第七届青年地学论坛

野外电磁法勘探结果表明，在俯冲带和地幔不同深度广泛存在高导异常，部分区域的异常与俯冲带所产生的CHO流体或者熔体所导致。实验岩石学结果也表明，挥发分碳和水的存在会明显降低岩石的固相线，使得地幔岩石更容易在相对较低的温度下发生部分熔融。已有的熔体电导率研究结果显示，相同实验条件下碳酸盐熔体比硅酸盐熔体的电导率高出约3个数量级，此外，含碳酸盐熔体的橄榄岩比含硅酸盐熔体的橄榄岩电导率也高出约1个数量级。这意味着相比硅酸盐熔体，更少量的碳酸盐熔体就可解释地幔存在的高电导率异常。菱镁矿是地球深部重要的含碳矿物，相比于其他碳酸盐矿物可在较高的温度压力环境下稳定存在，常被认为是地幔中碳的主要载体，其固体状态下的电导率会影响含碳酸盐岩石的总电导率，是在碳酸盐矿物熔融之前，岩石总电导率的重要基准，也是判断含碳酸盐岩石初融时电导率变化的主要参考，其电学性质的实验研究对俯冲带及地球深部的电性结构具有重要的意义。
本研究在中国科学院地球化学所地球内部物质高温高压实验室的YJ–3000t 高温高压设备上，利用Solartron-1260 阻抗/增益-相位分析仪，在1–3 GPa 和773–1173 K 条件下，对天然菱镁矿的电导率进行了原位测量。实验结果表明：
（1）在实验条件下，天然菱镁矿的电导率在10^-2–10^-7 S/m 范围内，电导率随着温度和压力的升高而增大，温度对菱镁矿电导率的影响要大于压力；
（2）电导率与温度之间符合Arrhenius 关系，获得了表征微观导电机制的活化能和活化体积分布为0.99 eV 和-0.17 cm³/mol，根据这些参数并结合前人的研究结果，我们推断天然菱镁矿高温高压下的导电机制为大极化子导电。
（3）基于混合物质电导率模型（HS+和有效介质EM模型），利用本次研究结果，计算了地幔典型CO₂含量为5 wt.%的榴辉岩和橄榄岩的电导率，并建立了相应的电导率-深度剖面，根据其结果发现，在地幔中碳酸盐矿物在未发生熔融之前，无法引起地幔电导率异常，并很难从榴辉岩和橄榄岩中区别出来。因此，无法通过野外大地电磁测深的结果来判断碳酸盐矿物在地球深部的赋存区域。