花岗岩的热扩散系数和热导率的高温高压实验测量及其地学应用

摘要

花岗岩作为大陆地壳的重要组成部分,其热物理性质(热扩散率和热导率)对于探讨地壳热结构、定量计算各类地质事件中的温度分布及热状态等具有重要意义.本研究结合大腔体多面砧压机和瞬态平面热源法,在高温(283～988K)高压(0.3～1.5GPa)条件下原位测量了天然花岗岩样品的热扩散系数和热导率.研究结果表明,在600K以下,花岗岩的热扩散系数和热导率随着温度升高而迅速降低;在600K以上,热扩散系数和热导率基本保持不变或随着温度轻微升高;低温下花岗岩的热传输性质可以用声子传热解释,但是高温下光子传热贡献就不能够忽略了;压力对花岗岩热传输性质的影响比较小。此外，所有花岗岩样品的热扩散系数和热导率与石英含量呈正线性关系，而与斜长石含量呈负线性关系。结合本实验测量的热传输性质和地表热流值，计算的地温曲线表明，西藏南部中上地壳可能存在由白云母或黑云母脱水引起的部分熔融。这一发现为该地区地球物理观测揭示的低速和高电导率异常区的成因提供了新的见解。