磁化率和密度对中国大陆科学钻探主孔100～2000 m岩石类型的判别

为查明磁化率和密度对于中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔100~2000m岩性的响应和判别特征,利用SPSS10.0统计分析软件进行了判别分析.研究结果显示,岩石的密度和体积磁化率主要受岩性的控制.采用迫入法建立全模型,对CCSD主孔100~2000m井段岩心的岩性判别率达84.8%.其中,蛇纹石化橄榄岩、正片麻岩、副片麻岩、榴辉岩、角闪岩和退变质榴辉岩的判别率分别为100%、87.1%、89.7%、89.6%、96.7%和63.7%.该研究表明,密度和磁化率可以为超高压变质岩石的岩性鉴别和区分提供定量约束,有利于地球物理探测成果和测井资料的准确解析.同时,本文也是SPSS统计分析软件在超高压变质岩石类型判别方面的一个应用实例,对于其他岩石类型的判别分析具有借鉴意义.     

Piston-Cylinder高温高压实验装置及在壳幔动力学研究中的应用

介绍了目前在国际壳幔作用及动力学研究中普遍使用的Piston-Cylinder高温高压实验技术的主要工作原理、结构、样品装置设计及主要技术指标.通过分析Piston-Cylinder高温高压实验技术在大洋和大陆板块俯冲深部过程的流体活动、基性岩石部分熔融作用、岩浆活动机制及约束条件等壳幔相互作用研究中的应用实例,认为引进该项实验技术对于我国科技工作者开展高温高压条件下壳幔动力学研究以及缩短我国实验岩石学技术手段与国际间的差距具有重要意义.     

变形组构引起的超高压榴辉岩地震波速各向异性

超高压榴辉岩通常显示了强塑性变形和地震各向异性特征. 对实验和天然变形超高压榴辉岩中主要矿物的地震波速性质及其变形晶格优选方位(CPO)与榴辉岩地震波速和各向异性之间的成因关系研究结果表明: (1) 除石榴石表现为近地震波速各向同性外, 榴辉岩中其他矿物都具有强地震各向异性(AV_p = 23.0%~40.9%, Max. AV_s = 18.5%~47.1%), 是造成榴辉岩地震各向异性的主要来源矿物, 石榴石和金红石的平均地震波速相对较高, 绿辉石和柯石英中等, 石英最小; (2) 变形榴辉岩最大纵波波速(8.33~8.75 km/s)方向近平行变形线理或面理, 最小纵波波速(8.25~8.62 km/s)近垂直线理或面理, 纵波波速各向异性1.0%~1.7%, 平均横波波速4.93~4.97 km/s, 其各向异性在同时与线理和面理成近45°方位接近最大(0.73%~1.78%), 在面理面上接近垂直线理方位达到最小, 横波快波极化取向近平行面理. 超高压峰值变质条件(3~5 GPa, 900~1100℃)下榴辉岩地震纵波和横波波速预计比常温常压下分别高出3.4%~7.2%和6.3%~12.1%; (3) 绿辉石矿物组分主导了榴辉岩各向异性基本特征, 而石榴石矿物组分则起到了降低榴辉岩各向异性程度和增加地震波速的作用, 石英矿物组分对榴辉岩地震各向异性影响不大但可以一定程度上降低榴辉岩的地震波速, 金红石矿物组分的作用基本可以忽略; (4) 榴辉岩地震波速在纯石榴石岩中最大但各向异性接近于零, 随绿辉石含量的增加, 地震波速逐步降低, 各向异性逐步升高, 纯绿辉石岩比纯石榴石岩地震波速低6%~8%, 而各向异性则达到3%~4%. 根据榴辉岩组成矿物的单晶弹性性质和变形CPO计算的榴辉岩地震物性与前人实测结果基本相当. 研究成果获得了超高压变形榴辉岩的三维地震物性资料和相关的矿物物理成因解释.     

