部分熔融岩石流变学

本文系统地总结了静态与动态条件下部分熔融岩石中熔体的形态及其分布特征,着重阐述部分熔融对橄榄岩和花岗岩流变学性质的影响.众所周知,部分熔融不仅是造成地球的成分演化、形成层圈构造的重要过程,而且对深部地壳和上地幔的物理性质(如,电导率、滞弹性、剪切波速度和渗透性等)皆具有重要的影响.尤其是,部分熔融岩石流变性的研究对于深...     

斜长角闪岩脱水熔融过程中熔体连通性的实验研究

岩石的物理性质(弹性、电性等)明显受熔体连通性的制约.因此,研究熔体分布对理解深部地质作用、理解地球物理资料具有特殊意义.于高温高压条件下(T＝850-1100,p＝2.0-4.0GPa)在YJ3000吨六面顶砧压机上进行了三然块状斜长角闪岩的脱水部分熔融实验,测量了熔体与矿物相接触时所形成的二面角值.结果表明,熔体在低熔体系下(熔体体积百分比为5%),熔体以熔体薄膜形式存在于矿物相边界,二面角值<60℃时,熔体相互连通;不同固相矿物的二面角的颁有两个驱动力.通过测量二面角值可定性确定熔体的连通性及熔体连通的动力学制.     

喜马拉雅造山带的部分熔融与淡色花岗岩成因机制

喜马拉雅造山带核部由高级变质岩和淡色花岗岩组成,是研究大陆碰撞造山带部分熔融与花岗岩成因的天然实验室.基于最新研究成果,探讨了喜马拉雅造山带核部变质作用的条件、类型以及P-T轨迹、部分熔融的方式与程度及熔体成分以及变质作用与部分熔融的时间和持续过程.相关证据表明,造山带核部经历了高压麻粒岩相至榴辉岩相变质作用,具有以增温增压进变质和近等温降压退变质为特征的顺时针型P-T轨迹.这些高压变质岩石发生了长期持续的高温变质与部分熔融.在泥质岩石的进变质过程中白云母和黑云母脱水熔融可以形成不同成分的熔体.同时,总结了淡色花岗岩的形成时间、地球化学特征和源区熔融方式,结果表明碰撞造山过程中加厚下地壳的脱水熔融形成了喜马拉雅造山带的淡色花岗岩.      

辉长岩部分熔融实验及地质学意义

利用高温高压多功能三轴实验装置对四川省攀枝花辉长岩进行了动态和静态部分熔融实验研究,实验的围压为450～800MPa,温度区间为900～1 200℃.实验表明,差应力对辉长岩动态部分熔融程度有一定影响,初始熔体主要分布在不同矿物的颗粒边界和三联点,变形影响熔体分布,变形与辉长岩韵律层具有一定成因联系.本文为熔体对岩石流变学行为影响提供了实验约束依据.     

俯冲带部分熔融

俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。     

高温高压条件下闪长岩部分熔融产物的反常现象

为了考察岩石熔融过程中熔体成分的变化规律,以细粒闪长岩为样品,进行了不同熔融程度的实验研究。通过对熔体成分的分析,得出以下结论:在初始熔融条件下,熔体的成分为玄武质,随着熔融程度的增高,熔体的成分由基性向中酸性,由富钾向富钠,由强碱性向亚碱性方向演化。     

部分熔融与高级变质岩流变机制——以内蒙古大青山高级变质岩为例

部分熔融作用与高级变质岩变形作用是相互制约,变形作用能够提高岩石部分熔融程度,降低熔融温度。熔体存在影响和制约岩石强度和变形机制。大青山高级岩经历了下部地壳构造层次变质变形和深熔作用改造,形成了复杂构造要素组合。宏观与微观构造特点表明:高级变质岩变形机制主要为熔体增强颗粒边界扩散和颗粒流动,使岩石发生大规模的塑性流动。在宏观上形成了不对称流动组构、熔融线理、岩石和矿物条带、层内底辟褶皱和大型穹窿构造。但是,在微观上矿物颗粒变形不明显,晶内变形组构不发育,表现为三边平衡结构,与静态结晶变质岩结构相似,形成了地壳深部构造层次上变质构造岩-构造片麻岩。     

差应力对闪长岩部分熔融熔体分布和成分的影响

探讨差应力对熔体分布和成分演化的关系,利用细粒闪长岩进行高温高压条件下的岩石变形,主要包括静态熔融实验和有差应力参与的动态熔融2种类型。实验首先统计了熔体含量、确定了实验重要参数,然后分别描述了动、静态熔融实验后闪长岩的显微特征;并且通过对动、静态熔融实验结果熔体分布情况的对比,结合熔体成分电子探针数据进行分析。结果表明:在细粒闪长岩的部分熔融中,熔体在差应力的作用下沿一定的方向展布,并从差应力大的地方向差应力小的地方运移,差应力的作用使得高含水矿物(角闪石)先于熔点低的斜长石发生熔融,说明差应力促进了岩石的熔融,使得熔体成分向Si、Al等方向转化,即从基性向酸性转化。     

