中地壳的水-岩作用对相关的地球物理性质影响

对于地壳的地球物理详细探测发现中地壳普遍存在着高导层和低速层.高温高压下的矿物(岩石)-流体反应的化学动力学实验和水的性质研究可以提供我们认识地壳的地球物理探测结果的新信息.通常,中地壳大致位于15至25km的深度范围.高导层和低速层普遍存在于中地壳.各地的地壳厚度不同,但是中地壳和高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300℃,底界为450℃～500℃范围.为了认识中地壳的高导低速层的起因,作者重点做了模拟中地壳条件下水-岩相互作用实验,同时,分析了水在近临界区至超临界区的突变性质.矿物(钠长石、透辉石、阳起石)与水,玄武岩与水反应的化学动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的.与水反应的矿物或岩石里的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样.硅酸盐矿物的硅的最大释放速率是在300℃.其它元素,如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在＜300℃时都高于硅的释放速率,在＞300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率.在水中的硅的大释放速率会导致硅酸盐矿物格架解体.作者假定地壳里普遍存在水占1%(体积).这时,地壳里会发生水-岩相互作用.中地壳的流体处于300℃～500℃.在由亚临界态进入超临界区的演化过程中,在跨越临界温度时水的性质发生剧烈变化.如密度、介电常数等热力学参数.这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落,会导致中地壳岩层的硅的淋失,硅酸盐矿物解体,岩石崩塌.同时,在临界区水的性质强烈变化还有水的电导率、迁移性质、等,这会影响中地壳一些物理性质,如中地壳高导层和低速层的出现.     

塔里木西南缘下地壳低速层的成因：斜长角闪岩的纵波速度和衰减的限制

在1．0GPa，室温-1200℃条件下，测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度(Vp)和品质因子(Q值)，得出在1．0GPa恒压下，Vp和Q值随温度和深度的变化关系。结果显示，Vp和Q值随温度的升高而下降，观察实验样品并结合Vp和Q值与熔体含量的关系，发现部分熔融是影响Vp和Q值变化的主要因素。依据实验结果，并结合区域上压力梯度和温度梯度资料计算了Vp和Q值随深度的变化。结果表明Vp和Q值先随深度的增加而缓慢增大，在32km左右开始突然减小，表明开始出现低速层。结合温度和熔体含量的关系得出，低速层的出现可能是部分熔融的结果。塔里木及周边地区的地震测深以及地震反演的结果也显示，在相同的温度和压力条件下，地壳内部32—44km的范围内存在低速层，同时高温高压的实验结果与阿拉木图地区的Vp值相当一致，可以推测塔里木西南缘下地壳的岩石成分中含有斜长角闪岩。     

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

利用超声波反射法,在1.0GPa、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,1.0GPa下,随实验温度升高,不同成分玻璃的vp首先以-0.2×10-3km.s-1.℃-1到-0.7×10-3km.s-1.℃-1不等的速率缓慢降低,而其vs多以-0.1×10-3km.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-0.8×10-3km.s-1.℃-1到-3.6×10-3km.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。     

大陆壳内低速层成因综述

探讨了大陆地壳中出现的低速层的可能成因以及壳内低速层形成的基本条件。大陆壳内低速层的成因复杂多样，主要的成因有：①低速岩性层；②石英的α-β相变；②温度和压力；④流体；⑥矿物和岩石的各向异性。其中浅部地壳的低速层可能主要是含水裂隙带和低速岩性层的反映；发育于高热流地区的低速层最有可能与部分溶融作用有关。各种成因的低速层在深度、规模和连续性方面存在着差异，利用这些特征的差异可以对低速层的成因作出判断。低速层可能对应于壳内力学软弱带，对块体活动与大陆强震关系的研究具有重要意义。实验岩石学、实验岩石物理学和流交学的综合研究能够为壳内低速层的成因分析提供有效的约束。     

