高圧下において部分溶融が及ぼす岩石レオロジーへの影響

高压下部分熔融对岩石流变的影响

• 批准号: 16J02747
• 负责人: 東 真太郎
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J02747/
• 关键词: 超高圧; 変形実験; 回転式DAC; 高圧条件; メルト; 高圧; 部分溶融; 回転ダイヤモンドアンビルセル

マントル全域の超高圧力を再現でき、大歪変形実験(ねじり試験)を可能とする変形試験機の必要性とその重要度を鑑み、当初の予定とは異なるがダイヤモンドアンビルセルを改良した回転式ダイヤモンドアンビルセル (回転式DAC)の開発にエフォートを割いた。昨年度に予定していた通り、回転式ダイヤモンドアンビルセルでの変形実験中に応力測定を行えるようにSPring-8での開発、そして高温実験を可能にするために回転式DAC専用の真空チャンバー(+外熱式ヒーター)の導入を行った。これにより変形実験中にXRDによる応力測定と、1000 Kまでの高温実験が可能となった。これによって、変形実験装置に必要な高圧、高温、歪(歪速度)の測定と制御、応力測定の要素が全て揃ったことになり、改良は必要なものの、変形実験装置として完成したと言える。この回転式DACを用いて、ブリッジマナイトとフェロペリクレースの２相系の変形実験を行なった。実験条件として室温、圧力=～26-85 GPaである。歪については試料が円柱型のねじり試験であるため、幅があるが最大で歪～10ほどまでの解析を行なった。各条件における微細組織の観察を行なったところ、弱相であるフェロペリクレースの連結度は歪の大きさに比例する傾向が見出された。これはブリッジマナイトと比較し、フェロペリクレース(～30vol%)が十分に弱く、全体の系の力学特性を支配する可能性を示唆している。SPring-8(BL47XU)においてX線その場観察によって取得された変形実験中のブリッジマナイトとフェロペリクレースの応力データについても、先行研究(e.g., Girard et al., 2016)と同様にブリッジマナイトが優位に強度が大きいことを示した。

考虑到变形测试机的必要性和重要性，该变形测试机可以在整个地幔中再现超高压并能够进行大应变变形实验（扭转测试），我们开发了一种旋转型，它是改进的金刚石砧室，尽管它与原始的不同计划致力于开发金刚石砧室（旋转DAC）。按照去年的计划，我们在 SPring-8 上开发了一个旋转金刚石砧室，以便在变形实验期间进行应力测量，并专门为旋转 DAC 开发了一个真空室（+ 引入了外部加热器。这使得在变形实验期间使用 XRD 测量应力以及进行高达 1000 K 的高温实验成为可能。至此，高压、高温、应变（应变率）的测量与控制、应力测量等变形实验装置所需的全部要素已经完成，虽然还需要改进，但可以说该装置作为变形实验装置已经完成。使用该旋转 DAC，我们对桥锰矿和方镁石的两相体系进行了变形实验。实验条件为室温和压力=~26-85 GPa。关于应变，由于样品是圆柱扭转试验，因此存在较大范围，但分析至最大应变约为10。当在每种条件下观察微观结构时，发现作为弱相的铁方镁石的连通程度往往与应变的大小成正比。这表明，与桥锰矿相比，方镁石铁矿（~30vol%）足够弱，并且可能主导整个系统的机械性能。与之前的研究一样，通过在 SPring-8 (BL47XU) 进行原位 X 射线观察获得的桥锰矿和铁方镁石在变形实验中的应力数据也进行了分析（例如，Girard 等人，2016）。

项目成果

Update of the rotational diamond anvil cell and deformation microstructures of lower mantle materials

下地幔材料旋转金刚石砧座和变形微结构的更新

• 发表时间: 2019
• 作者: S. Azuma;R. Nomura;K. Uesugi;Y. Nishihara;S. Doi;T. Arimoto;T. Irifune
• 通讯作者: T. Irifune

Anvil design for slip-free high pressure deformation experiments in a rotational diamond anvil cell

旋转金刚石砧座中无滑移高压变形实验的砧座设计

• DOI: 10.1080/08957959.2017.1396327
• 发表时间: 2018
• 期刊: High Pressure Research
• 影响因子: 2
• 作者: Shintaro Azuma;Ryuichi Nomura;Kentaro Uesugi;Yuki Nakashima;Yohei Kojima;Shunta Doi;Sho Kakizawa
• 通讯作者: Sho Kakizawa

月のレオロジー構造と深発月震の発生メカニズム

月球流变结构与深层月震机制

• 发表时间: 2016
• 作者: 東真太郎;片山郁夫
• 通讯作者: 片山郁夫

NPDの利用によって広がる超高圧変形試験機回転式DACの可能性

使用 NPD 扩展超高压变形试验机旋转 DAC 的可能性

• 发表时间: 2018
• 作者: S. Azuma;R. Nomura;K. Uesugi;Y. Nishihara;S. Doi;T. Arimoto;T. Irifune;東真太郎
• 通讯作者: 東真太郎

火星のレオロジー構造の進化

火星流变结构的演变

• 发表时间: 2016
• 作者: 東真太郎;片山郁夫
• 通讯作者: 片山郁夫