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。     

高温高压下闪长岩的相变与纵波波速

利用脉冲透射-反射法,在YJ-3000 t高压装置弹性波速测量系统上,测量了0.6、1.0和2.0 GPa,最高1141℃条件下闪长岩的纵波波速(vp)。结果显示,高压下闪长岩的vp随温度升高首先缓慢降低,分别到769℃(0.6 GPa)、810℃(1.0 GPa)和925℃(2.0 GPa)后转而快速下降。实验产物观测显示,0.6 GPa下岩石在758℃时发生脱水熔融并有新生单斜辉石生成,1.0 GPa和2.0 GPa下,闪长岩分别在865℃和921℃的实验产物中出现熔体,新生矿物有单斜辉石和石榴子石。温度升高导致闪长岩中熔体含量增加,斜长石、角闪石和绿泥石等逐渐减少直至消失,单斜辉石和石榴子石呈先增加后减少趋势。探针分析显示,熔体含水量较高,且随温度升高熔体成分向基性方向演化。单斜辉石化学成分变化不明显,2.0 GPa下,随温度从1030℃升高到1138℃,新生石榴子石成分逐渐向钙铝榴石变化。vp变化和熔体含量关系表明,熔体含量增加导致了闪长岩在高温阶段波速的持续快速降低。     

高温高压条件下实验变形石英闪长岩微观结构与熔体特征研究

本文以高温高压条件下石英闪长岩流变实验样品为研究对象,利用偏光显微镜进行微观结构观察,研究了样品在实验温度压力条件下的变形机制与斜长石结构对流变强度的影响;通过透射电镜能谱与电子探针,分析了熔体分布和成分特征,讨论了角闪石脱水熔融的影响因素与脱水熔融对岩石流变的影响。结果表明,随着温度升高,岩石从脆塑性过渡域逐渐向高温位错攀移和动态重结晶为主的塑性域转化。在高温条件下,角闪石出现了脱水与部分熔融,脱水熔融的熔体分布和成分体现出非均匀与非平衡熔融的特点,空间分布上,熔体主要出现在角闪石和黑云母矿物颗粒的边缘以及角闪石和长石颗粒之间的区域内;成分分布上,熔体的成分与参与熔融的矿物成分密切相关。角闪石边缘的熔体和黑云母边缘的熔体具有低硅铝、高铁镁特征,斜长石边缘的熔体具有高硅铝、低铁镁的特征,处于角闪石和斜长石颗粒中间的熔体,其成分间于斜长石与角闪石成分之间。实验中出现的非平衡非均匀部分熔融可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因,富硅熔体可以形成富硅铝的花岗质岩石,而贫硅富铁镁的熔体可以形成基性岩。角闪石的脱水熔融程度依赖于样品的封闭条件,处于封闭环境的样品,角闪石不易脱水熔融,而处于开放环境时,角闪石脱水熔融显著。拆离断层带及其附近具备这样的开放环境,有利于角闪石发生脱水熔融。实验力学数据和微观结构显示,随机分布的斜长石对岩石强度影响并不明显,但斜长石的长轴方向与最大主应力方向呈大角度相交(近90°)会显著强化岩石的强度,这意味着岩石组构与主应力方向大角度相交或呈垂直方向时,不利于岩石变形和拆离断层的形成,反之,均匀岩石或岩石组构与最大主应力方向小角度相交,有利于岩石的变形,容易发育拆离断层。     

单轴压缩条件下闪长岩的声发射特征

外荷作用下的岩石变形破坏过程可以用岩石声发射特征来反映。本文以闪长岩为研究对象,将岩芯沿与岩芯轴线夹角分别为0°、45°、90°方向加工成直径为50 mm、高为100 mm的圆柱状试样,进行了试样的单轴压缩试验和声发射试验,将声发射特征参数(包括振铃计数、事件数、能量)用瞬时参数与累计参数来表征,分析了岩石变形破坏过程中声发射特征参数的变化情况,研究了传感器位置对声发射参数的影响,提出了Kaiser点的确定方法。结果表明,根据振铃计数与声发射事件数,声发射过程可分成声发射活跃期和声发射平静期;声发射活跃期共有三次,每次持续时间均短暂且均伴随着裂隙的产生与扩展,声发射平静期共有两次、分别发生于新生裂隙出现之后和岩石完全破坏之前;能量在岩石完全破坏前一段时间内释放较少,在岩石破坏时释放很多;传感器位于试样上部和下部时声发射特征参数整体变化趋势一致,但位于下部时声发射参数变化更具有明显的三次声发射活跃期和两次声发射平静期; Kaiser点可以结合声发射特征瞬时与累计参数准确确定。研究成果对分析岩石的变形破坏机理具有一定的参考价值。 更多还原     

