO_4进行了高温简单剪切变形试验。试验在温度1473K和围压300MPa的条件下进行,差应力为64～153MPa,应变率为10^(-5)～10^(-3)s^(-1)。一共进行了三组试验,试件的剪切变形量分别为89%,131%和200%,通过对变形后试件的反射光学显微结构分析,得到富铁橄榄石集合体动态重结晶的微观机制,由结晶各向异性分析给出晶格最优取向和波速各向异性的分布及随应变的增加而表现出的演化特征。

关键词：铁橄榄石集合体简单剪切形变实验研究 experiment shear deformation 各向异性剪切变形量显微结构分析变形试验动态重结晶应变率演化特征微观机制试件介质变形反射光学高精度差应力

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富铁橄榄石的水溶性实验研究

岩石学报 2022年第4期38卷 1280-1284页

作者：杨家英张琼赵永红李杨 kohlstedt david L 北京大学地球物理系北京100871 美国明尼苏达大学地球科学系 MN 55455

地幔的力学性质主要受橄榄石流变性的控制,含水对橄榄石流变性质的影响很大,而橄榄石的水溶性受到温度和铁含量的影响,因此,本文进行了不同铁含量橄榄石在不同温度下的水溶性实验研究。实验使用的样品为天然橄榄石单晶Fa_(17)和Fa_(24.7... 详细信息

地幔的力学性质主要受橄榄石流变性的控制,含水对橄榄石流变性质的影响很大,而橄榄石的水溶性受到温度和铁含量的影响,因此,本文进行了不同铁含量橄榄石在不同温度下的水溶性实验研究。实验使用的样品为天然橄榄石单晶Fa_(17)和Fa_(24.7)(Fe_(No.)=100×molar Fe/(Mg+Fe))以及人工合成的橄榄石单晶Fa_(22);橄榄石单晶的水溶性实验在300MPa围压和1273~1473K的温度条件下进行,每隔50K进行一组实验,氧逸度被控制在Ni NiO水平上。实验结束后,对橄榄石单晶沿b面进行双面研磨抛光,用电子探针分析确定橄榄石单晶成分,采用EBSD精确测量橄榄石的单晶方向,使用红外光谱仪(FTIR)的非偏振光路测试橄榄石单晶在b轴上的吸收光谱。对FTIR吸收光谱进行积分得到富铁橄榄石的水溶性实验结果:当温度由1273K升至1473K时,橄榄石单晶Fa_(17)的水溶性变化为600~1200H/10^(6) Si,橄榄石单晶Fa_(24.7)的水溶性变化为1000~1300H/10^(6) Si,人工合成的橄榄石单晶Fa_(22)的水溶性变化为500~900 H/10^(6) Si。因此,相同铁含量橄榄石单晶的水溶性随温度的增加而增加,相同温度条件下,天然形成的橄榄石的水溶性随着铁含量的增加而增加,百分之一的铁含量的增加,可以导致约百分之十的水溶性的增加。本文所研究的不同铁含量的橄榄石可以为更好地估算上地幔水溶性提供依据。

关键词：橄榄石水溶性温度铁含量

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Rheology of Partially Molten Olivine Aggregates under Water-Saturated Conditions

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Continental Dynamics 1997年第1期 54-62页

作者： BAI Wuming (Institute of Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China) MEI Shenghua david kohlstedt (Department of Geology and Geophysics, University of Minnesota, MN 55455, USA)

The influence of basaltic melt and water content on the high-temperature plastic deformation behavior of olivine aggregates was studied by performing a series of high-temperature creep experiments. The specimens, which are the powder of San Carols olivine plus 1, 4, or 7 wt% MORB, with the grain size of 10-20 μm, were hotpressed. Deformation experiments were conducted in a gas-medium apparatus at a confining pressure of 300 MPa and temperature of 1373 K to 1473 K. Water was supplied by dehydration of TALC near 1073 K. The hy- droxyl concentration in the samples was determined from Fourier-Transform Infrared (FTIR) spectra.

关键词： partial melting water-saturated conditions rheology high pressure and high temperature

岩浆型铜镍铂族矿床形成过程中“有利混染”与“有害混染”的高温高压实验判别

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岩浆型铜镍铂族矿床形成过程中“有利混染”与“有害混染”的高温...