多結晶材料集合組織の数値シミュレーション技法を導入した岩石組織研究の新展開

多晶材料结构数值模拟技术岩石结构研究新进展

基本信息

批准号：
14654088
负责人：
中村美千彦
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

珪酸塩鉱物の多結晶体からなる岩石は、少量の水分が存在すると粒成長速度が大きく増加する。しかし水が流体として独立な相として存在し、その量がある閾値(臨界流体量)を超えると、逆に水が粒界移動を妨げ粒成長速度を低下させる。我々はまず合成ダナイト・ウェーライトの合成実験を行い、臨界流体量と粒成長則を決定した(大内・中村2004年地球惑星科学関連合同大会・日本地質学会)。臨界粒体量は3-5vol.%程度であり、すなわち鉱物結晶内への水の固溶限界を大きく超え少量の流体相として存在する状態が最大となる。これは、流体相や粒界を介しての溶解-析出過程によって粒成長が促進されるためであると考えられる。また粒成長の冪乗則におけるnの値は5-9と非常に大きくなり、流体によるZener pinningが粒成長を律速していることがわかった。また、岩石中の粒径不均質は、界面曲率に基づく溶解度の効果によって流体量の再分布を起こす(Wark&Watson,2000)。この流体量はさらに粒成長速度に影響するため、流体量と粒成長速度の間にはフィードバックシステムが成立する。そこで、粒成長速度の流体量分布依存性として液相焼結におけるGerman & Olevsky(1998)のモデルを用い、流体量と結晶粒径に一次元的な揺らぎのある初期条件の下で粒成長する岩石の組織形成の数値シミュレーションを行った。その結果、初期流体量が臨界閾値以上の場合には自己組織化が発生することがわかった。たとえば部分溶融体においてこのような流体に富む部分の流体量(岩石マトリクスの空隙率)でメルトの分離と岩石マトリクスの圧密が発生すれば、段階的な分別溶融作用が起こり、またその後の粒成長速度は大幅に低下して岩石の縞状構造が保存される。このように粒成長と粒子サイズ効果のカップリングは、岩石中の流体移動やメルト分離を支配している可能性がある。

当存在少量的水时，由多层硅质矿物制成的岩石的长度速度显着增加。但是，当水作为一个独立阶段作为流体而存在并且该量超过阈值（临界流体体积）时，水会阻碍谷物的晶粒并降低晶粒的生长速度。我们首先进行了综合选品唤醒灯的合成，确定了临界流体的一致量和谷物的长度（Ouchi / Nakamura 2004 2004年与行星科学和日本地质学会有关的联合比赛）。临界颗粒体积约为3-5卷。也就是说，最大的是它作为少量流体相存在，大大超过了矿物质晶体中水的实心溶液极限。这被认为是因为晶粒长度是通过流体相和晶界的溶解过程促进的。另外，颗粒长度的颗粒长度的值在5-9时非常大，发现通过流体固定的齐纳固定是直立的。此外，岩石中的部分直径无意间是根据溶解率根据冲浪速率的溶解效果而重新分布流体的（Wark＆Watson，2000）。由于这种流体体积进一步影响了颗粒状的长度速度，因此在流体量和颗粒长度速度之间建立了反馈系统。因此，作为晶粒生长速度的流体量，它在烧结的液相中使用了德语和Olevsky（1998）的模型，在一个二维初始条件下，用于流体和晶体粒径的数值模拟。进行了。结果，发现如果初始流体体积或更多关键阈值，就会发生自组织。例如，如果部分溶解中这种流体的流体体积（岩石基质比）是由熔体的分离引起的，并且石基质的致密发生，则会发生逐渐的分离熔化作用，然后晶粒的生长大大减少了，岩石的条纹结构被存储。这样，具有粒度和粒度效应的耦合可以控制岩石中的流体运动和熔体分离。