苏鲁-大别超高压变质岩的弹性力学性质与密度的关系

我们采集了31块来自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔和预先导孔岩芯以及29块苏鲁-大别地区地表露头的典型超高压变质岩,在10～850 MPa的静水压力和室温下测量了60块标本的P波与S波速度,分别建立了纵横波速和围压之间的定量关系,并在此基础上计算了不同压力下各岩石标本的弹性参数即杨氏模量(E)、剪切模量(G)、体模量(K)和泊松比(v),着重探讨了超高压变质岩的弹性力学性质与密度之间的关系.这些最新成果将为超高压变质岩地区以及新老俯冲带地震波资料的解释提供关键的理论和实验基础.     

高压超高压变质岩抬升—剥露的一种动力学机制分析

综述了高压超高压变质岩带的基本构造特征，认为运用体粘滞性流变学理论可以很好地解释高压超高压变质岩的发育过程及其抬升－剥露动力学机制。     

大别山超高压变质岩组合中石榴硬玉石英岩及相关岩石的特征——陆壳成因岩石的证据

查明超高压变质岩系的原岩、原岩建造,是认识变质前历史、探讨超高压变质作用地球动力学机制和陆壳再循环的重要环节。近来的研究表明,大别山造山带中出露的超高压变质岩系的原岩,主要为基性火山岩、碳酸盐岩、碎屑岩等陆壳岩石。安徽省岳西县境内超高压变质岩分布较广,其中碧溪岭地区发育了大别山造山带中出露面积最大的以榴辉岩为主的超高压变质岩组合(图1)。大多数研究者认为碧溪岭超高压变质岩组合的原岩属镁铁质—超镁铁质侵入岩,因而称为碧溪岭岩体(张旗1993,刘若     

天文事件与一种超高压变质杂岩成因的地球动力学模式

超高压变质杂质岩成因模式的关键是折返机制的解释,笔者将天文事件作为一种地球动力学模式来解释超高压变质杂岩的成因,较好地阐明了这个关键问题,该“天文模式”认为超高压变质杂岩分形成,折返和剥露三个阶段形成,天体撞击陆壳所产生的高温高压形成超高压变质杂岩,撞击后新的动力平衡使陆壳重熔的片麻岩里携超高压变杂质岩沿撞击形成的压力薄弱部位向地表折返运移,后期表层的剥蚀使超高压变质岩剥露。     

超高压变质岩的全球分布与地球演化节律

高压，超高压变质作用不是一个局部的孤立的地质现象，而是一个时空跨度大，范围广，影响构造观的重要科学问题。文中讨论了世界上三类典型超高压变质地区的地质学岩石学特点，从全构造的角度研讨了超高压变质的时空分布，从而得到一下列认识：１．所有高压，超高压变质岩均分布于全球活动带及其次级褶皱带内，超高压变质岩常常何存于多期变质和变形的基底片麻岩块体中，与深位壳型剪切带关系密切．２．现有的年代学资料说明大部分超     

中国的超高压岩石剥露与陆内逆冲作用有关的证据

三叠纪期间由于中朝板块与扬子板块的大陆碰撞,产生了一条含有柯石英和金刚石的超高压变质岩带。在中国东部,它被左旋的郯庐断裂平移了530 km。郯庐断裂在大别山地区突然终止于超高压变质地体的南部,并且不通过沿长江一带的前陆褶皱带。据此认为,该地区中生代沿郯庐断裂带的左行平移曾被转换成向南的逆冲,并且导致了超高压变质岩的剥露。碰撞期后的喜马拉雅型的陆内逆冲并伴随侵蚀作用可能是中国极高压变质岩石剥露的主要动因。     