中天山东段尾亚印支早～中期石英闪长岩——陆内俯冲与原生下陆壳部分熔融

前人对东天山海西期的构造-热事件作了大量研究,得出了许多方面的重要认识.东天山印支期的构造演化到底是海西期的延续,还是受控于另一构造域,至今仍不清楚.因此,印支期岩浆岩岩相学、地球化学和同位素地质学的综合研究,对阐明本区印支期的构造演化具有重要意义.产于中天山东段的尾亚石英闪长岩形成于印支早-中期.该岩石主要组成矿物为...     

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。     

富铌玄武岩：板片熔体交代的地幔楔橄榄岩部分熔融产物

富铌玄武岩是一类具有特殊地球化学特征的岛弧玄武岩。与正常岛弧玄武岩相比，它具有硅饱和并富钠的特征；同时具有相对高的Nb（一般>7×10-6）、TiO2（1%～2%）和P含量，以及低的LILE/HFSE和HREE/HFSE比值，并富集高场强元素；它的原始地幔标准化微量元素图显示了弱的Nb、Ta负异常（有时出现弱的正异常），原始地幔标准化La/Nb比值小于2（但很少小于0.7），它是由受埃达克质熔体交代过的地幔橄榄岩部分熔融形成的。由于富铌玄武岩与埃达克岩是大洋板片俯冲作用的直接产物，因此，通过对该岩石组合及与俯冲作用有关的流体和熔体的研究，不仅可以查明洋壳俯冲作用过程中的岩浆活动特征，还可以阐明洋壳俯冲及壳幔相互作用，具十分重要的地质意义。     

高温高压下辉闪岩的部分熔融与弹性波速

在YJ-3000t高压装置上,利用超声波脉冲透射-反射法,测量了压力0.6～2.0GPa、室温至1 091℃条件下辉闪岩的纵波波速(vp),并对实验中间产物进行了取样和详细的显微观测统计。结果显示,0.6GPa压力下,室温至763℃,样品的vp下降了3.7%,vp的温度系数vp/T为-0.3×10-3 km/(s.℃),而763～1 025℃,vp快速下降了36.1%,vp/T达-9.7×10-3 km/(s.℃);1.0GPa压力下,室温至808℃,vp下降了3.2%,vp/T=-0.3×10-3 km/(s.℃),808～1 091℃时vp快速下降了41.5%,vp/T为-9.9×10-3 km/(s.℃);2.0GPa压力下,室温至927℃,vp下降了4.3%,vp/T为-0.2×10-3 km/(s.℃),927～1 087℃时,vp下降了20.9%,vp/T达-9.6×10-3 km/(s.℃)。实验产物观测表明,恒压下辉闪岩的vp首先随温度近线性缓慢降低,后由于岩石的脱水和部分熔融作用,导致vp急剧下降。随温度升高,实验产物中熔体的含量增加;同时形态上从封闭囊状逐渐向连通管状或薄膜状演化,连通程度增加。从角闪石一侧向斜长石一侧,熔体颜色变浅。样品初熔阶段,低黏度的熔体在矿物颗粒边界和裂隙中形成的微细薄膜,导致岩石vp随熔体含量增加急剧下降。研究证实,含水矿物脱水和岩石部分熔融是中、下地壳低速层的重要成因。     

