青藏高原东南缘中-下地壳地震波各向异性成因——来自云南六合深源包体组构学的约束

本文通过对出露于青藏高原东南缘云南六合地区的新生代深源岩石包体(斜长角闪岩、角闪石岩和石榴石透辉岩)的显微组构和地震波各向异性的研究来约束新生代青藏高原东南缘的地壳各向异性.通过角闪石地质压力计计算得知斜长角闪岩、角闪石岩和石榴石透辉岩包体来源于地壳28～36km,为中-下地壳岩石包体.EBSD测量结果显示包体中角闪石的CPO (晶格优选定向)为Type-IV型和(100)[001]滑移,单斜辉石的CPO为SL型和(100)[001]滑移,暗示中-下地壳为高温强变形的特征.通过CPO数据计算获得斜长角闪岩、角闪石岩和石榴石透辉岩包体全岩VP各向异性为1.9%～13.3%,最大分裂的剪切波各向异性(AVS)为1.17%～8.01%.结合前人的研究结果,该地区的地壳岩石能够解释利用Pms震相测量获得的分裂延迟时间,表明云南西北地区的壳内各向异性源于中-下地壳矿物的定向排列.云南西北地区的Pms快波方向近NW-SE向分布并与SKS的快波方向相近,暗示岩石圈变形是耦合的,受控于青藏高原向东南挤出的构造背景.     

岩石圈主要各向异性矿物的CPO特征及其对岩石圈动力学研究的启示

地震波各向异性主要受岩石中矿物晶格优选方位(Crystallographic Preferred Orientation,CPO)的影响,橄榄石的CPO控制着上地幔的地震波各向异性。将岩石中矿物的CPO与全岩地震波各向异性相结合,可以解释在全球不同构造单元观测到的地震波各向异性,从而进行构造变形和动力学过程分析。文中在总结岩石圈主要各向异性矿物的CPO和各向异性特征的基础上,以青藏高原东南缘岩石圈地幔包体为例,对其显微组构和地震波各向异性进行研究,结果显示青藏高原东南缘岩石圈地幔的构造环境发生改变,岩石圈地幔无法解释观测到的剪切波分裂(SKS)地震波各向异性,需要考虑其他各向异性来源。由此可见,研究岩石圈地幔矿物的CPO对合理约束地球物理测量资料和分析岩石圈变形特征至关重要。     

大陆岩石圈流变与地震波速各向异性

岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破.     

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程：将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明：矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0（集中分布于0.5~0.85）,横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3（平均值约为0.22）;模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%（平均绝对误差仅1.20%）,预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%（平均绝对误差仅0.64%）,证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.     

大别-苏鲁榴辉岩和石榴辉石岩中矿物Ce异常: 对氧化环境下形成沉积物深俯冲作用的示踪

准分子激光ICP-MS矿物原位微区分析发现, 来自大别-苏鲁超高压变质带典型地区(双河、毛屋、碧溪岭及仰口)的榴辉岩和石榴辉石岩中石榴石Ce异常从正到负高度变化. 绿辉石或单斜辉石也表现出类似的Ce异常特征, 但变化幅度小于石榴石. 这种Ce异常高度变化的现象仅见于氧化条件下形成的强烈风化剖面中. 因此, 这一结果表明大别-苏鲁榴辉岩和石榴辉石岩中存在氧化条件下形成的风化沉积物, 这些陆壳物质的深俯冲对地幔的改造和物质再循环可能具有重要意义.     

华北地区韧性剪切带几种岩石的波速各向异性高温高压实验研究

对华北地区韧性剪切带几种代表上、中、下地壳深度的糜棱岩及其围岩在高温高压条件下进行纵波速度测定及各向异性研究．对实验样品的纵波速度测定得到以下结果：１．沿糜棱岩面理方向的纵波速度大于与面理垂直方向的纵波速度，差值为０．１５-０．３０ｋｍ／ｓ，各向异性为３％-５％；２．糜棱岩的纵波速度低于其围岩的纵波速度，差值为０．１０-０．４５ｋｍ／ｓ；３．中地壳角闪岩相糜棱岩的纵波速度各向异性高于上地壳绿片岩相糜棱岩和下地壳麻粒岩相糜棱岩的各向异性；４．地震波速各向异性与糜棱岩矿物优选定向有关．     