中国大陆科学钻探孔区反射地震剖面的数值模拟与分析

本初步分析了苏鲁超高压变质带大陆科学钻探孔区的地震波速度结构，在此基础上对在东海孔区三维反射地震勘探过井孔的NNW-SSE主剖面和该周围地区的DH99二维反射地震剖面进行了数值模拟分析。结果表明，数值理论模拟结果与三维反射主剖面地震波到时吻合良好，模拟法能实现有效的时深转换，也表明数值模拟中采用的速度结构是合理的。东海钻井孔区实施反射地震勘测，所得地震记录剖面图是单一P波记录，在超高压变质岩区反射地震记录图中S波的影响甚微。DH99二维反射地震剖面的模拟结果表明东海孔区2000米深度以上的密度，波速结构不随深度加大而变化；而且苏鲁超高压变质岩区地表浅层的地震波速和密度较高，是高速高密地区。岩心结果反映的反射地震阻抗差大的地段，数值模拟的理论剖面上强反射面与孔区反射地震剖面图中的强反射体基本吻合．它意味着在非沉积层的结晶岩区，反射地震勘测手段是研究地下复杂结构的有效方法。数值模拟方法可以进一步提取地震反射记录信息，是利用地震反射方法研究地球构造的一种有效的方法。     

超高压变质岩中微粒金刚石的发现及其动力学意义

概述了目前仅有的几个发现微粒金刚石的地区如哈萨克斯坦，挪威西部和我国中等部地的超高压变质岩的最新研究成果，并指出这些变质岩中微粒金刚石为变质成因，变质流体对微粒金刚石的形成具有十分重要的意义。     

大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制

大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识,而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的ε_Nd为-6.2~-17,ε_Sr为18~42,且显示明显的Nd同位素的不平衡现象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明,这些榴辉岩的原岩在超高压变质前,不同程度地与贫18O的大气降水(或海水)发生过氧同位素交换,且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外,大别-苏鲁地区的榴辉岩的3He/4He比值都落在0.79×10-7~9.35×10-7范围内,显示陆壳岩石来源He的重要贡献。所有Sr-Nd、O和He同位素研究均表明:超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征,而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征,有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山带俯冲和折返的速度太快,表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换,故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强,因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma.在如此长的时间内,在100多公里地幔深处高于700℃的高温下发生超高压变质作用,表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反,如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成,则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。      

山东仰口地区超高压变质岩混杂带的组成及其构造变形

从构造岩石角度将山东青岛仰口地区发育的超高压变质岩混杂带划分为构造整合单元和构造混杂单元两个组成部分，对不同单元的岩性组成及其超高压变质特征进行了描述。着重对不同构造单元中的构造变形期次进行了划分。总结了不同期次构造变形的宏观及微观特征。结合苏鲁超高压变质带在区域上构造变形期次的研究情况，初步提出形成仰口地区超高压变质岩中各种构造形迹的构造模式，并对它们所反映的仰口超高压带形成和折返的构造意义进行了探讨。     

榴辉岩的地震波性质：对苏鲁超高压变质带地壳成分和折返机制的探讨

本文总结了榴辉岩的高温高压弹性波速测量结果,并将其应用于苏鲁超高压变质带地震资料的解释。由于榴辉岩具有高密度和高波速,它们和长英质片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、麻粒岩、蛇纹石化橄榄岩的界面可以产生强反射。如果俯冲的陆壳物质以榴辉岩与围岩互层的形式在上地幔保留下来,就可能在造山带的上地幔产生地震反射。根据CCSD孔区地震剖面所建立的地壳成分模型表明:苏鲁超高压带地壳浅部的高速层可归因于夹在花岗质片麻岩、副片麻岩、角闪岩等岩石中的榴辉岩和超基性岩;中地壳主要由中酸性片麻岩、斜长角闪岩和副片麻岩组成;下地壳以中基性麻粒岩为主。在该超高压变质带现今的深部地壳,榴辉岩含量很少或几乎没有。因此,折返的超高压变质岩是以构造岩片的形式沿一系列剪切带逆冲并覆盖在正常的中下地壳之上,深部榴辉岩的缺乏可能与下地壳拆沉作用无关。     

苏鲁造山带浅变质岩的成因及其大地构造意义

苏鲁造山带超高压变质带内部及其北缘,出露仅经过绿片岩相变质作用的浅变质岩系。通过对该浅变质岩的区域分布、地质特征及地球化学的综合研究,表明这些浅变质岩系与大别-苏鲁造山带大陆板块俯冲存在密切的成因关系,为扬子板块俯冲过程中被刮削下来的构造残片,构成大陆板块俯冲过程中形成的构造加积杂岩。在此基础上,厘定了苏鲁造山带的构造成因模型,并对苏鲁造山带的东延问题进行了讨论。     