太行山南段符山高镁闪长岩的成因 —— 拆沉陆壳物质熔融的熔体与地幔橄榄岩反应的结果

本文对太行山南段符山高镁闪长岩进行了年代学与地球化学研究,结合其中地幔橄榄岩包体的研究,对符山高镁闪长岩的成因和中生代岩石圈地幔的性质进行了探讨.研究表明,符山闪长岩体是由一套含橄榄石角闪闪长岩-角闪闪长岩-闪长岩构成.含橄榄岩包体的寄主岩--角闪闪长岩中的锆石可划分为两种:一是代表寄主岩浆结晶的锆石:内部结构均匀、呈条带状吸收、自形-半自形晶形,具有较高的Th/U比值(1.10～4.08),其206Pb/238U年龄介于123～128Ma之间,12个点的加权平均值为125±1Ma,这表明岩体的形成时代为早白垩世;二是捕获或继承锆石:具有核边结构、吸收程度不均匀、呈浑圆状和自形-半自形两种,它们的Th/U比值介于0.32～2.03之间,构成了3组207Pb/206Pb加权平均年龄:2503±11Ma、2181±26Ma和1778±36Ma.该类岩石的SiO2和MgO含量分别介于56.69%～59.21%和3.60%～6.33%之间;且以高:Mg#(0.51～0.64)、富Na(Na2O/K2O大于1)、高Cr(93.1×10-6～420×10-6)、Ni(35.1×10-6～137×10-6)为特征.该类岩石强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素、明显亏损高场强元素,(87Sr/86Sr)I、εNd(t)值和(206Pb/204Pb)I分别变化于0.70581～0.70641、-8.30～-16.56和17.052～17.512之间.综合上述特征,同时结合地幔橄榄岩包体的特征和古元古代捕获锆石的大量存在,认为符山高镁闪长岩的原始岩浆起源于拆沉陆壳物质的部分熔融,其后经历了与地幔橄榄岩的反应过程.     

岩石部分熔融过程中熔体连通性的实验研究——以850～1100 ℃,2.0～4.0 GPa条件下斜长角闪岩部分熔融为例

岩石脱水熔融是地壳深熔的主要机制,部分熔融形成的熔体经过分凝、运移、聚集和侵位等过程最终形成岩浆.熔体的连通是熔体聚集和迁移的必要条件,岩石的物理性质,比如弹性、电性等明显受到熔体连通性的制约.因此,研究熔体分布对于理解深部地质作用,合理解释地球物理资料具有特殊的意义,熔体的连通性研究已经备受地质学家的关注.     

An experimental study of grain scale melt segregation mechanisms in two common crustal rock types

Creation of pathways for melt to migrate from its source is the necessary first step for transport of magma to the upper crust. To test the role of different dehydration‐melting reactions in the development of permeability during partial melting and deformation in the crust, we experimentally deformed two common crustal rock types. A muscovite‐biotite metapelite and a biotite gneiss were deformed at conditions below, at and above their fluid‐absent solidus. For the metapelite, temperatures ranged between 650 and 800 °C at P_c=700 MPa to investigate the muscovite‐dehydration melting reaction. For the biotite gneiss, temperatures ranged between 850 and 950 °C at P_c=1000 MPa to explore biotite dehydration‐melting under lower crustal conditions. Deformation for both sets of experiments was performed at the same strain rate (ε.) 1.37×10^?5 s^?1. In the presence of deformation, the positive ΔV and associated high dilational strain of the muscovite dehydration‐melting reaction produces an increase in melt pore pressure with partial melting of the metapelite. In contrast, the biotite dehydration‐melting reaction is not associated with a large dilational strain and during deformation and partial melting of the biotite gneiss melt pore pressure builds more gradually. Due to the different rates in pore pressure increase, melt‐enhanced deformation microstructures reflect the different dehydration melting reactions themselves. Permeability development in the two rocks differs because grain boundaries control melt distribution to a greater extent in the gneiss. Muscovite‐dehydration melting may develop melt pathways at low melt fractions due to a larger volume of melt, in comparison with biotite‐dehydration melting, generated at the solidus. This may be a viable physical mechanism in which rapid melt segregation from a metapelitic source rock can occur. Alternatively, the results from the gneiss experiments suggest continual draining of biotite‐derived magma from the lower crust with melt migration paths controlled by structural anisotropies in the protolith.     