大别山南山岭石榴橄榄岩成因的岩石学研究

大别山罗田穹隆东南侧的南山岭石榴橄榄岩岩体面积小(173×133m~2),由贵橄榄石(75%)。透辉石(10%)和镁铝石榴石(15%)组成。本文通过岩石学及地球化学研究,并与大别山的碧溪岭、毛屋、饶拔寨、芝麻坊岩体以及其他地区的基性岩浆杂岩体(如红格岩体、元宝山岩体、柴北缘岩体)、残留地幔块体(五大连池、鹤壁、山旺)等不同成因的超镁铁岩进行对比后认为,该岩体属于火成成因,是镁铁-超镁铁杂岩体的一部分。表现在:橄榄岩呈块状构造,矿物分布均匀未见定向排列,镜下呈现典型的火成结构;FeO~T含量高(21.36%),Mg~#(0.77)低,Mg Ni/Fe Mn(3.06)<7,V(175.5×10~(-6))含量高于地幔块体成因的橄榄岩;REE总量偏低,LREE弱富集,(La/Yb)_N=3.1,低于饶拔寨、芝麻坊等残留地幔块体成因的橄榄岩。南山岭橄榄岩在微量元素蛛网图中,具有Ba、U、Pb、Zr、Eu的正异常和Nb的负异常,石榴橄榄岩全岩以及透辉石单矿物都具有高~(87)Sr/86 Sr(0.7088,0.7086)和低ε_(Nd)(t)(-6.55～-6.01)的特征,尽管南山岭与碧溪岭岩体距离很近而且都属于火成成因,但岩石的结构构造、变质变形的印记、REE配分形式和同位素特征都有区别,表明二者的源区及演化经历不同,相比之下,南山岭岩浆源区地壳组分的作用更为明显。在ε_(Nd)(t)-(~(87)Sr/~(86)Sr)_t图解中南山岭橄榄岩的投点十分靠近大别山北麓120～130Ma侵位的祝家铺辉石岩-辉长岩岩体群的投点分布范围,暗示可能有与罗田穹窿西北侧祝家铺岩体群的岩浆活动相对应。     

不同大地构造背景橄榄岩结构水特征

名义无水矿物(NAMs)中的结构水在地球内部演化中扮演了重要角色.应用红外光谱对产自5个构造背景下的13个二辉橄榄岩进行了详细的结构水测定,探讨不同构造背景下橄榄岩结构水的含量和赋存机制.研究显示,全岩和橄榄石结构水含量按构造背景从高到低排序,依次为超高压地体、地幔柱、稳定克拉通、俯冲带和活化克拉通,反映了橄榄岩的水含量与构造环境具有显著相关性.在相同构造背景下,石榴石二辉橄榄岩比尖晶石二辉橄榄岩含更多结构水,表明上地幔水分布可能具有分层性.超高压地体和稳定克拉通样品中橄榄石具有[Si]空位导致的吸收峰3 611~3 613 cm-1,而缺乏由[Fe3+]引起的吸收峰3 325 cm-1和3 355 cm-1,表明地幔的还原性随深度增强.      

地幔转换带中的水及其地球动力学意义

综述了近20年国际上地幔转换带中水的研究进展。前人研究表明,地球深部的水主要以OH-(hy-droxyl)形式存储在名义上无水矿物(NAMs)中。高温高压实验研究表明,地幔转换带中的主要矿物均具有较高的储水能力,且在转换带的温压条件下,其储水能力随着温度的升高而降低,其中瓦兹利石(β-Ol)和林伍德石(γ-Ol)的储水能力为2%～3%,超硅石榴子石(Mj)的储水能力为0.1%左右,据此估算地幔转换带的储水能力约为1.2%～1.91%,是地表水总量的3.9～6.2倍;而转换带除外的上地幔和下地幔主要矿物的含水量或储水能力均小于0.1%,因此与上、下地幔相比,地幔转换带可能是地幔的主要储水库。尽管地幔转换带具有较强的储水能力,但对地幔转换带的实际含水量还存在干、湿两方面的地质和地球物理证据和争议。地幔转换带中的水会对转换带中一系列的过程产生重要影响,当水含量增加时,橄榄石(Ol)向β-Ol、γ-Ol分解以及超硅石榴石的分解反应分别向低压、高压和低压方向迁移,从而由橄榄石向β-Ol和γ-Ol分解两个相变反应界定的转换带宽度也会增加;水还会使地幔深部的部分熔融温度降低,熔体的密度降低;同时,水的加入可以很好地解释地幔岩"pyrolite"模型在410km不连续面处产生的与地震波测量不相符突变,也可以解决全地幔对流模式所不能解释的地幔成分分层问题。因此,深入研究和探讨转换带中的水对地球深部动力学过程的影响,包括中国东部地区受太平洋板块深俯冲作用的影响,均具有重要的约束和研究意义。     