High- to ultrahigh-pressure (UHP) ductile shear zones in the Sulu UHP metamorphic belt, China: implications for continental subduction and exhumation

High‐ to ultrahigh‐pressure (HP‐UHP) metamorphic rocks that resulted from deep continental subduction and subsequent exhumation in the Sulu orogenic belt, China, have experienced multiphase deformation and metamorphic overprint during its long journey to the mantle and return to the surface. HP‐UHP shear zones are strain‐localized weak zones on which the UHP slab is transported over long distances. HP‐UHP shear zones are well exposed along a 200‐km belt in the Sulu UHP metamorphic belt. The shear zones lie structurally below the UHP rocks and above the non‐UHP rocks, suggesting the early exhumation of the UHP rocks by thrusting. The large area distribution, HP‐UHP nature, high strain and structural association of the shear zones with the UHP rocks suggest that the shear zones are probably a regional detachment developed during the early stage of exhumation of the UHP rocks. Kinematic indicators suggest top‐to‐the N–NW motion of the UHP slab during the exhumation, which, combined with isotope signature in Mesozoic igneous rocks, leads us to the interpretation that the subduction polarity is the North China plate down to the south rather than the Yangtze plate down to the north in the Sulu region.     

Physical properties of ultrahigh-pressure metamorphic rocks from the Sulu terrain, eastern central China: implications for the seismic structure at the Donghai (CCSD) drilling site

About 30 samples representing major lithologies of Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic rocks were collected from surface exposures and exploration wells, and compressional (Vp) and shear wave (Vs) velocities and their directional dependence (anisotropy) were determined over a range of constant confining pressures up to 600 MPa and temperatures ranging from 20 to 600 °C. Samples range in composition from acidic to ultramafic. P- and S-wave velocities measured at 600 MPa vary from 5.08 to 8.64 km/s and 2.34 to 4.93 km/s, respectively. Densities are in the range from 2.60 to 3.68 g/cm³. To make a direct tie between seismic measurements (refraction and reflection) and subsurface lithologies, the experimental velocity data (corresponding to shallow depths) were used to calculate velocity profiles for the different lithologies and profiles of reflection coefficients at possible lithologic interfaces across the projected 5000-m Chinese Continental Scientific Drilling Program (CCSD) crustal segment. Comparison of calculated in situ velocities with respective intrinsic velocities suggests that the in situ velocities at shallow depths are lowered by an increased abundance of open microcracks. The strongly reflective zone beneath the Donghai drill site can be explained by the impedance contrasts between the different lithologies. Contacts between eclogite/peridotite and felsic rocks (gt-gneiss, granitic gneiss), in particular, may give rise to strong seismic reflections. In addition, shear-induced (lattice preferred orientation (LPO)-related) seismic anisotropy can increase reflectivity. For the explanation of the high velocity bodies (>6.4 km/s) around 1000 m and below 3200-m depth, large proportions of eclogite/peridotite (about 40 and 30 vol.%, respectively) are needed.     

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明，苏鲁-大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高，且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别；而莫霍面下凹程度不如大别地区，地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动，与大别地区相比，有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表；然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明，苏鲁-大别地段的造山、演化过程中，在构造运动基本相似的背景下，存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用，有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是，郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NXV—SE向扩张应力场的影响。其中，中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。     

P-wave anisotropy in eclogites and relationship to the omphacite crystallographic fabric

Measurements of P-wave velocity at room temperature and confining pressures up to 500 MPa were carried out on three eclogite mylonites collected from a shear zone in the Monviso area (Western Alps). P-wave velocities at a pressure of 400 MPa range from 7.7 km/s to 7.9 km/s, yielding to a maximum anisotropy of 6%. From the CPO of omphacite we estimated a maximum contribution of omphacite to the P-wave anisotropy of only 1.3%. These results suggest that primarily the compositional layering and secondary the fabric of minor constituent minerals significantly contribute to the seismic anisotropy. Because of the anisotropy, the seismic reflectivity of subduction zones may vary with the direction of observation.     