高温高压下斜长角闪岩弹性、电学性质及其地质意义

在1.0GPa、室温至700℃条件下,分别采用超声波反射-投射法和阻抗谱法,测量了华北克拉通北缘绿泥石化斜长角闪岩的弹性波纵波速度和电导率.在常温、压力＞0.35 GPa的条件下,斜长角闪岩的弹性波纵波速度与压力呈线性关系,说明此时岩石中的微裂隙已经基本闭合.依据该线性关系,得到常温常压下斜长角闪岩的弹性波纵波速度为6.390 7 km/s,压力系数为0.160 6 km/(s·GPa).在1.0 GPa条件下,斜长角闪岩的弹性波纵波速度与温度呈线性关系,温度系数为-0.000 594 km/(s·℃).在1.0 GPa、200～700℃条件下,斜长角闪岩样品的电导率符合Arrhenius公式,指前因子为25.78～105.32 S/m,活化能为0.57～0.66 eV.利用实验获得的弹性波纵波速度及其温度系数和压力系数以及电导率与温度的关系,结合现今华北克拉通地热学的基本参数,计算得到斜长角闪岩的弹性波纵波速度-深度剖面和电导率-深度剖面,将二者分别与华北克拉通北缘深部地壳的弹性及电性结构进行对比的结果表明:高温高压下绿泥石化斜长角闪岩的弹性波纵波速度与该地区中地壳速度相当,电导率介于中、下地壳范围内.综合来看,实验的绿泥石化斜长角闪岩有可能是组成现今华北克拉通北缘的中地壳岩石之一.     

论壳内韧性流层及其构造表现

地球物理探测表明,在上地壳之下有一不均匀分布的壳内低速层,中地壳之中还有一些局部的低速层。现代破坏性地震震源主要集中于10～15km深处,相当于这一低速层之顶部,处于脆韧性过渡带内。从岩石变形的角度看,这个低速层是一个壳内的韧性流变层,以发育近水平的韧性剪切带和褶叠层构造为其特征。它在纵向上和横向上都是不均一的,代表了地壳尺度的韧性剪切带,在地壳构造的演化中起着极重要的作用。     

青藏高原及周边地区下地壳地球物理异常及成因

青藏高原及周边地区下地壳普遍发育电性高导层、波速低速层和热流密度值异常区.下地壳电性结构和速度结构明显具有纵向分层和横向分块的特点,其热流密度值具有明显的南北条带性和东西分块性.下地壳高导层、低速层和热流密度值异常区与青藏高原及周边地区各构造单元有一定的匹配性,异常区的形成与青藏高原和周边盆地耦合过程中下地壳岩石的热软化以及韧性流动有关.下地壳层流是下地壳岩石热软化和韧性流动的结果,青藏高原的隆升是层流作用的表现,目前层流作用的动力来源于恒河盆地下地壳,层流方向由恒河盆地流入青藏高原.     

冀东高级变质岩区金矿矿源层分析

冀东地区金矿床大多产于太古界迁西群金厂峪组斜长角闪岩中.具有明显的层控特征.金厂峪组斜长角闪岩原岩为一套海底基性喷出岩.通过金厂峪组斜长角闪岩的岩石地球化学特征、岩石含金性、载金矿物及微量元素特征和金的溶滤实验、同位素数据资料的分析,结合野外宏观地质特征.阐明金厂峪组斜长角闪岩是冀东地区金矿的矿源层.     

大陆下地壳地球物理异常及其构造意义

下地壳反射层 (或反射下地壳 )、下地壳低速层和低阻层等一系列惊人发现唤醒我们必须重新认识大陆岩石圈 ,研究大陆下地壳。大陆下地壳中的地震反射层、低速层和下地壳低阻层相互伴生 ,在中、新生代伸展构造区和年轻造山带等活动构造区带的发育程度远远高于前寒武纪地盾和克拉通等稳定构造单元 ,其成因可能与层流构造及其相关的热活动、韧性剪切、岩浆作用、部分熔融、变质反应等有关 ,并随着大陆地壳构造 -热演化而变化。     

壳内低速层与地震活动关系

本文根据华北、扬子地台、青藏高原等地区的速度结构、介质特征、地震活动分布等特征,认为地壳中的低速层是在地壳中的弱化层,它与壳内低阻或高导层相对应,在地质构造上反映中地壳大型层间韧性剪切带,与地震活动的层状分布深度范围相对应,粘滑机制是壳内地震活动非常重要的机制,反映了岩石变形呈脆韧性过渡状态。