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近年来,华北地壳的电性结构研究已成为众多学者研究的热点之一。大地电磁(MT)和地磁测深(GDS)等地球物理观测结果都可以提供有关地球内部的电导率分布信息,但是地球物理反演方法本身固有的多解性导致电磁方法获得的电导率结构存在不确定性,这使得对地球内部矿物岩石的电导率实验研究成为必需。矿物岩石电导率实验研究对于认识地球内部的电导率分布和地球动力学具有重要的意义。电导率是非常重要的地球物理参数,模拟地球内部的温度和压力条件,利用阻抗谱方法测量电性参数,可以获得地球内部的温度、化学成分、矿物相、氧逸度和水含量等重要信息,同时还可以为电磁测量结果提供有力的物质证据和支持。本论文以太行山、大青山沿线地区地壳的典型矿物岩石花岗岩、片麻岩、角闪岩、辉长岩和麻粒岩等为研究对象,以高温高压电导率实验为方法和手段,对华北地壳不同深度的矿物岩石进行了电导率的就位测量,对其导电机制进行了讨论分析,并基于实验室电导率数据、华北地壳的岩石构成和地温梯度等建立了研究区域地壳的电性结构模型。主要工作包括: 1.借助于YJ-3000T紧装式六面顶高压设备,在高温高压(~1034K,1GPa)和控制氧逸度(Ni-NiO)条件下,采用交流阻抗谱方法对华北地壳不同深度的代表性岩石麻粒岩、辉长岩、片麻岩和花岗岩等在高温高压下分别进行了电导率的就位测量,并对其导电机制进行了讨论分析。本文的阻抗谱测量结果中绝大多数在高频段(106~103Hz)只出现一个反映颗粒内部导电机制的半圆弧,而表征颗粒边界和样品与电极之间极化现象的半圆弧没有出现,这可能是由测量过程中所选定的频率范围所致。随着温度的增加,电导率呈现增加趋势,在测量温度范围内,其变化达2~5个数量级不等。不同的岩石类型其电导率存在明显的差异性,体现了不同岩石的电性特征,在相同的温度和压力条件下,麻粒岩、辉长岩、片麻岩的电导率比花岗岩的电导率要大,体现在全岩分析表中,花岗岩中铁氧化物的含量最低,这表明岩石中导电物质含量的多少对岩石的电性有很大的影响。另外,不同类型的岩石具有不同的导电机制,麻粒岩在低温下可能以质子导电为主,高温下以小极化子导电为主;辉长岩的传导机制与麻粒岩类似;含角闪石的片麻岩,低温区以角闪石小极化子导电为主,高温区角闪石脱水后可能以离子导电为主;花岗岩可能以碱金属导电为主。 2.通过傅立叶变换红外光谱分析方法,对实验样品中的结构水含量做了定量测试。测试结果表明,在地壳的温度和压力条件下,辉石、长石和石英等矿物的水含量在实验前后没有明显变化,辉石水含量135~294ppm,斜长石水含量53~822ppm,石英水含量41~97ppm,部分角闪石在实验中发生了脱水,导致电导率的明显增加,由此体现了矿物脱水对电导率的明显促进作用。 3.本文在研究了大量地质地化资料的基础上初步确定了华北地区地壳的主要岩石构成,中上地壳主要由花岗岩、二长片麻岩和斜长片麻岩等长英质岩石构成,中下地壳主要由角闪片麻岩、辉长岩和麻粒岩等基性超基性岩石构成。另外,结合华北大地热流、热结构等实测数据确定了研究区域的地温梯度为60~70mW/m2。 4.本文由电导率——温度——深度之间的变换关系式得到了电导率随深度的变化关系,初步建立了华北地区较为合理的地壳的电性结构模型,上地壳的电导率范围为10-7.0~10-5.7S/m,中地壳的电导率范围10-5.2~10-2.0S/m,下地壳的电导率范围10-2.9~10-1.1S/m,将实验室建立的电性结构模型与野外大地电磁数据对比发现,二者在上地壳差异性明显,在中下地壳吻合性较好,上地壳的差异性可能是由于实验室以“干”的花岗岩为研究对象进行电导率测量而未考虑孔隙流体的影响所导致的。