下地壳基性麻粒岩流变强度实验研究

镁铁质基性麻粒岩被认为可能是大陆下地壳的主要组成岩石[1,2],涉及当前地球动力学研究中地壳变形和高原隆升,壳幔边界的力学耦合与拆离,底侵和拆沉作用等一系列地球动力学问题阳[3,4],具有重要的地球动力学意义.大陆下地壳的流变学性质是我们深入认识这些地球深部过程的关键点之一.     

饶拔寨榴辉岩绿辉石中镁铁闪石及单斜钠长石出溶体

近年来,在北大别杂岩带中发现了榴辉岩[1～3]及榴辉岩相岩石[4,5],岩石地球化学及Sm-Nd和U-Pb同位素特征[6,7]证明,北大别杂岩带大多数属印支期扬子俯冲陆壳的一部分,引起了国内外学者的关注.相对于南大别超高压带中榴辉岩来说,北大别榴辉岩经历了麻粒岩相退变质阶段和燕山期热变质事件的影响,形成大面积强烈退变和相应的退变质显微构造.     

华北克拉通岩石圈破坏的榴辉岩熔体-橄榄岩反应机制:实验约束

以碧溪岭榴辉岩和大麻坪尖晶石二辉橄榄岩为起始原料,在压力2.0GPa,温度1250～1400℃条件下进行榴辉岩熔体-橄榄岩反应的高温高压实验.实验结果显示,在榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应过程中,熔体消耗橄榄岩中的橄榄石和斜方辉石生成单斜辉石.实验产物的岩石序列为橄榄岩-辉石岩-石榴辉石岩,与Liu等在华北克拉通内部的汉诺坝地区发现的大量中生代地幔复合包体结构非常吻合.在温度1300和1350℃时,榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应产生的熔体具有高镁安山岩的成分特征(Mg#>45),表明榴辉岩熔体-橄榄岩反应可能是高镁安山岩形成的主要原因之一.实验结果表明华北克拉通下地壳榴辉岩在中生代可能发生过拆沉作用;榴辉岩拆沉进入软流圈地幔后,部分熔融产生的熔体可以消耗岩石圈地幔橄榄岩,导致华北克拉通的减薄,从而为华北克拉通岩石圈地幔被软流圈地幔改造的熔体-橄榄岩反应机制提供实验约束.     

西藏东巧方辉橄榄岩的显微构造特征及其流变学意义

西藏东巧地区蛇绿岩套中橄榄岩是青藏高原出露的为数不多的地幔岩体之一, 对于揭示该地区的上地幔流变学特征具有重要意义.报道了该地区方辉橄榄岩中橄榄石的位错显微构造特征, 估算了上地幔流变学参数.显微构造研究表明, 东巧方辉橄榄岩发育残斑结构, 橄榄石中位错组态类型比较丰富, 包括自由位错、位错壁(包括宽阔型和紧密型)、位错弓弯和位错网, 表明橄榄石的主导变形机制可能为位错蠕变.该区地幔岩变形大致分为2个阶段: (1) 地幔缓慢塑性流动变形, 形成宽阔型位错壁; (2) 蛇绿岩侵位过程中的变形, 产生紧密型位错壁.根据2种位错壁估算的流动应力平均值分别为3 9.3MPa (宽阔型)和113.9MPa (紧密型), 计算结果获得东巧地区上地幔流动速率为1.13× 10-12 ~ 2.95× 10-11s-1, 有效粘度为4.44×1017~ 1.16×1019Pa°s, 这些参数为东巧地区上地幔物理特征提供了流变学的约束条件