构造附加(围压)静水压力的理论、模拟和实验研究

部分研究者假设：地下岩石处于静水压力状态。按此理论，某一深处的地下岩石各方向压力都相等，而且都等于从该处至地表岩石柱的总重量。换句话说，地下的压力只来自重力，且随深度直线增加，即依此，形成了“压力／比重”的深度的测深方法。然而，地壳应力状态主要是由重力和构造力引起，作者提出其（围压）静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成。本文用固体力学方法分析地壳中静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的特点，     

地质作用深度测算中的问题

迄今为止,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。这种方法只在假设岩石处于静止的液体状态下才是正确的。然而,实际上从浅部地壳直至地幔深处的岩石都是固体状态而不是液体状态,且粘性系数随浓度递增。实测数据表明,地下水平压应力总是大于垂直压应力,说明构造力在量值上超过重力。所以,在地壳中进行地质作用深度的测算必须把岩石看作是固体并依据固体物理理论。因此,吕古贤等在文献〔１６〕中提出的深度测算方法（１     

地壳中重力、构造力和构造附加压力的力学基础

<正>迄今为止,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。这种方法只在假设岩石处于静止的液体状态下才是正确的(Heim,1878)。然而,实际上从浅部地壳直至地慢深处的岩石都是固体状态而不是液体状态,且粘性系数随深度递增。实测数据表明地下水平压应力总是大于垂直压应力,说明构造力在量值上超过重力。所以,在地壳中进行地质作用深度的测算必须把岩石看作是固体并依据固体物理理论,在吕古贤等提出地质作用的深度测算方法正好考虑到了这一情况。     