大麻坪地区二辉橄榄岩部分熔融实验研究

本文以采自大麻坪地区汉诺坝玄武岩中的二辉橄榄岩包体为初始实验物料,在压力1.0～3.0 GPa、温度1350～1550℃条件下进行了部分熔融实验,对实验产物进行了岩相学研究和电子探针成分分析。二辉橄榄岩在1350℃开始熔融,在实验的温度压力范围内,熔融程度为10%～30%。随熔融程度的升高,部分熔融后残余岩石倾向于向富镁、低铁、低钙、低硅的趋势演化,而部分熔融产生的熔体则倾向于富镁、富铁、低铝、低硅的趋势演化。在岩石化学图解上本次实验中二辉橄榄岩部分熔融产生的熔体化学组成与汉诺坝地区拉斑玄武岩的组成相近。随熔融程度升高,熔体具有从苦橄质→玄武质演化的趋势。     

0.6～2.0GPa压力下部分熔融角闪辉长岩的纵波波速

利用超声波透射-反射法,测量了0.6～2.0 GPa、最高1 085℃条件下角闪辉长岩的纵波波速(vp),详细统计了部分熔融阶段实验产物组分的体积百分含量,利用矿物含量和弹性参数,计算了角闪辉长岩的纵波波速.实验测量和理论计算显示了较一致的vp-t关系,即高压下角闪辉长岩的vp随温度升高先缓慢降低,在温度约800～900℃后转而大幅下降.实验产物显示,样品在温度达812℃(0.6 GPa)、865℃(1.0 GPa)和919℃(2.0 GPa)后发生矿物脱水和部分熔融,熔体含量随温度升高显著增加.熔体是导致高温阶段岩石vp快速降低的主要原因.在初熔阶段vp随熔体增加而降低尤为显著,可能是初熔时矿物脱水生成的自由水及含水量高的熔体,以微细熔体薄膜浸润矿物边界或裂隙所导致.     

榴辉岩部分熔融过程中的同位素分馏

本文对榴辉岩部分熔融过程中不同同位素体系是否存在分馏这一当前研究热点进行了综述。榴辉岩作为研究洋陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳增生、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移分配等具有紧密的联系。作为典型的高压-超高压变质岩石,榴辉岩可通过俯冲带将壳源信息携带至地幔深部,影响地幔的化学组成,并可在大洋玄武岩中得以表现。近些年,随着仪器分析技术的发展,实验研究和理论计算均表明榴辉岩部分熔融过程中稳定同位素可以产生显著的分馏。作为常见的放射性成因子体同位素和传统稳定同位素Sr-Nd-Hf-O被广泛应用于源区示踪、岩浆混合以及结晶分异等过程。但目前有研究指出,在非平衡熔融过程中,熔体和源区的Sr-Nd-Hf-O同位素可发生解耦,导致二者的同位素组成不均一。另外,通过研究榴辉岩及其熔融产物的金属稳定同位素特征,发现榴辉岩部分熔融过程中,由于石榴石效应,会造成Ca、Mg、Fe、Li等金属稳定同位素的分馏。因此,当利用稳定同位素示踪榴辉岩熔体的源区时,需要考虑其分馏的影响。     

国外陆壳岩石缺乏流体熔融实验和模拟的主要成果

近20年来人们越来越认识到,陆壳岩石缺乏流体熔融(fluid-absent melting)是花岗岩类岩石形成的重要机制。近10年来国外有关花岗岩类的实验模拟大多集中于研究在大陆中下部地壳深度内,主要陆壳岩石类型发生缺乏流体熔融所涉及的熔融反应类型、反应形成的熔融数量及有利条件等问题。综述了实验模拟研究的主要成果和对花岗岩类研究提供的某些限制和意义。强调对具体地区花岗岩类的成因研究要充分考虑不同源岩缺乏流体熔融可能产生的熔体数量、区域
岩石圈物质和能量调整能否导致高热状态的限制等因素。     