湖北铜绿山矿床石英闪长岩的矿物学及Sr-Nd-Pb同位素特征

铜绿山是长江中下游鄂东南矿集区最重要的、大型夕卡岩型Cu-Fe(Au)矿床。本文对该矿区中与成矿密切的石英闪长岩进行了详细的矿物成分、地球化学及Sr-Nd-Pb同位素研究。结果表明:岩石中斜长石主要为更长石(An=21～31);角闪石贫Ti(0.2),高Mg/(Mg+Fe)(0.5),属于富镁角闪石;而黑云母为镁质黑云母。岩石的地球化学具有高硅(58.86%～67.71%),富碱(Na2O+K2O=5.67%～9.63%),富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE),并强亏损元素Nb、Ta、Ti等特征。岩石的(87Sr/86Sr)i为0.7055～0.7069,εNd(t)为-7.65～-3.44;(206Pb/204Pb)i=17.66～18.00,(207Pb/204Pb)i=15.49～15.56,(208Pb/204Pb)i=37.73～38.19。矿物成分、地球化学和同位素特征说明,铜绿山岩体与阳新岩体为同源岩浆的产物,源区为深度大于40km的富集地幔,经下地壳的混染及分离结晶作用形成。岩浆熔体形成的温度应大于889℃。角闪石和黑云母的温度计估算岩浆结晶温度分别为650～800℃和500～630℃,黑云母开始结晶温度略低于角闪石结晶结束温度,压力为1.49kbar,对应侵位深度约4.9km。岩浆具有利于Cu、Fe、Au等成矿元素进入熔体的条件,可能与板块俯冲作用相关。     

桦甸市半拉瓢饰面用闪长岩矿床地质特征及开发前景

桦甸半拉瓢饰面用闪长岩矿床位于吉林优地槽褶皱带之吉林复向斜小绥河—呼兰中间凸起的南端。产于印支期的蘑菇园子—金沙石英闪长岩岩体中,被称为饰面石材矿体的黑云母闪长岩就赋存在该岩体内,为典型的岩浆矿床。主要用于建筑物内、外表面装饰。     

花岗岩剪切变形与矿物成分变化的高温高压实验

在构造变形过程中,流体控制成矿作用的机制是目前世界矿床界共同面临的问题之一。通过研究剪切变形过程中的力学-化学作用,理解剪切构造应力和流体在构造成岩成矿过程中的行为与作用是解决这一科学问题的关键环节。在花岗岩高温高压剪切变形实验的基础上,分析了实验变形的矿物反应特征及矿物反应引起的化学成分变化,讨论了矿物反应与变形的相互影响。实验结果表明,变形样品中斜长石、钾长石和辉石以脆性-塑性变形为主,石英和云母以塑性变形为主。同时流体与岩石的相互作用引起了矿物间的反应,其中钾长石、辉石发生水解作用最典型。实验变形整体受应变局部化控制,随着剪切变形加强,脆性破裂逐渐形成和发展为裂隙,应力不断释放,有金属元素沿裂隙充填,这些微观特征在实验样品中普遍存在,类似野外中的矿脉。本次实验为韧性剪切带的流变行为、化学行为和剪切作用过程提供了实验数据。     

单双向两种不同振动模式下黏土强度弱化试验研究

以宁波④2层黏土为对象,在单双向两种不同振动模式下,通过不同围压及不同动应力比条件下的动三轴剪切试验,研究宁波软土的动力特性以及振后强度弱化特性。试验结果表明:单向振动模式下(不产生拉应力)产生的动弹性模量衰减、累积塑性应变比双向振动条件下(产生拉应力)的发展显著,但双幅弹性应变发展较弱;在振后剪切阶段,双向振动使得试样产生拉应力,振后抗剪强度弱化比单向振动明显;单向振动模式下,试样发生剪胀,围压越大,剪胀程度减弱直至消失,孔压-轴向应变曲线存在峰值,表现出类超固结土特性;确定了在两种振动模式下,适用于宁波④2层黏土的振后弱化参数。     

800MPa下泥质岩部分熔融实验研究：残留相及熔体相REE地球化学特征

利用JL-3600t压机实验研究了800MPa、不同温度条件下泥质岩部分熔融过程,利用EMPA和LA-ICPMS分别测定了熔体相和残留相中主要化学组成以及微量元素（包括REE）组成。实验结果表明,泥质岩低程度部分熔融（〈25％）形成的熔体中REE含量分布于308．8-3565μg／g较大范围内,显示较大的不均匀性,其REE球粒陨石标准化分布模式显示弱的M型REE“四分组效应”,而残留相矿物石榴子石中REE含量变化于167．5—1008μg／g范围,也显示有明显的不均匀性,其REE球粒陨石标准化分布模式显示明显的W型REE“四分组效应”,尤以第一段La-Nd最为显著;随着部分熔融程度的增加（〉30％）,其形成的熔体中REE集中在523．2—1130μg／g范围,残留相石榴子石中BEE集中在288．6—512．7μg／g范围,均显示相对均匀;熔体相和残留相石榴子石矿物的REE球粒陨石标准化分布模式不发育REE“四分组效应”。实验前后Cl质量平衡计算的结果表明该实验过程中并没有产生岩浆挥发分相。上述特征表明S型花岗岩中的REE“四分组效应”现象很可能与泥质岩低程度部分熔融具有成因联系。     