“陆内造山带形成与演化动力学机制”主题专辑目次

地下岩石的压力模型是研究构造及其演化的基础。瑞士地质学家海姆提出地下岩石处于静水压力状态的假设,前苏联学者金尼克又指出地下某深处的垂直应力等于上覆岩石柱的总重量,而侧向压力通过泊松比系数可以求算。则迄今为止,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。然而,经过“应力矿物”、“构造变形和变质相关性研究”、“构造地球化学”和“构造动力成岩成矿”等研究发现,上述地质学经典的认识和算法存在重大缺陷,没有考虑构造压力的作用。近几十年,发展了地下岩石处于“构造力和重力复合的压力”状态的认识,建立从总压力中先消除构造附加静水压力,然后计算形成深度的“构造校正测算方法”（吕古贤,1982,刘瑞珣,1988）。 在1994年（大陆构造会议,北京）,根据上述认识,对于大别超高压变质的“深俯冲折返模式”提出不同见解。通过学术会议（构造地质专业委员会学术会议,2000年和2002年,合肥和郑州）交流,论文在《科学通报》（1998年）得以发表。该刊物还组织了两种不同观点的辩论。地质力学专业委员会（2000年）召开了“地壳异常压力学术研讨会”,国土资源部设立科技发展重点计划项目（“地壳深部压力与超高压岩石形成研究”,2002年）,推动研究的发展。2004年,提交《超高压变质的构造附加压力与形成深度》专著和《中国地质大学学报》英文专辑,参加“第三十一届国际地质大会（意大利）”的国际交流。 中国地质学会地质力学专业委员会和安徽省地质学会联合主办“陆内造山带形成演化与动力学机制学术研讨会”（2015年11月22-24日,合肥）。常印佛院士在会上指出,在中国东部大约230万平方公里范围,李四光研究过新华夏构造体系问题,陈国达提出地台活化的“地洼”理论,朱夏强调陆内变形及其成岩成藏的意义和工作,奠定了我国东部陆内地质构造研究的基础。汤家富用区域地质资料揭示,中生代陆内没有超高压“深俯冲折返”的地质条件。葛肖虹强调经过4亿年以来的多期次拼接离合碰撞过程而形成的中国大陆,是拼接复式大陆。池顺良依据潮汐力莫霍面资料,动态模拟了地台活化的深部动力学过程。杨建军在山东仰口的古地震角砾岩之间发现粒状柯石英等现象,展示榴辉岩具有地壳浅部“震击高压变质作用”的成因。 会议组织了两期“地学前缘”专辑。本期专辑的论文,强调地下岩石处于固态,围压来自重力、构造力和其他力,建立地壳深部岩石“构造力和重力复合的压力模型”;用构造校正测算方法获得了大别地区高压超高压变质岩石形成深度23~55 km的数据,结合其他地质构造和地球化学资料,建立超高压变质“构造增压壳内成因”的模式;研究发现,即使处在同样的地壳深处,只要有差应力条件,从微观到岩石圈尺度都存在压力非均匀分布--被称为构造超压,它们并不唯一受埋藏深度控制;热力学耦合数值模拟构造偏应力作用叠加下的大陆碰撞造山带,其42 km深处的构造超压达到2.2 GPa,局部可到3.4 GPa,在40~50 km深处就能发生高压超高压变质作用;“构造降压水相变耦合成矿成藏”研究认为,降压下水的相变导致地压梯度明显变化,改变相变线并且控制热液成矿和油气成藏作用;胶东金矿区具有“陆内岩浆核杂岩隆起拆离带蚀变成矿”特点;侏罗纪以来沂沭断裂带强烈左行平移,形成了泛裂陷型盆地系、狭窄型裂陷盆地系、菱形状裂陷盆地系和胶莱盆地系统四种类型,它们与隆升山体共同构成典型的陆内隆升伸展构造体制;胶东断裂蚀变岩年龄显示,其形成于(148.3±4.3)~(52.03±0.70) Ma且区域上自西向东逐渐变新,结合压力、温度和成矿元素的分布特征的资料证实,郯庐构造带是胶东金矿直接的成矿动力来源;以构造岩相带为研究目标建立“成矿地质地球物理的分类”,地球物理方法取得良好的勘探、验证和找矿效果;焦家式金矿是一种“构造热液复合型矿床”,它们多阶段发育,其初始矿源岩--变质岩系以Au和S等元素富集正异常为地球化学标志,而直接矿化岩系--岩浆岩和断裂蚀变岩以Na2O等元素贫化和负异常为特点,这对使用勘查地球化学方法研究区域成矿问题具有重要的示范意义。 感谢所有的作者,包括没有在本期刊登的论文提交者、审稿专家和编辑部人员等为本专辑出版所付出的辛勤努力！     

含柯石英榴辉岩形成深度构造校正测算的新数据

<正>对地壳岩石形成深度的研究是近20年来固体地球科学的前沿课题之一。自格鲁宾曼和尼格里设想地壳内温度和压力是深度的正比例函数以来,人们常把地下岩石应力状态设想为静止流体内的应力状态,即认为地下某处的静水压力值等于上覆岩层的总质量,因此,目前主要是用所估测的压力值(即各向等正应力,泛称静水压力状态)直接换算。该法是建立在压力与深度呈线性关系上,实际上是质量/密度(W/SW)的方法。它忽略了构造作用力对静水压力的影响,所以,测得成岩成矿的深度值会比     

岩石电容:物探"激发极化"的实质 ——对于物探"激发极化"一次和二次电压现象的讨论

利用岩石、地质体的电容特性论证“激发激化”（IP）一次和二次电压的形成机理,指出了假说状态的IP理论错误,使得一次和二次电压现象能够科学地应用到地球物理勘探.根据实际的电阻都具有电容的特性以及实际的电容都“漏电”的事实,推定同样是电阻的岩石、地质体具有电容特性.利用岩石、地质体的电阻电容等效电路验证了岩石、地质体充放电过程中产生一次电压和二次电压,且一次和二次电压的和等于充电稳定时的电压的事实;在交流充电中,利用该等效电路同样验证了电流与电压间的相位移及阻抗的减小现象,并得到实测数据证明;利用实测数据,通过综合分析方法推断出等效电路推导的一次和二次电压与实测相符.岩石、地质体具有电容特性,实际上是体现了岩石具有电容这一物性特征.研究结果显示,一次二次电压的形成不存在“激发”因素,IP理论中的“极化率”大小与极化没有关系.研究表明,一次和二次电压的关系可以反映岩石、地质体内金属矿物的含量;利用岩石、地质体的充放电的时间常数、电容特性进行物探,对于识别隐伏地质体,效果会更好.     

