2.0 GPa块状斜长角闪岩部分熔融--时间和温度的影响

利用多顶砧压机, 以青藏高原北喜马拉雅构造带的天然斜长角闪岩为样品, 在2.0 GPa, 800～1000℃条件下进行了两个系列的块状样品脱水部分熔融实验: (1) 保持压力p = 2.0 GPa, 加热时间t = 12 h不变, 改变温度(800℃～1000℃)的实验; (2) 保持压力p = 2.0 GPa, 温度T = 850℃不变, 改变加热时间(12～200 h)的实验. 结果表明, 2.0 GPa, 加热12 h的条件下, 随温度升高, 斜长角闪岩中依次生成了石榴石、熔体和单斜辉石, 熔体的成分呈英云闪长质-花岗闪长质-英云闪长质的演化趋势. 2.0 GPa, 850℃条件下, 随加热时间增加, 斜长角闪岩中依次生成了石榴石、熔体和单斜辉石, 熔体的成分由英云闪长质向花岗闪长质演化.当块状岩石样品中熔体体积百分比的含量达到5%时, 熔体已经相互连通.温度大于850℃的条件下生成的熔体其粘度在104 Pas量级, 已经满足了在地质时间尺度上熔体分凝形成岩浆的粘度要求. 因此, 可以认为在增厚地壳的下部, 斜长角闪岩的脱水部分熔融可以形成英云闪长质-花岗质岩浆.     

高温高压下斜长角闪岩电导率研究及其地球物理启示

中下地壳和俯冲带区域的高电导率异常（0.01~1 S·m^-1）可能与地球内部的特定物质及其变化有关.斜长角闪岩是中下地壳以及俯冲带区域的重要组成之一,高温高压下斜长角闪岩的电导率研究对认识电导率异常具有重要意义.本研究采用交流阻抗谱法,在0.5,1.0,1.5 GPa和473~1073 K条件下测量了天然斜长角闪岩样品的复阻抗,实验结果表明压力对斜长角闪岩的电导率影响非常小,而温度对于电导率影响非常显著,其电导率在1073 K可以达到10^-0.5 S·m^-1;实验获得的活化能值为52.21 kJ·mol^-1,推断其导电机制可能为小极化子传导（Fe²⁺的氧化）主导.结合本实验获得的结果与大陆岩石圈和俯冲带的温度结构,我们计算得到相应的电性结构剖面,并与三种不同构造背景下的大陆岩石圈（克拉通、大陆裂谷和活动造山带）和俯冲带区域的电磁剖面结构进行了对比研究,结果发现斜长角闪岩可以解释大陆裂谷和活动造山带构造背景下的莫霍面附近的高电导率异常现象,同时可能是导致较热的俯冲带区域（例如卡斯卡迪地区）高电导率异常现象的原因.

     

高温高压下斜长角闪岩电导率研究及其地球物理启示

中下地壳和俯冲带区域的高电导率异常（0.01~1 S·m^-1）可能与地球内部的特定物质及其变化有关.斜长角闪岩是中下地壳以及俯冲带区域的重要组成之一,高温高压下斜长角闪岩的电导率研究对认识电导率异常具有重要意义.本研究采用交流阻抗谱法,在0.5,1.0,1.5 GPa和473~1073 K条件下测量了天然斜长角闪岩样品的复阻抗,实验结果表明压力对斜长角闪岩的电导率影响非常小,而温度对于电导率影响非常显著,其电导率在1073 K可以达到10^-0.5 S·m^-1;实验获得的活化能值为52.21 kJ·mol^-1,推断其导电机制可能为小极化子传导（Fe²⁺的氧化）主导.结合本实验获得的结果与大陆岩石圈和俯冲带的温度结构,我们计算得到相应的电性结构剖面,并与三种不同构造背景下的大陆岩石圈（克拉通、大陆裂谷和活动造山带）和俯冲带区域的电磁剖面结构进行了对比研究,结果发现斜长角闪岩可以解释大陆裂谷和活动造山带构造背景下的莫霍面附近的高电导率异常现象,同时可能是导致较热的俯冲带区域（例如卡斯卡迪地区）高电导率异常现象的原因.     

