1.0 GPa、高温下岩石熔融玻璃的弹性波速测量及其地球物理意义

摘要

利用超声波反射法,在1.0 Gpa、最高温度分别达900 ℃和730 ℃条件下,测量了岩石成分从酸性到基性的7种熔融玻璃的纵波波速(vp)和横波波速(vs)随温度的变化.实验过程证明,高压下升温过程中样品被压缩导致了样品中弹性波走时减少,而降温过程中样品长度基本保持不变.结果显示,1.0 Gpa下,随实验温度升高,不同成分玻璃的vp首先以-0.2×10-3 km·s-1· ℃-1到-0.7×10-3 km · s-1 · ℃-1不等的速率缓慢降低,而其vs多以-0.1×10-3 km·s-1·℃-1速率随温度升高而降低.当温度高于玻璃转变温度(Tg)后,玻璃的vp开始以-0.8×10-3 km·s-1· ℃-1到-3.6×10-3 km·s-1·℃-1不等的速率快速下降.根据玻璃vp随温度变化速率的改变,拟合出这几种玻璃的转变温度从584 ℃到654 ℃.由实验获得的玻璃波速,利用Voigt-Reuss-Hill(VRH)平均计算出下地壳岩石中玻璃的存在将降低岩石的波速,并由此为下地壳低速层提出一种新的解释,即非晶质体的存在可能在下地壳形成地震波低速层.