榴辉岩

榴辉岩是一种高温高压变质岩,含绿辉石、石榴子石,常常含蓝闪石等矿物。超高压环境形成的榴辉岩可含柯石英和（或）金刚石。     

俯冲带主要含水矿物弹性波性质研究现状及展望

俯冲带中的含水矿物对物质循环和水迁移等有着极其重要的作用,同时也是俯冲带中的地震波速异常的主要原因．本文总结了近20年来,国内外对俯冲带三种主要含水硅酸盐矿物（蛇纹石、绿泥石和角闪石）弹性波速研究取得的重要成果：含水矿物普遍具有低波速、高各向异性的特点;压力增加波速增加,但波速各向异性降低．富含水矿物的岩石,波速各向异性随着含水矿物含量的增加而增大,同时受到含水矿物晶格择优取向（LPO）类型以及岩体中裂隙的影响．含水矿物LPO引起的地震波速各向异性特征与俯冲的角度有关,在低角度的俯冲带中会引起垂直于海沟方向的快速传播,而在高角度的俯冲带中引起平行于海沟方向的快速传播．文章最后针对目前俯冲带中含水矿物弹性波速研究中存在的问题,提出了未来需要在三个方面加强研究．     

藏南定结铁镁质麻粒岩矿物化学、PTt轨迹和折返过程

定结铁镁质麻粒岩出露于藏南拆离系和申扎-定结伸展构造系交汇处的高喜马拉雅岩系糜棱岩化片麻岩内, 以不同规模的透镜状包体沿着糜棱面理分布, 主要岩石类型包括退变石榴石斜长辉石岩、石榴石二辉麻粒岩和辉石斜长角闪岩等. 详细的岩相学分析表明这些铁镁质麻粒岩经历了至少四个阶段的变质演化, 早期形成了石榴石+单斜辉石+石英(榴辉岩)矿物组合(M1)、早期降压分解形成斜长石+单斜辉石后成合晶构成的高压麻粒岩矿物组合(M2)、晚期降压分解形成的斜长石+单斜辉石+紫苏辉石后成合晶构成的麻粒岩相矿物组合(M3)和最后降温水化形成的斜长石+角闪石退变质矿物组合(M4). 详细的矿物电子探针成分分析表明早期石榴石和单斜辉石(M1和M2)矿物成分与B类和C类榴辉岩同类矿物的成分特征相似, M3单斜辉石与麻粒岩相单斜辉石的成分特征一致. 早期残晶矿物组合形成于榴辉岩相(M1), 早期降压分解(M2)反应发生于1.35~1.48 GPa, 625~675℃, 降压分解的M3麻粒岩相变质阶段矿物组合形成于0.7~0.95 GPa, 775~900℃, M4退化变质的斜长石+角闪石矿物组合形成于4.0~7.5 GPa、660~700℃, 记录了俯冲增厚－构造隆升的PTt轨迹. 矿物化学特征和不同阶段变质作用的P-T条件表明早期经历了榴辉岩相变质作用. 折返过程中经历了榴辉岩相构造隆升、榴辉岩-高压麻粒岩相到麻粒岩相均衡隆升和伸展隆升的三阶段折返过程.     

不同温压条件下蛇纹岩和角闪岩中波速与衰减的各向异性

在实验室中研究了蛇纹岩和角闪岩样品在不同温压条件下的纵、横波速度和Q值．这两种岩样对应的主要组成矿物叶蛇纹石和普通角闪石都具有很强的晶格优选方位（LPO）．随着围压的增加,波速和Q值均增大,但是在相互正交的三个方向上（垂直或平行于层理面及线理方向）增大的速度并不相同,这与微裂隙的逐渐闭合密切相关．在600MPa的围压下升高温度直到600℃以上,由于微裂隙的热扩张受到约束,波速和Q值下降幅度很小．观测到的波速和Q值的各向异性具有不同的机理,波速各向异性主要与定向分布的微裂隙和主要矿物的LPO等构造因素有关;高围压下纵波Q值各向异性与速度各向异性正好相反,可能是由于形成层理面的定向排列的平板状矿物晶体沿不同方向边界之间接触程度不同造成的．     