绿泥石片岩和斜长角闪岩在高温高压下的物理力学性质及其应用

在高温高压下绿泥石片岩和斜长角闪岩中含水矿物的脱水作用可以引起岩石物理力学性质的异常变化。在半封闭条件下，含水矿物的脱水温度有随压力增加而降低的趋势。脱水作用可能是华北地区壳内低速高导层（体）的形成原因之一。这一低速高导层（体）同时也是低强度的软弱层（体），有利于地震在其上覆脆性岩层中的孕育与发生     

斜长角闪岩弹性和流变性质的高温高压实验研究

对来自浙江陈蔡地区的天然斜长角闪岩在高温高压下进行了弹性波速和流变性质的实验研究.波速实验发现, 细粒和中粒斜长角闪岩的纵波波速沿线理方向(X)的传播快于沿面理法向(Z)的传播;在800或600 MPa及550℃的高温高压条件下,细粒和中粒斜长角闪岩的波速各向异性仍较高, 分别约为7.83%和9.77%,其平均纵波波速约为6.77和6.64 km/s.在高准静水压力作用下,当温度升至750℃之后,不同方向上传播的岩石波速都开始大幅度下降. 高固定围压和低固定应变速率(500 MPa,1×10^-4/s) 的三轴流变实验发现, 细粒斜长角闪岩的变形随温度的升高经历了脆性破裂(<650℃)、半脆性破裂、碎裂流动直至塑性变形(>800℃)这样一个基本过程. 韧性变形域内流变强度随温度的增加而逐渐下降, 且在750~800℃间强度急剧下降. 对两类实验前、后的样品进行显微和探针分析, 认为脱水熔融是引起波速和强度在高压(静水压、围压)、750℃之后大幅下降的主要原因之一.     

黑云斜长片麻岩电导率研究

在压力为1.0GPa、温度为400~1 073K条件下,用交流阻抗谱法研究了采自山东泰山的黑云斜长片麻岩平行及垂直面理方向的电导率。在实验温度范围内,黑云斜长片麻岩实验样品电导率的对数值为-6.0~0.5S/m,满足Arrhenius方程。电导率在平行面理方向比垂直面理方向高出约1个数量级。平行面理方向样品电导率分别在第3轮升、降温过程中的881~1 040K之间出现1个明显的电导率突变过程,这可能与黑云母的脱水有关。在低温段,垂直及平行面理方向样品的活化焓分别为0.43和0.49eV,在高温段则分别为3.40和1.53eV。将该实验电导率结果与华东地区大地电磁结果进行对比发现,在中下地壳范围内,该实验结果部分位于大地电磁结果范围内,说明黑云斜长片麻岩可能是组成这一地区中下地壳的候选岩石之一。     

二维部分熔融花岗岩波速的有限元模拟

本文采用热弹性有限元数值模拟方法,计算二维情况下部分熔融花岗岩的纵波速度(Vp),分析熔体含量及熔体分布形态对于花岗岩纵波速度的影响.模拟结果表明花岗岩的Vp随着熔体含量的增加而降低,当熔体含量为7%～13%时,Vp可降至5.6～5.8km/s.熔体的形状对于Vp也有影响,当熔体以菱形形状分布于岩石中时,沿菱形长轴方向Vp减小幅度更大,在熔体含量达到15%时,沿菱形长轴方向的Vp减小达到20%,而在短轴方向仅4%.当熔体聚集成条带时,不同方向得到的Vp呈现明显的差异,表明熔体的定向排列不仅会使纵波速度呈现大幅度的减小,而且会引起地震波的各向异性.     

在塑性变形过程中辉长岩部分熔融的熔体特征

采用透射电镜对辉长岩塑性变形过程中产生的熔体进行了研究，结果表明，在950～1000℃时出现初熔，初熔熔体呈薄膜状分布于两个斜长石边界，或者呈三角形状分布于3个斜长石之间. 这种早期熔体的SiO2含量在60髎左右. 在1050℃时，熔融程度增加，熔体不仅出现在斜长石之间，也出现在斜长石与辉石或磁铁矿之间. 熔体的SiO2含量低于50髎. 斜长石之间的熔体薄膜随熔体含量增加而变宽，把孤立的熔体三角形贯通，形成彼此连通且定向排列的熔体三角形. 这可能是在构造差应力作用下熔体向应力小的方向运移和聚集的结果. 这些熔体中有许多均匀分布的0.1～0.2μm的暗色“小球”，暗色 “小球”周边的硅酸盐熔体富硅贫铁，SiO2含量超过70髎，而暗色“小球”成分富铁贫硅，SiO2含量低于40髎，这表明熔体发生了分异. 其中富铁贫硅熔体局部发生了结晶作用，形成了树枝状磁铁矿雏晶. 熔体成分分异使富铁成分从玄武岩浆中分离，这对磁铁矿富集成铁矿起到重要作用.     