Experimental and texture-derived P-wave anisotropy of principal rocks from the TRANSALP traverse: An aid for the interpretation of seismic field data

A representative suite of deformed, metamorphic rocks from the TRANSALP reflection seismic traverse in the Eastern Alps was studied in the laboratory with respect to elastic properties and whole-rock texture. Compressional wave (P-wave) velocities and their anisotropies were measured at various experimental conditions (dry, wet, confining pressure), and compared to the texture-related component of anisotropy. Here ‘texture’ refers to crystallographic preferred orientations (CPOs), which were determined by neutron texture goniometry. In gneisses and schists P-wave anisotropies are mainly controlled by the microcrack fabric. In marbles and amphibolites CPO contributes very significantly to anisotropy. At 200 MPa confining pressure the degree of anisotropy is between 5% and 15%, depending on rock composition and/or CPO intensity. Special emphasis was also put on discussing possible effects of fluids on seismic velocity and anisotropy. Distributions of water-filled microcracks and pores are distinctly anisotropic, with maximum contribution to bulk rock velocity mostly parallel to the foliation pole. Decreasing P-wave velocity and increasing anisotropy of immersed samples may be explained by crack-induced changes of the elastic moduli of bulk rock. The main conclusion regarding interpretation of TRANSALP data is that strong reflections in the deep Alpine crust are probably due to marble–gneiss and metabasite–gneiss contacts, although P-wave anisotropy and boundaries between zones of ‘dry’ or ‘wet’ series may contribute to reflectivity to some extent.     

苏鲁造山带地壳上地幔结构层析成像研究

扬子与华北板块在三叠纪的俯冲碰撞形成了著名的苏鲁超高压造山带,其板块碰撞接触关系一直是热点问题.利用国家台网中心64个省台记录的1 079个近震事件的10 922个P波到时和251个远震事件的11 931个P波到时数据,采用远近震联合反演的层析成像方法对苏鲁地区进行了地壳上地幔速度结构反演.结果显示,研究区内两个低速异常区分别对应山东半岛西部的华北板块地幔上隆区和壳幔相互作用强烈的长江中下游成矿带地区.在地幔300 km深度之下出现的高速异常体可能代表了早中生代扬子与华北板块碰撞之前俯冲拆沉的古特提斯洋板块.传统观点的扬子板块岩石圈向北俯冲不明显,华北板块表现为向东南俯冲的高速特征.华北板块俯冲以苏鲁造山带中部的北纬35°为界,分为南北两种俯冲样式.北部俯冲不明显,华北板块停滞在郯庐断裂带以西;南部则表现华北板块向东南陡倾俯冲到苏鲁造山带之下.      

北苏鲁荣成地区超高压变质带的形成与折返动力学

山东省荣成地区位于苏鲁高压-超高压变质带的东北部,以花岗质片麻岩、副片麻岩为主,夹有少量的榴辉岩、石榴辉石岩、麻粒岩、超基性岩、石英岩、大理岩和斜长角闪岩等,各类岩石的锆石中普遍含有柯石英包裹体,表明荣成地区岩石曾经历超高压变质作用过程。荣成地区区域构造格架表现为面理产状总体为NNE-SSW走向,向南转为由NE-SW走向,呈弧形展布,倾向SE或SSE,超高压变质岩石由一系列近平行的剪切岩片组成,岩片之间的分界线为一些韧性剪切带,是折返阶段角闪岩相-绿片岩相的产物。结合野外宏观变形现象、显微构造分析以及糜棱岩中石英的优选方位EBSD （electron backscatter diffraction,电子背散射技术）测量结果,可以判断北苏鲁荣成地区韧性剪切带主要形成于中、低温（550~350℃）条件,并具有由NW向SE“斜向正滑”的剪切指向。根据韧性剪切带中所含的榴辉岩透镜体的显微构造和绿辉石与金红石的优选方位的EBSD的研究,重塑超高压变质阶段的流变学特征：绿辉石和金红石都具有高温的滑移系组构模式。横穿苏鲁高压-超高压变质带的地震反射剖面揭示了苏鲁高压-超高压变质带呈厚10km以上的穹形板片,位于苏鲁高压-超高压变质板片下部的荣成及江苏刘山以韧性正断裂系列为主。Ar-Ar测年结果表明,发生这种伸展韧性剪切作用的时间在117~130Ma。位于板片上部的南苏鲁以韧性逆冲性断裂系列为主。基于以上各方面的研究,进一步验证了苏鲁超高压-超高压变质带折返动力学的挤出模式。