辽宁金伯利岩变基性岩石捕虏体地球化学及锆石年代学: 示踪华北下地壳早期演化

辽宁复县古生代金伯利岩中的变基性岩石捕虏体主要为石榴石麻粒岩, 少量的辉石角闪岩、变辉长岩和辉石正长岩. 它们的SiO₂含量在47.3%~49.9%间. 石榴石麻粒岩多为中、粗粒变晶结构并呈三联点接触, 具石榴石+斜长石+辉石+条纹长石±金云母的矿物组合. 辉石角闪岩的矿物组合为斜长石+辉石+角闪石±条纹长石, 具744~821℃和0.76~0.88 GPa的平衡温度和压力条件. 石榴石麻粒岩来源于辉石角闪岩之下, 相当于>29 km下地壳深度, 石榴石麻粒岩的化学组成相当于钙碱性玄武岩, 具非常宽的Ni(133×10^−6~840×10^−6), 和Nb/Y(0.12~1.85)、Nb/U(3.51~53.86)和Ta/U(0.38~2.48). 辉石角闪岩和辉石正长岩组成上相当于碱性玄武岩. 它们被认为是底侵基性岩浆(结晶分异和未结晶分异)物质与古老地壳组分混染并经变质作用的产物, 并部分受到金伯利岩浆的影响. 变辉长岩锆石协和的表面年龄(2610~2580 Ma)以及石榴石麻粒岩、辉石角闪岩锆石近协和的上交点年龄(2578~2538 Ma), 说明它们是目前所知华北地块深部地壳最古老的捕虏体样品. 这些年龄记录着华北东部统一陆块形成事件, 即新太古代(2.6~2.5 Ga)是华北地块重要的陆壳生长期. 石榴石麻粒岩下交点年龄(1853 Ma)记录着早元古代的一次重要构造-热事件. 该事件可能与华北东、西部地块的碰撞作用以及华北克拉通的最后拼合(1.8 Ga)有关.     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

新疆西南天山科克苏河新发现榴辉岩岩石学特征和相平衡研究及其地质意义

西南天山高压-超高压变质带东段特克斯县科克苏河一带首次发现了榴辉岩和含绿辉石的蓝片岩,通过详细的岩石学研究,并运用THERMOCALC软件、在MnNC(K)FMASHO体系下对其进行了相平衡模拟.选择的样品为新鲜的榴辉岩TK003,含绿辉石包体的蓝片岩TK026-8及退变榴辉岩TK027.3个样品石榴石成分均显示出从核部到边部Xpy和Xgrs逐渐升高,Xsps不断降低的变质生长环带特征.相平衡模拟结果显示,榴辉岩和蓝片岩经历了相似的P-T演化轨迹,早期近等压条件下升温至峰期,达到榴辉岩相变质作用温压范围,峰期温压条件为T=480~515℃,P=2.0~2.3 GPa;而后在近等温条件下快速降压,退变初期经历的温压条件为515~519℃,1.78~1.93 GPa.不同样品中变质矿物组合及其含量的不同主要受全岩成分控制的退变路径不同所引起,此外还可能与体系含水量有关.峰期温压条件及其地热梯度(6~7℃km-1)表明科克苏河流域出露的高压变质岩石同样经历了冷俯冲榴辉岩相变质作用,它与西端的昭苏境内的榴辉岩-蓝片岩带相连,构成了东西向长约200 km的榴辉岩相变质带.但在该区并未发现超高压变质矿物,说明西南天山东段的科克苏河一带可能没有俯冲到达发生超高压变质作用的深度.     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

热弹性介质中波传播特征

深层-超深层油气地震勘探涉及高温介质地震波传播问题,热弹介质参数对地震波传播有重要影响.含弛豫时间修正项的Lord-Shulman双曲型耦合热弹波动方程从理论上预测了热弹性介质中存在快纵波、慢纵波(一种准静态慢纵波,简称热波)和横波的传播,两个纵波为热耗散衰减波而横波不受介质热特性的影响.本文结合平面波频散分析和格林函数法数值模拟,详细研究两个热耗散衰减波的频散和衰减特征,着重分析热导率、热膨胀系数及比热的变化对波速和衰减的影响.研究表明热导率作为主要参数决定了波速与衰减的临界变化,热膨胀系数对波速和衰减的幅度有明显影响,比热则兼顾了前两个热弹系数的影响特征.最后,利用热弹性动力学频率域的二阶格林函数进行波场快照数值模拟,展示热弹性介质中纵波、横波和热波的传播行为.     

六种不同煤阶煤的品质因子特征

通过6种不同煤阶煤的弹性测试,分析了煤岩变质程度（以镜质组最大反射率表示）与煤岩品质因子之间的关系;在此基础上,进一步分析了煤岩速度与品质因子之间的关系及纵波与横波品质因子的各向异性特征.研究发现：煤岩镜质组最大反射率与纵波、横波品质因子均存在良好的线性相关性;垂直层理方向的波速与品质因子存在良好的线性关系,好于走向与倾向方向;垂直层理方向的纵波与横波品质因子线性相关,相关系数可达93.5%;煤岩的三方向品质因子存在各向异性,且强于速度的各向异性.通过横波品质因子与纵波品质因子间相互换算的理论公式计算结果与实验室实测结果的对比,证明了该理论公式的可靠性,误差小于10%,为多分量转换波的吸收衰减补偿提供了理论依据.     

