地球深部岩石的电阻率

作者&投稿:皇刷 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
岩石的电阻率特征是什么~

火成岩大于变质岩大于沉积岩。岩石电阻率收多方面影响:包括矿物成分,岩石孔隙度,水溶液矿化度,温度、压力、构造等影响。 详细回答太多,如需详细了解可以看看地球物理勘探方面的书。或者是电法勘探方面的。

任何岩石的电阻率不是固定的,无法用一个确定的数字来定义,灰岩电阻率值也比较复杂,纯灰岩可以肯定是比较高的,一般在20000欧姆米以上,超过10万也很正常,但是含泥质灰岩的电阻率会显著下降,另外裂缝发育的灰岩如果填充泥质或者富含较高矿化带的水,也会造成电阻率下降,低至100欧姆米也是可能的。

对于地球内部结构的认识,主要是通过地球物理资料的分析和推论获得的。通过第一章 的学习大家已经知道,根据地震波在不同深度传播速度的变化,把地球划分为地壳、地 幔和地核三大部分。按地震波在地壳中的传播速度和岩石标本之间波速测量的对应关系,以及重力资料的分析,初步认为地壳的上层可能是花岗岩或是介于花岗岩和闪长岩之间的 岩类,地壳的下层可能是玄武岩或麻粒岩等。地幔中的岩石一般被认为是由类似于橄榄 岩、辉石岩等超基性岩石所组成。

(一)高温高压下岩石的电阻率

大家知道,地球内部的温度和压力是随深度的增加而升高和加大的,其中压力随深度 的加大是由于岩石本身相互挤压而造成的,而温度随深度的升高则是岩石在挤压过程中其 位能转换为热能所引起的,此外,也与放射性衰变过程中产生的热能有关。

地球内部温度的分布可根据地表热流值的测定,通过热传导方程来求解。地球内部 的压力分布可根据岩石密度的分布来推算。在深度为30~50km的地壳底部,温度约为 300~500℃,压力为9.8×108Pa(N/m2),而深度为1000km左右的上地幔底部,温度 可达1700℃,压力为39.2×109Pa。

地球深部的岩石是处于高温、高压的环境中,其电阻率可通过高温、高压模型实验来 研究,其结果表明,岩石电阻率是按指数关系随温度升高而降低的,但不同温度段变化梯 度不同,高温区变化梯度较低温区大。玄武岩样品高温高压实验表明,单纯压力对岩石电 阻率变化的影响不大,而温度的影响却十分明显,压力从9.31×107Pa变到19.60× 107Pa,电阻率变化不超过一个数量级,而温度从200℃增加到700℃时,玄武岩电阻率却 降低5个数量级。

(二)壳内低阻层和上地幔低阻层

根据大地电磁测深工作成果发现,一些地区的地壳和上地幔中存在有相对的低阻层。壳内低阻层多出现在地质构造的活动区,其电阻率为n×100~n×101Ω·m;上地幔低阻 层在各地质构造单元中普遍存在,有些地区还可能出现两个或三个低阻层,其电阻率为 n×100Ω·m或更低。由于具有壳内低阻层存在的地区,常伴有较高的地热流值,故常认 为其成因与地壳内局部热量富集有关,但壳内温度不超过600℃,此温度下,壳内花岗 岩、玄武岩或麻粒岩的电阻率大约为102~105Ω·m,可见壳内低阻层并非单纯由温度影 响所致,为此有人提出壳内低阻层是在较高温度条件下岩石发生相变脱水,或者在含水条 件下出现局部熔融现象而引起。值得注意的是压力的增加会提高岩石的熔点,而熔融状态 下岩石的电阻率又是很低的。因此压力的影响又是不可忽略的。综上所述,研究低阻层的 分布和形成条件,对了解构造运动和地球结构是很有意义的。

实验中发现,有些含有结晶水的矿物,如角闪石、绿泥石、绿帘石、阳起石等在400~ 600℃的环境中可能有结晶水析出,并证明一旦岩石有少量的自由水,其电阻率就会成10倍 的下降。此外,含水的岩石具有较低的熔点,在地壳内部环境压力下,含水伟晶岩的熔点 约550℃,而壳内低阻层的温度一般认为在550℃以上,故有人认为壳内低阻层可能是花 岗岩类部分熔融引起的,并认为岩石相变脱水促成了部分熔融现象的发生。实验还证明,当岩石开始熔融时,熔融物质就在固体颗粒周围形成一个连续的导电薄膜,使岩石的电阻 率降低2~3数量级。

对于地幔中的低阻层,一般认为是岩石部分熔融引起的。在地幔中压力和温度均随深 度增加而增加。虽然压力的增加提高了岩石的熔点,但在地幔某些地段温度仍可能接近于 岩石的熔点,例如大陆地区深度为100km处的地温约为1200℃,相应岩石的熔点为 1400℃,地温略有升降就会使岩石熔融。大约深度在100~400km范围内,地温和岩石的 熔点十分接近,使得某些地段中的岩石出现部分熔融现象。超基性岩石熔融实验表明,岩 石中只要有1%~2%的易熔矿物熔融时,就能形成包围在晶格上的导电薄膜。此外,当 温度接近岩石熔点时,岩石中结晶状态的矿物将向非结晶态转变,该非晶化过程增强了岩 石的热缺陷导电的能力,使岩石的刚性减弱,塑性增强,具有非弹性蠕变的特征。因此,上地幔低阻层和地震波的低速层常常彼此对应。大地电磁测深结果表明,不同构造单元上 地幔低阻层的埋深不同。构造活动带上地幔低阻层埋深较浅,约几十千米,而稳定地台区 上地幔低阻层埋深可达300km。




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