大陆俯冲带超高压变质岩部分熔融与壳幔相互作用研究进展

自20世纪80年代在大陆地壳岩石中发现柯石英和金刚石等超高压变质矿物以来,大陆深俯冲和超高压变质作用就成为了固体地球科学研究的前沿和热点领域之一。经过三十余年的研究,已经在大陆地壳的俯冲深度、深俯冲岩石变质P-T-t轨迹、俯冲地壳岩石的折返机制、深俯冲岩石的原岩性质、大陆碰撞过程中的熔/流体活动与元素活动性、俯冲隧道内部不同类型壳幔相互作用、碰撞后岩浆岩的成因、大陆碰撞造山带成矿作用等方面取得了许多重要成果。本文重点对大陆俯冲带超高压岩石部分熔融和不同类型壳幔相互作用近十年来的研究进展进行回顾和总结,并对存在的相关科学问题和未来的研究方向进行了展望。深俯冲大陆地壳的部分熔融主要出现在两个阶段:折返的初期阶段和碰撞后阶段,前者产生了碱性熔体,后者产生了钙碱性熔体。大陆俯冲带壳幔相互作用有两种类型,涉及地幔楔与两种俯冲带流体的交代反应:一是来自深俯冲陆壳的变质脱水/熔融,二是来自先前俯冲古洋壳的变质脱水/熔融。     

部分熔融状态下岩石的流变行为及变形机制

熔体的形成受地温梯度,压力和流体等多种因素的制约,在部分熔融过程中,岩体的形态仅发生微小变化,但随着熔体比例的增大,岩石的变形方式和变形机制将发生较大变化,变形方式由水力破碎转变成为熔体强化的韧性变形,变形机制由位错蠕变转变为扩散蠕变,此外,下地壳熔体能长期存在并大幅度地调节应变,起到润滑层的作用。     

差应力与岩石熔融性状关系的实验研究

为考察不同应力状态下岩石应变与岩石熔融作用的关系,利用英国Instron公司生产的电液伺服实验系统,配以围压和加温系统设计了动、静态不同条件下细粒闪长岩的对比熔融实验,力图找到差应力与岩石熔融程度及其熔体成分的关系。通过岩石动、静态熔融实验结果的对比得出：差应力的存在能够导致细粒闪长岩的熔融,随着差应力（应变速率）的增加,熔体的量增加,熔体成分向富Si、Al方向转变。     

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     

0.1 GPa块状榴辉岩脱水部分熔融: 局部熔融体系和温度的影响

选取了湖北英山东冲河含有含水矿物黑云母和角闪石的退变质榴辉岩块状样品, 在0.1 GPa的恒压下, 分别进行了750、800、850、900℃四个温阶、恒温加热4 h的开放体系的脱水部分熔融实验.熔融从含水矿物的脱水暗化开始, 850℃时出现玻璃质熔体.镜下观察显示, 熔体主要分布在后成合晶边界、熔融程度最高的样品顶端、石英颗粒边界及裂隙内部这3个局部熔融体系内.受局部体系内部物质组成的控制, 同一温阶、不同体系内的熔体成分变化很大, 呈基性、中性和酸性.随着温度的升高, 同一体系内的熔体成分均向酸性方向演化.该实验结果表明, 恒压下局部熔融体系内物质组成的不同和温度的变化是影响熔体成分的2个重要因素, 这为理解榴辉岩块状样品的脱水部分熔融行为及与其他基性变质岩类的熔融行为进行对比提供了实验依据.      

部分熔融榴辉岩及其对大陆深俯冲的流变学意义

<正>部分熔融使岩石从单相固体向两相(固态+熔融)系统转变,可形成混合岩,总黏度随熔体分异程度增加而降低,该效应促进变形和热传导速率,同时造成地壳分异。下地壳、地幔以及深俯冲岩石圈的部分熔融是造山带演化的重要过程,对造山带下地壳物质的热状态、地震波特征和流变学性质有强烈影响,对于理解壳-幔相互作用、岛弧岩浆来源和成因,地壳侵入岩体和太古代克拉通根部的热-化学侵蚀来说是前沿性科学问题。地质观察、实验模拟和计算、显微结构、年代学分析和同折返岩浆作用等研究均表明,无     

地幔熔体连通性的实验研究进展

地质熔体/流体是地球深部物质交换和能量传递的重要载体，其连通性主要用二面角来表征，实验研究地幔熔体的连通性对深刻理解地球深部熔体/流体的聚集、迁移、岩浆演化、早期核幔分异、解释地球物理观测到的低速高导异常等科学问题具有重要意义。本文对地幔熔体连通性的理论基础、静态和动态条件下各种影响因素(温度、压强、成分、挥发分等)对部分熔融体系中硅酸质和碳酸质熔体以及金属熔体连通性影响的实验研究进展以及在地球科学研究中的一些应用进行了简单介绍和回顾，旨在让国内更多学者对这一研究领域有更深入全面的了解。     

高压下斜长角闪岩部分熔融对v_p的影响

高温高压下岩石弹性波速原位测量是研究地壳结构和探讨地震波低速层形成机制的重要手段。前人通过高温高压岩石部分熔融条件下的弹性波速原位测量,证实了高温下岩石中发生的矿物脱水和部分熔融是地震波低速层的重要成因之一。然而,目前的研究多集中在高温高压