Mechanisms of melt extraction during lower crustal partial melting

Progressive vapour‐absent partial melting of a closed rock system increases melt pressure due to an expansion in the volume of the mineral plus melt assemblage. For a locally closed system, we quantify the melt pressure increase per increment of partial melting of a metapelite using phase equilibria modelling and combine it with Mohr–Coulomb theory to examine the interplay between melt pressure and fracture behaviour. It is shown that very small increments of vapour‐absent partial melting (<1%) increase melt pore pressure by tens of MPa leading to inevitable brittle failure of locally closed systems. Fracturing will affect these systems, even if initially limited to the scale of a few grains, and a connected microfracture network will enhance permeability as partial melting progresses. This will lead to a conditionally open system, potentially limiting accumulation of melt in the source. Repeated and cyclic fracture as temperature progressively increases will drive migration of the melt into sites of low fluid pressure at all scales. Crystal‐plastic creep processes create deformation‐induced dilatancy gradients that dominate over buoyancy forces at all scales in the melt source. Brittle and ductile deformation therefore cooperate in the extraction of melt. Enhanced porosity and permeability in ductile shear zones result in lower fluid pressure, providing a potentially important driving force for melt migration and drainage ‘up’ shear zones and along larger scale fluid pressure gradients in the crust.     

新疆塔城结勒迪克增闪长岩体特征及其含矿性

新疆准噶尔盆地西北缘属中亚造山-成矿带,是中国重要的铜多金属成矿带之一,区内侵入岩的成因及含矿性研究,对进一步提高本区地质矿产勘查程度具有重要的现实意义。针对新疆塔城结勒迪克增闪长岩体,在研究其地质特征、矿化赋存特征的基础上,利用其岩石地球化学数据,结合前人的年代学资料,初步探讨了该岩体的岩石成因、构造环境、含矿性及其与成矿作用的关系等,为该区地质找矿提供一些基础参考。新疆塔城结勒迪克增闪长岩序列由灰色细斑闪长玢岩、粗斑闪长玢岩、细-中粒闪长岩和灰白色黑云母石英闪长岩4个侵入期次组成。岩体岩石硅、镁、钾含量低而钠、铝、铁含量高;弱准铝质,为亚碱性系列岩石;富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Y、Yb等高场强元素;稀土元素含量较低,配分模式呈右倾曲线,为轻稀土元素富集型,具Ce、Eu弱负异常。该闪长岩序列侵入成岩时代为早石炭世末期,形成于岛弧构造环境,属造山前I型科迪勒拉花岗岩,源岩成分可能来自岛弧型火山岩的部分重熔或同源岩浆演化。经对比研究,结勒迪克增闪长岩体内部各侵入期次Au、Ag、Cu、As、Pb等主要金属元素含量较高且浓集程度不同,Cu、Au等成矿元素分异程度较高,反映出区内多金属成矿与该岩体上侵强烈的岩浆热液作用密切相关。该岩体具备形成斑岩型铜矿、热液型金矿的岩浆岩条件。     

Predicting phosphate saturation in silicate magmas: An experimental study of the effects of melt composition and temperature

A series of 1 atm experiments has been performed to test the influence of iron content and oxidation state on the saturation of phosphate minerals in magmatic systems. Four bulk compositions of different iron content have been studied. The experiments cover a range of temperature from 1030 to 1070 °C and oxygen fugacity from 1.5 log units below to 1.5 log units above the Fayalite-Magnetite-Quartz buffer. The results demonstrate that neither iron content of the liquid nor oxidation state play a significant role on phosphate saturation. On the other hand, SiO₂ and CaO contents of the liquid strongly influence the appearance of a crystalline phosphate. Our results are combined with data from the literature to define an equation which predicts the P₂O₅ content of silicate liquids saturated in either whitlockite or fluorapatite: