青藏高原北部异常SKS分裂成因的初步探讨——被熔体强化的岩石圈各向异性

当人们试图解释青藏高原异常的剪切波分裂成因时,以下的问题让人们感到困惑:(1)为什么异常大的SKS分裂延时(1.91-2.4s)出现在青藏高原北部Sn波缺失区;(2)为什么分裂延时突变(1.47s和1.09s)出现在Sn波缺失区的边缘;(3)为什么快波极化方向(FPD)与地表大规模的构造走向之间存在约20°-30°的偏差. 本文在综合分析流变学实验和岩石物理学实验研究成果、青藏高原地质和地球物理资料的基础上,提出青藏高原北部地震波各向异性受岩石圈地幔主要矿物的晶格优选方位(LPO)和熔体的定向分布(MPO)的双重控制,并模拟计算了MPO对青藏高原北部岩石圈地幔各向异性强度的贡献. 研究结果表明,由MPO强化的青藏高原北部岩石圈地幔各向异性强度可达10髎,相应的各向异性层厚度平均为94km. 该结果为研究区SKS分裂的成因解释以及造山带深部地质过程的研究提供了新的约束条件.     

碧溪岭石榴异剥橄榄岩的显微构造及成因机制

对超高压变质带中橄榄岩变形显微构造的研究, 有助于了解板块边界构造环境中地幔物质的流变性质和变形机制, 进而探讨其在深俯冲/折返过程中的地球动力学过程的作用.采用光学显微镜、电子探针、红外光谱、电子背散射衍射(EBSD)、位错氧化缀饰等多种方法系统研究了来自中国大别碧溪岭的石榴异剥橄榄岩中的变形显微构造.研究结果表明: (1)碧溪岭石榴异剥橄榄岩发育较好的形状优选方位, 但只有单斜辉石显示了强晶格优选方位, 而橄榄石晶格优选方位很弱, 与常见上地幔橄榄岩中单斜辉石组构弱而橄榄石组构强的特点差异显著, 反映了单斜辉石经历位错蠕变而橄榄石经历位错调节的颗粒边界滑移变形; (2)碧溪岭异剥橄榄岩中单斜辉石和橄榄石均含有一定量的结构水, 其中单斜辉石含水量124×10-6~274×10-6, 橄榄石含水量38×10-6~80×10-6, 高于常见造山带橄榄岩中各矿物的含水量, 可能反映了壳源物质混染引起的高含水量变形环境; (3)橄榄石中发育显著位错显微构造, 根据位错显微构造计算的变形差异应力为230~600 MPa, 高于正常上地幔稳态流变应力, 反映了俯冲带中的相对低温变形环境.综合分析研究表明, 超高压变质带中的高压、低温、高差异应力和高结构水含量是形成碧溪岭相对独特的橄榄石、单斜辉石变形显微构造的原因.      

鄂西晚泥盆世含磷鲕状铁矿石中磷的赋存状态与形成

广泛分布于我国南方泥盆纪地层的"宁乡式"铁矿储量巨大, 然而含磷高严重制约了该类型铁矿的开发利用.铁矿石中磷的赋存状态是设计该类型铁矿"提铁降磷"方案的理论基础, 是开发该铁矿首先要了解的问题.充分利用湿化学全岩分析、电感耦合等离子体质谱分析等全岩元素分析, 扫描电子显微镜、X射线衍射等物相分析, 电子探针微分析、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析等微区分析技术, 对鄂西晚泥盆世含磷鲕状铁矿石中磷的赋存状态、物质来源与磷矿物形成过程进行了初步探讨.铁矿石中的含磷矿物主要为碳氟磷灰石, 分别以短柱状磷灰石晶体颗粒(65%以上粒径小于20 μm)、磷灰石内碎屑(粗砂至极粗砂级, 集中形成透镜状或带状层理)以及鲕粒中与赤铁矿相互包裹的凝胶状磷灰石(层厚度10~50 μm)3种形式存在.磷灰石晶体是在孔隙水中重结晶而生成, 磷质可能来源于晚震旦世地层的磷块岩; 磷灰石内碎屑是古海水体中原位化学沉积的产物, 磷质可能来源于古海周边的大陆; 鲕粒中凝胶状磷灰石也是原位化学沉积的产物, 但与铁质沉积位置相同, 并与富铁的鲕绿泥石混合或相互包裹形成鲕粒.      

超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制

了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.      

D-DIA装置与同步辐射源结合技术及其在矿物高温高压变形实验中的应用

高温高压变形实验是研究地球深部组成矿物流变学性质的重要技术手段之一.D-DIA(deformation-DIA)装置是最近10年来兴起的一种新的高温高压变形实验设备,通常可实现的最高压力为15 GPa和温度约为2 000 K;而同步辐射X射线衍射已经广泛地应用到物质结构科学的研究中,二者相结合,能够有效原位地研究材料物质在高温高压下的流变学性质.以美国布鲁克海文国家实验室配合有同步辐射源的D-DIA装置为例,介绍该装置的基本结构、工作原理及D-DIA装置与X射线结合技术如何实现矿物高温高压下变形过程的原位观测及相关定量力学数据的获取.这一技术突破了传统流变仪的压力局限,为在更高压力(P＞4 GPa)条件下研究地球深部组成物质的高温高压流变学性质提供了有效途径.      

