我国冲击波物理应用于地球科学研究的若干进展.pdfVIP

第10卷第9期 自然科学进展 2000年9月 我国冲击波物理应用于地球科学研究的 若干进展* 龚自正①② 经福谦② 谢鸿森① (①中国科学院地球化学研究所地球深部物质实验室，贵阳550072；②中国工程物理研究院流体物理研究所 、 冲击波物理与爆轰物理实验室，绵阳621900) 摘要 概要介绍了国内近年来把冲击波高压技术应用于地球深部的物质组成、性 质和状态，及地球表面的碰撞作用等固体地球科学问题研究中所取得的一些进展，并 与国际上同领域的发展水平进行了比较和评述． 关键词 冲击波物理地球深部的物质组成地球深部的性质和状态 地球内部不同深度(压力)、温度和化学环境(如流体、氧逸度)下物质成分、物理和化学性 质及其变化过程，是当前固体地球科学(尤其是地球物理学)研究的主要对象之一，它对于进一 步揭示岩石层、地幔和地核的物质结构和动力学过程、成因和演化是至关重要的[1，2|．迄今为 止，人们对地球深部物质组成、状态、物理化学性质、结构和过程的认识、理解和探讨，主要是基 深部物质的高温超高压实验．前两者是直接的，后两者是间接的，综合运用这几种方法，已使 人们对地球深部的认识有了长足进展．超深钻探虽可以获得较完美的原地(in situ)信息，但由 于其技术上的限制和经济上要求过高，目前世界上最著名的两个大陆科学钻孔(德国KTB和 km和12k一5 前苏联科拉半岛钻孔)也只分别达到9 J，属于上地壳范围．地质地球化学主要是 通过现今地表出露的深部岩石剖面、岩浆携带的包裹体等的研究来反演深部信息．但因地表 出露的深部岩石样品的形成深度大多小于100 km[6J，因而不足以推测更深部的组成、结构和 过程．因此，认识地球深部结构和特征，主要是依靠深部地球物理综合探测方法¨’7J．但在将 探测数据反演为组成、结构信息时，结果的多解性问题一直是困惑当前地球物理解释的一大障 碍r 7|．地球深部物质的高温超高压实验，能对地震波速、重力、电磁和热流等深部地球物理探 测数据的综合分析和反演提供物理约束和赋于物质解释，其结果与详细的地表地质、地球化学 多学科密切配合，确定不同深度处可能出现的矿物岩石原地特征，是推断地球深部物质组成、 状态和结构的最佳途径之一一j． 另一方面，从当代的科学发展看，高压凝聚态物理学与固体地球科学的交叉研究和相互渗 透无论对高压物理学还是对地球科学来说都是学科发展的自身需求和必然趋势．本世纪40 1999-06-08收稿，2000-01—10收修改稿 目 784 自然科学进展 第10卷 年代发展起来的高压物理学，为当前在实验室模拟地球深部高温高压条件奠定了技术基础，凝 聚态物理理论的发展则为高温高压条件下研究物质的性质和状态提供了坚实的理论基础．把 高压物理学理论和实验技术的必威体育精装版成果引入固体地球科学，既为高压科学的应用开辟了新的 领域，也为现代固体地球科学的发展注入了新的活力． 当前，人类在实验室模拟地球深部高温高压条件有两大互为补充的高压技术系统：静态高 压技术和冲击波动态高压技术．七八十年代兴起的静态高压实验技术目前已发展为相互补 充、各有所长的两大系列——金刚石压腔和大腔体组成的实验技术体系．其中，美国高压中心 卡内基研究所毛河光小组的金刚石压腔技术已获得550GPa的压力，国际上大腔体实验技术 GPa．这两大实验技术已被广泛应用于深部地幔和地核的矿物成分、 的最高压力也达到了30 相变、性质和状态及地幔物质化学反应的研究．80年代以来，我国也筹建和发展了自己的金 刚石压腔系统，并达到了130GPa的压力水平．与此同时，我国的静态高压大腔体(1一103 GPa和1