草地退化的地质指标体系

借鉴国际地质指标工作组提出的地质指标概念,从分析草地退化的各种影响因素及其对演化过程的控制作用, 以及草地生态系统退化过程中的各种响应关系入手,按照“影响-状态-后果模型”（CSR模型）和“压力-状态-响应 模型”（PSR模型）构建了草地退化地质指标体系。     

花岗岩部分熔融及其对青藏高原南部地壳速度结构的约束

青藏高原南部地壳平均速度偏低和壳内广泛存在低速层是地壳物质组成、岩石物性状态和温度压力等综合因素在岩石弹性性质上的表现。依据岩石物理学和部分熔融实验获得的青藏高原南部地壳岩石弹性参数和熔体分布的结构信息,本文模拟青藏高原南部地壳岩石在不同的地温梯度条件下波速和密度随深度的变化,从而为探讨青藏高原南部地     

胶东大尹格庄金矿田成矿深度构造校正测算

对地壳深度的研究和探索是近年固体地球科学的前沿课题之一,以往很多方法都是将压力换算为上覆岩石重量再换算为深度的。吕古贤（1982,1995,1996）指出不是只有重力可以产生静水压力,构造力也会产生相应的静水压力,并称后者为“构造附加静水压力”。基于这一理论进展,吕古贤等（1997）建立了“成岩成矿深度的构造校正测算方法”。利用这一方法,本文在大尹格庄金矿田构造蚀变岩显微构造研究和相关应力测算的基础上,对其成矿深度进行了构造校正测算。     

赣东北鹅湖岩体SHRIMP 锆石U-Pb 年龄、Sr-Nd-Hf 同位素地球化学与岩石成因

对赣东北鹅湖岩体进行了SHRIMP 锆石U-Pb 年代学、元素和Sr-Nd-Hf 同位素地球化学及岩石成因研究。SHRIMP 锆石U-Pb 定年结果表明,鹅湖岩体形成于早白垩世的（121.7±2.9） Ma;岩相学及元素和Sr-Nd-Hf 同位素特征表明鹅湖花岗岩属于S 型,主要是由地壳深处（至少40 km）的古元古代变质沉积岩发生部分熔融形成的,成岩过程中并没有发生强烈的分离结晶作用和幔源岩浆混合作用,赣东北地区早白垩世伸展构造背景造成的软流圈地幔上涌可能是下地壳岩石发生部分熔融的诱因。     

重力和构造力在地壳中的作用

本文对于“上覆岩石重力数值等同于静水压力数值”的认识提出了新的看法，地壳中应力场Ｔ可以看成是一个静水压力Ｐ和一个差应力σ的复合、则静水压力Ｐ是由重力附加静水压力ＰＲ和构造力附加静水压力ＰＳ两者叠合而成，而不仅仅是来自上覆岩石的总重量，有限元模型计算表明，在同样外力条件下，从挤压变形带，剪切变形带到引张变形带中的各带构造附加静水压力值呈降低变化，即ＰＣ〉ＰＺｈ〉Ｐｔ，因而构造附加静水压力得造成局部静     

龙门山地区上地壳的拱曲冲断作用及其深部动力学机制探讨

地形地貌与区域地质构造分析揭示,龙门山一带上地壳的汇聚作用表现为松潘－甘孜块体东缘的褶皱拱曲与扬子克拉通西缘的高角度叠瓦状冲断,近地表形成了一个巨大的北东向展布的拱曲冲断构造带。松潘－甘孜块体东缘的拱起预示着可能有来自深部的顶托。人工地震测深得到的地壳P波速度结构剖面也揭示,松潘－甘孜块体东缘上地壳普遍有较大范围的拱起,上地壳底部的低速层也同步抬升,其隆起范围与近地表的拱曲冲断带比较一致,说明很可能存在来自中下地壳的上拱作用。面波层析成像揭示松潘－甘孜块体与扬子克拉通具有截然不同的壳幔结构,扬子克拉通速度较高,且不存在低速夹层; 而松潘－甘孜块体速度偏低,地壳明显增厚,且下地壳及地幔上部存在S波低速层,地幔低速层上涌至壳幔过渡带,甚至侵入四川盆地之下,且上涌的范围与地表拱曲冲断带恰巧吻合,推测地幔盖层与下地壳塑性软弱物质的局部上涌促成了上地壳的拱曲。2008年汶川8.0级地震发生在拱曲冲断带中段,最大同震位移场位于龙门山拱曲冲断带及四川盆地西缘,揭示松潘－甘孜块体东缘的拱曲与扬子克拉通西缘的冲断共同受制于两大块体最新的汇聚作用。认为龙门山拱曲冲断构造带是陆内汇聚与壳幔通道流上涌联合作用的结果。爆破地震测深与地震层析成像不显示陆内俯冲图像,两大地块之间中地壳以下似为一近直立的汇聚带,这一构造格架将物质迁移主要限于垂向上,有利于龙门山保持大地形高差,而四川盆地一侧则因难以形成大的构造负载,前陆凹陷作用不显著。     

Phase-equilibrium geobarometers for silicic rocks based on rhyolite-MELTS. Part 2: application to Taupo Volcanic Zone rhyolites

Constraining the pressure of crystallisation of large silicic magma bodies gives important insight into the depth and vertical extent of magmatic plumbing systems; however, it is notably difficult to constrain pressure at the level of detail necessary to understand shallow magmatic systems. In this study, we use the recently developed rhyolite-MELTS geobarometer to constrain the crystallisation pressures of rhyolites from the Taupo Volcanic Zone (TVZ). As sanidine is absent from the studied deposits, we calculate the pressures at which quartz and feldspar are found to be in equilibrium with melt now preserved as glass (the quartz +1 feldspar constraint of Gualda and Ghiorso, Contrib Mineral Petrol 168:1033. doi: 10.1007/s00410-014-1033-3. 2014). We use glass compositions (matrix glass and melt inclusions) from seven eruptive deposits dated between ~320 and 0.7 ka from four distinct calderas in the central TVZ, and we discuss advantages and limitations of the rhyolite-MELTS geobarometer in comparison with other geobarometers applied to the same eruptive deposits. Overall, there is good agreement with other pressure estimates from the literature (amphibole geobarometry and H₂O–CO₂ solubility models). One of the main advantages of this new geobarometer is that it can be applied to both matrix glass and melt inclusions—regardless of volatile saturation. The examples presented also emphasise the utility of this method to filter out spurious glass compositions. Pressure estimates obtained with the new rhyolite-MELTS geobarometer range between ~250 to ~50 MPa, with a large majority at ~100 MPa. These results confirm that the TVZ hosts some of the shallowest rhyolitic magma bodies on the planet, resulting from the extensional tectonic regime and thinning of the crust. Distinct populations with different equilibration pressures are also recognised, which is consistent with the idea that multiple batches of eruptible magma can be present in the crust at the same time and can be tapped simultaneously by large eruptive events.     

长江口地区地面沉降的深部动力学机制分析

地表变形、活动断裂和地球物理的综合分析表明,菲律宾洋壳向欧亚大陆的俯冲导致的地幔对流是控制中国东部沿海地区晚新生代以来构造作用的主导因素,是长江口地区地面沉降的主要深部动力学机制。由于地幔对流和青藏高原挤压共同作用导致的地壳热流值的差异则是长江口地区西部隆升、东部沉降且向东沉降速率增大的直接驱动力。预测未来长江口地区的基岩沉降范围将以>10cm/a的速率向西扩大,沉降速率将呈明显加速趋势,40000a之内上海市可能被海水淹没,但板块构造演化的“渐变”特征决定其对当地未来的人类活动不会造成显著影响。根据“地壳均衡理论”,建议在长江口南西部(浙江省北东部)的丘陵山区加大重力载荷如加快城市化进程或人工造山以减小和控制上海地区的沉降。     

最近2.5Ma黄土高原环境变化研究进展——来自洛川黄土地层的证据

洛川黄土—古土壤序列记录了最近2.5Ma黄土高原自然环境的演化和变迁。国内外研究人员运用地层学、古生物学、土壤学、磁学、沉积学、岩石学、矿物学、地球化学等多学科的研究方法，统一地层划分，明确成因机制，建立时间标尺，分析气候指标，提取环境信息，逐步揭示了自早更新世以来该区气候由暖湿而冷干、频繁剧烈波动的历史以及古生物的演替过程，为全球变化研究提供了重要资料。     

论层滑、倾滑和走滑断裂系统

中、下扬子区广为发育的前缘逆向倾滑,后缘正向倾滑和两侧为走滑断裂所限的薄皮层块构造,系挤压和拉张作用处于同一运动系统中,是由岩石的物质分层、能量分层和构造分层作用及层滑运动所致。地壳表、浅层分布的层块构造与深层的块片构造、地体构造和板块构造的倾滑、走滑机制是一致的,并与断裂力学中的滑开型、撕开型和位错构造中的刃型位错、螺型位错的力学机理和运动本质是相同的。      

Crustal growth in south-eastern Australia—evidence from lower crustal eclogitic and granulitic xenoliths

Mafic and ultramafic xenoliths in a basaltic cone at The Anakies in south-eastern Australia are geochemically equivalent to continental basaltic magmas and cumulates. The xenolith microstructures range from recognizably meta-igneous for intrusive rocks to granoblastic for garnet pyroxenites. Contact relationships between different rock types within some xenoliths suggest a complex petrogenesis of multiple intrusive, metamorphic and metasomatic events at the crust/mantle boundary during the evolution of south-eastern Australia. Unaltered spinel lher-zolite, typical of the uppermost eastern Australian mantle, is interleaved with or veined by the metamorphosed intrusive rocks of basaltic composition. Geothermobarometry calculations by a variety of methods show a concordance of equilibration temperatures ranging from 880°C to 980°C and pressures of 12 to 18 kbar (1200-1800 mPa). These physical conditions span the gabbro to granulite to eclogite transition boundaries. The water-vapour pressure during equilibration is estimated to be about 0.5% of the load pressure, using amphibole breakdown data. Large fluid inclusions of pure CO₂ are abundant in the mineral phases in the xenoliths, and it is suggested that flux of CO₂ from the mantle has been an important heat source and fluid medium during metamorphism of the mafic and ultramafic protoliths at the lower crust/upper mantle boundary. The calculated pressures and temperatures suggest that the south-eastern Australian crust has sustained a high geothermal gradient. In addition, the nature of the mineral assemblages and the contact relationships of granulitic rock with spinel lherzolite, characteristic of mantle material, suggest that the Moho is not a discrete feature in this region, but is represented by a transition zone approximately 20 km thick. These inferences are in agreement with geophysical data (including seismic, heat-flow and electrical resistivity data) determined for south-eastern Australia. Underplating at the crust/mantle boundary by continental basaltic magmas may be an important alternative or additional mechanism to the conventional andesite model for crustal accretion.     

On the occurrence of eclogite in Western Norway

Recent experimental data show that eclogites may form in the crust under conditions where total pressure exceeds water pressure. The regional distribution of eclogites in Western Norway and their association with crustal rocks makes their formation in the crust the most attractive hypothesis. Before a mantle origin should be assigned to any rock within this eclogite and garnet peridotite area it should be demonstrated that their country rocks are in a metamorphic state incompatible with the load pressures required for eclogite stability. Criteria for ascertaining eclogite formation in the crust are discussed.Publication no. 8 in the Norwegian geotraverse project.