中国东北深源地震机理

深源地震机理的研究有助于深入了解板块构造的驱动机制和动力学特征。对中国唯一的深震区--东北深震区的深震分布特征和震源机制解进行了综述和初步研究,初步探索了地震的发震机理、动力源以及地震的空间分布与西北太平洋俯冲板块的关系。分析结果显示：（1）震源深度在SEE NWW方向上有依次加深的趋势,而在SSW NNE方向上却没有明显变化,震源机制解的应力状态以下倾的压缩应力为主,说明中国东北深震的发生与西北太平洋板块向欧亚大陆的俯冲直接相关;（2）从日本海沟到我国东北,震源深度依次加深且几乎是从日本海沟沿直线倾斜下来,说明我国东北深震是日本海深震序列的一部分,同属于环太平洋地震带;（3）通过与东北深震区地球物理资料的对比,发现该区亚稳态橄榄石楔（Metastable Olivine Wedge,MOW）与深源地震的发生存在很好的相关性,由此推断东北深震的发生很可能是由橄榄石的相变引起的。     

超高压变质岩物理性质的相关性对建立结晶岩区地球物理解释标尺的意义

大陆科学钻探为认识深部地壳的结构、组成、力学性质和物理状态提供了重要的基础数据。岩石物理性质的测量对于原位测井资料的校正和地表地球物理测量的解释具有重要意义,岩石物理性质和岩石学研究相结合,还能为岩石的变质作用以及变质过程中化学成分的迁移提供必要的约束。本文主要对CCSD100-3100m的综合岩石物理资料进行了相关性调查和聚类分析,并得出如下结论:(1)岩石物理性质中的地震波速度、密度、热导率之间具有强相关性,他们都受岩石中主要矿物的组成和含量所控制;(2)岩石的电阻率和磁化率受金属氧化物含量的控制,与岩性有相关性;孔隙度、渗透率与岩性没有相关性;(3)利用岩石的物理性质可以反演不同的岩性,其中地震波速度、密度和热导率对榴辉岩和片麻岩大类具有很好的分类效果,而结合磁化率和电阻率则能更好的区分出超基性岩、正片麻岩和副片麻岩。上述结论对综合地球物理解释中物理参数的选取和结晶岩区地球物理解释标尺的建立具有重要的意义。     

超高压榴辉岩中绿辉石组构和变形机制研究进展

榴辉岩中绿辉石晶格优选方位(LPO)类型主要有S型(压扁型)组构、L型(收缩型)组构、L-S中间型组构、退火型组构,其中L型和S型组构是绿辉石在超高压岩石中最发育的组构类型.矿物组构的产生与变形机制密切相关,目前还无法解释绿辉石LPO产生和变化的原因.对天然绿辉石变形机制的最新研究进行了评述,包括位错蠕变产生变形绿辉石LPO的传统观点,以及扩散蠕变伴随晶体各向异性生长和空间群转换两种新观点.使用费氏台对大别山双河地区榴辉岩中的绿辉石组构进行了测量,并用电子背散射衍射技术(EBSD)对测量结果进行了验证.结合榴辉岩的显微构造和绿辉石组构特征对大别山双河超高压榴辉岩中绿辉石的变形机制进行了初步探讨,认为其变形机制以位错蠕变为主.     

俯冲带的碳循环及其对地球深部动力学过程的启示

俯冲带的碳循环不仅在维持地球表层和地球深部之间的碳平衡方面起着关键的作用,而且还和许多重要的地球深部动力学过程密切相关。热动力学数值模拟和高温高压实验的研究结果表明,俯冲大洋板片中的大多数碳酸盐能够在弧前和弧下深度幸存下来,从而进入更深的地幔中。在地幔过渡带,因为板片滞留所带来的热松弛效应将使幸存下来的碳酸盐以熔体的形式释放出去,其独特的物理化学性质使这些熔体构成了一种有效的交代组分。考虑到地幔过渡带的氧逸度特别低,那些进入未经交代地幔中的碳酸盐熔体将变得不稳定而被还原成其他形式。不过在随后地幔对流上升的过程中,这些被还原的表壳碳又会因为氧逸度在某些临界深度发生突变而氧化熔融,这也许可以解释地幔不同深度所存在的某些高导低速体和地震波各向异性等现象。作为洋壳俯冲的后续过程,陆壳的深俯冲作用也可以将表壳碳带至地幔深处,例如超高压大理岩和碳酸盐化榴辉岩的广泛产出就是最好的证明。超高压变质岩中金刚石的产出表明其构成了表壳碳在地幔深处的一种重要赋存形式,研究显示其形成过程和富碳熔体、流体的活动密切相关。虽然前人针对俯冲带的碳循环已经取得了若干研究进展,然而仍有大量的科学问题亟待解决。最后就一些关键性的问题进行了列举说明,并对未来的研究方向进行了展望。     

超越板块构造——我国构造地质学要做些什么?

对近十年来全球构造学和构造地质学的重要进展进行了简要评述.30年前建立的全球构造理论改变了人们对地球及其演化的认识.作为固体地球统一理论的板块构造主要涉及刚性板块边界之间的变形、地震活动和火山作用.至今还没有完整理论阐明板块运动的驱动力和地幔对流机制.板块边界和板内变形等许多问题仍然无法回答.大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别, 因此现有板块构造不完全适合于大陆构造.大陆地壳和地幔流变学的综合研究是认识大陆构造和超越板块构造的最佳途径.流变学是大陆造山带几何学和动力学的桥梁.大陆岩石圈对构造作用、重力作用和热作用的响应在很大程度上取决于其流变强度.岩石圈流变性质是岩石圈分层和塑性流动的主导因素.大量透入性变形和巨型大陆造山带内部构造显示非刚性特征.大陆构造和力学行为主要由地壳强度而不是地幔强度所控制.从大陆岩石圈多层性和力学强度不均匀性表征看, 现在是抛弃传统“三明治”构造模式的时候了.面对地球系统科学和地球动力学新思维发展趋势, 多学科综合研究大陆构造(造山带)和加速高水平构造地质学人才的培养是我国构造地质学发展的最紧迫任务