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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14654088/
• 关键词: 粒成長; 流体分布; ダナイト; ウェーライト; 液相焼結; メルト分離; 岩石組織; 二面角; 粒界移動; 多結晶体; 集合組織; かんらん岩; 高圧実験; 拡散; 組織形成; 界面エネルギー

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。

The presence of silicate 鉱 substances, polycrystalline <s:1> らなる rocks らなる, and a small amount of <s:1> water が increases the すると particle growth rate が, and the <s:1> く く increases the する. し か し water が fluid と し て independent な と し て し, そ の quantity が あ る threshold numerical を super critical fluid volume () え る と, inverse に water が LiJie mobile を hinder げ grain growth speed low を さ せ る. I 々 は ま ず synthetic ダ ナ イ ト · ウ ェ ー ラ イ ト の synthesis be 験 を い, critical fluid と grain growth amount of を decided し た (ouchi, nakamura planet earth science masato even contract convention 2004, geological society of Japan). Critical grain size は 3-5 vol. % level で あ り, す な わ ち 鉱 crystallization in へ の の water solution limit を big き く super え small の fluid phase と し て exist す る state が biggest と な る. <s:1> れ, fluid phase や particle boundary を, <s:1> て <s:1> dissolution-precipitation process によって particle growth が promotion されるためであると study えられる. ま た granule has grown の power 乗 に お け る n の numerical は 5-9 と very big に き く な り, fluid に よ る Zener pinning が grain growth speed し を law て い る こ と が わ か っ た. ま た の particle size distribution, rock heterogeneity は, interface curvature に づ く solubility の unseen fruit に よ っ て fluid volume distribution を again の こ す (Wark&Watson, 2000). こ の fluid volume は さ ら に に grain growth speed of す る た め, fluid volume と grain growth speed between の に は フ ィ ー ド バ ッ ク シ ス テ ム が established す る. そ こ で, grain growth speed の fluid volume distribution dependence と し て liquid 焼 knot に お け る German & Olevsky (1998) の モ デ ル を い, fluid volume と crystalline grain size に a yuan な 揺 ら ぎ の あ る initial conditions の grow grain で す る rock の organization form の the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. Youdaoplaceholder0 そ results: above the critical threshold of the initial fluid volume が in <s:1> situations, に に self-organization が occurs する とがわ とがわ とがわ った った った った った った った った った った った とがわ った った った った った. た と え ば melt body に お い て こ の よ う な fluid に む part の fluid volume (rock マ ト リ ク ス の void fraction) で メ ル ト の separation と rock マ ト リ ク ス の consolidation が 発 raw す れ ば respectively, Duan Jie な melt function が こ り, ま た そ の の grain growth speed は に sharply lower after し て rock の stripe structure が save さ れ る. こ の よ う に grain growth と particle サ イ ズ unseen fruit の カ ッ プ リ ン グ は, rock の fluid movement in や メ ル ト separation を dominate し て い る possibility が あ る.

项目成果

Oxygen diffusion in monazite

• DOI: 10.1016/j.epsl.2004.07.027
• 发表时间: 2004-09-30
• 期刊: EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS
• 影响因子: 5.3
• 作者: Cherniak, DJ;Zhang, XY;Watson, EB
• 通讯作者: Watson, EB

Nakamura, M., Tsuchiyama, A., Nakano, T., Uegusi, K., Kitamura, M.: "Studies on three-dimensional distribution of fluids in grain boundaries of rocks using X-ray microtomography"SPring-8 User Experiment Report. 9. 262 (2002)

Nakamura, M.、Tsuchiyama, A.、Nakano, T.、Uegusi, K.、Kitamura, M.：“利用 X 射线显微断层扫描技术研究岩石晶界中流体的三维分布”SPring-8 用户实验

Study on fluid channel formation in magma chambers using X-ray Microtomography

X射线显微断层扫描技术研究岩浆房内流体通道的形成

• 发表时间: 2004
• 期刊: Spring-8 User Experimental Report 12
• 作者: Nishimura;T.;Nakamura et al.
• 通讯作者: Nakamura et al.

Nakamura M., Ouchi T., Nkata E., Nakano T., Uesugi K., Tsuchiyama A.: "A X-ray microtomographic study on the three-dimensional fluid distribution in silicate polycrystalline aggregates"Spring -8 User Experimental Report. 10. 224 (2003)

Nakamura M.、Ouchi T.、Nkata E.、Nakano T.、Uesugi K.、Tschiyama A.：“硅酸盐多晶聚集体中三维流体分布的 X 射线显微断层扫描研究”春季 -8 用户实验报告。

Okumura S., Nakamura M., Nakashima S.: "Determination of Molar absorptivity of IR fundamental OH-stretching vibration in rhyolitic glass"American Mineralogist. 88. 1657-1662 (2003)

Okumura S.、Nakamura M.、Nakashima S.：“流纹质玻璃中红外基本 OH 伸缩振动的摩尔吸收率的测定”美国矿物学家。