阿尔金英格利萨依花岗质片麻岩超高压变质

岩相学和矿物化学研究显示, 阿尔金英格利萨依一带含石榴子石花岗质片麻岩经历了复杂多阶段的变质演化, 其早期变质矿物组合是Grt+Per(出溶前)+Tit(出溶前)+Ky+Zoi+Qz/Coe±Cpx, 副矿物为Ap和Ru, 其中粗粒榍石含有斜长石＋角闪石的棒状出溶物, 计算的榍石出溶前(Tit)的成分含六次配位的Si^Ⅵ, 单位分子式中Si值介于1.032~1.047之间, 即含CaSi₂O₅组分为3.1%~4.6%. 利用实验岩石学资料和三元碱性长石温度计, 获早期变质条件为3.7~4.3 GPa和约1000℃, 结合石榴子石包裹的高Al-榍石,共同证实该岩石经历了超高压变质. 岩石化学特征显示, 该片麻岩的SiO₂含量>70%, Al₂O₃含量为12.58~14.08%, K₂O含量很高(>5%), Na₂O/K₂O比值介于0.4~0.6之间, 稀土配分呈LREE富集型, (La/Yb)N比值介于4.3~9.1之间, 具有明显的负Eu异常(δEu=0.06~0.59), 其原岩可能为中、上地壳重熔的产物. 同时, 考虑与其呈互层状或间层状产出的石榴子石二辉橄榄岩和含石榴子石中基性片麻岩都经历了超高压变质的研究成果, 共同证实区内超高压岩石的形成是陆壳深俯冲作用的产物, 这对深入探讨区内超高压岩石形成与折返的动力学机制提供了重要的约束.     

上地壳副片麻岩的反射属性

通过对中国大陆科学钻探主孔地质及地震反射资料的综合研究, 发现孔区正、副片麻岩的密度与纵波速度相差无几, 但具有不同的反射特性. 地震强反射集与副片麻岩套的空间分布吻合, 暗示变质岩地壳中副片麻岩也有可能引起骨片状强反射集. 副片麻岩的纵波速度与正片麻岩无明显差别, 但横波速度较低, 速度比V_p/sV_s高. 它部分地继承了沉积岩源岩的分层结构和构造, 因此具有很强的非均质性和各向异性, 可能是引起地壳中强反射集的主要原因. 副片麻岩低横波速度表明抗剪切强度弱, 在构造运动中易形成裂缝而增加其孔隙度和渗透性, 有可能成为低渗的地壳气体储层. 由于地壳变质基底中的副片麻岩可产生地震反射集, 在一定条件下可用反射地震法圈定.     

新疆哈密砂岩地震波速、各向异性及弹性性质的实验研究

地震波是研究地球内部物质成分和结构最有效的工具之一.鉴于哈密地区油田对砂岩地震波性质研究的需求,本文在室内利用Autolab2000岩石物性测试设备,开展干燥、饱水及饱油条件下,砂岩X、Y、Z三个正交方向的弹性波速测试,得到不同压力下纵横波速随含水饱和度的变化规律,并在不同含水饱和度下分析了动态弹性常数(E和υ).结果表明:(1)波速与压力呈对数关系,相关系数在0.96以上;纵波速度与含水饱和度呈正相关,但随压力的增加,其增加速率会减小;横波速度在低压下基本不受含水饱和度影响,但随压力增加,其与含水饱和度呈负相关.(2)砂岩Z(垂直)方向波速最小;横波各向异性小于纵波;不同压力下,纵横波各向异性都是干燥大于饱油,并皆大于饱水状态.(3)恒定含水饱和度时,杨氏模量和泊松比皆随围压增加而增加,低压下(小于80 MPa,约3 km深度)增加速度快,而高压下(大于80 MPa)增速变缓;相同围压下,泊松比随含水饱和度增加而增加,而杨氏模量则有增有减.     

TTI介质有限差分逆时偏移的稳定性探讨

在沉积学中,可假设在相同时期的沉积层具有相近的物理性质和演化过程.因此,沿层传播的地震波和垂直于地层传播的地震波具有各向异性的特点.在纵波资料的处理中,考虑各向异性对逆时偏移的影响,通常假设介质的横波速度为零,这样可以得到纵波在TTI介质中的传播方程,但是该方程在实际计算中仍存在数值稳定性问题.本文加入横波分量可有效解决数值稳定性问题,并选取适当的横波速度减小对纵波成像的影响,实现地震波在TTI介质中的逆时偏移.实际测算表明,P-SV波的方程中包含横波分量,若假设SV的速度为零,则会导致方程的差分格式不稳定;若加入SV波,选择合适的SV波速度可以使SV波的全区各向异性和反射系数达到极小,并可有效的抑制SV波对纵波勘探的影响.本文的方法是一种稳定的TTI介质中的逆时偏移方法.