计算部分熔融岩石电导率方法的综述

部分熔融岩石的电导率是由固体岩石的低电导率和硅酸盐熔体的高电导率组成，因此熔体的几何形态和空间分布对部分熔融岩石的电导率将产生重大影响.本文介绍了熔体在岩石中的分布特征和它们的几何分布形态，同时，评述了各种数学模型在模拟计算部分熔融岩石电导率中的优缺点.     

部分熔融强化了青藏高原地壳的各向异性?

深部岩石的弹性波各向异性是人们了解地壳深部构造特征,分析其成因,探讨其动力学意义的重要岩石物理参数。实验结果表明由矿物晶格定向分布(LPO)所引起的地壳岩石平均各向异性强度通常不超过5%,远不足以解释在青藏高原地壳中所观测到的弹性波各向异性之强度。模拟结果显示,熔体的定向分布(MPO)能够引起强烈的弹性波各向异性。例如,当熔体的形态因子(α)值介于0.1～0.5之间,熔融程度为5%～10%时,由定向分布的酸性熔体囊所产生的各向异性强度可以达到2%～10%(P波)、2.2～40%(S波)。众多研究资料显示,青藏高原—川滇西部具有加厚的中、上地壳和高地热梯度,低度部分熔融作用在其深部地壳中广泛存在。低度熔体在构造应力作用下的定向分布可能是造成该地区深部地壳存在异常强的各向异性层的重要原因。这暗示目前在青藏高原—川滇西部探测到的异常强的区域性各向异性层是具有部分熔融成因的强烈构造变形带。该构造变形带具有潜在的解耦功能,并作为地壳浅部刚性层(块体)的底界协调着块体与其下伏地壳或岩石圈地幔的差异运动。     

高温高压下斜长岩纵波速度与电导率实验研究

在1.0 Pa、室温到880℃分别采用超声波透射法和阻抗谱法测量了斜长岩的纵波速度和电导率，并对实验产物进行了鉴定分析．结果表明，在680℃，由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石发生脱水反应，岩石的纵波速度开始大幅度下降．在410℃～750℃、12～105 Hz的频率范围内，斜长岩只出现颗粒内部传导．由于脱水产生的自由水主要分布于矿物的三联点或颗粒拐角处，没有形成连通的高导性网络，因此，脱水作用不会导致斜长岩电导率显著增加，也不会改变其电传导机制．地球内部低速层和高导层的形成与演化可能具有非同步性，通过含水矿物脱水可以形成地球内部的低速层，但不一定同时形成高导层．      

塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩: 年龄、地球化学特征、成岩作用及其构造意义

报道了对塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩的研究结果. 该岩体出露面积约60 km², 侵入于中元古代片岩、千枚岩和下石炭统火山岩中. 其主要的岩石组合为英云闪长岩和斜长花岗岩, 含少量的闪长岩和石英闪长岩. 岩石中的长石以更(奥)—中长石为主, 部分含极少量的条纹长石. 通过SHRIMP U-Pb测年, 获得锆石U-Pb年龄为(330.7±4.8) Ma. 岩石地球化学特征表明, 岩体富Na低K(Na/K = 4~87, 摩尔数比), 属于Na质系列侵入岩. 岩石的稀土总量(ΣREE = 50~220 mg/g)与SiO₂呈显著的正相关关系, 轻重稀土基本没有分异[(La/Yb)N = 0.5~1.5], 有中等的Eu负异常(δEu = 0.3~0.6). 微量元素特征表现出高的Y含量及低的Sr/Y比值(~1.0). Nd同位素组成表明岩石有相对“年轻的”T_2DM(470~580 Ma)和正的Nd初始值[εNd(331 Ma) = 6.23~7.65]. 上述特征与产于洋岛或洋脊的斜长花岗岩非常相似. 然而区域地质特征(尤其是它的规模)并不支持它直接来自地幔的玄武岩浆结晶分异形成. 推测其原始岩浆是来自“年轻的”玄武质地壳经过50%左右的部分熔融形成的闪长质~英云闪长质岩浆. 原始岩浆经过强烈的结晶分异作用并侵入到中上地壳形成该岩体. 结合前人对区域地质研究的结果, 表明该岩体为石炭纪天山造山带大陆裂谷作用在塔里木板块内部的效应.     

弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射 平面SH波的三维散射(Ⅱ) 数值结果与分析

以基岩上单一土层场地为例, 计算分析了在斜入射平面SH波作用下弹性层状半空间中无限长洞室附近的地表位移. 研究表明, 层状半空间中地下洞室对波的散射与均匀半空间情况存在显著差别. 层状场地由于考虑了场地自身的动力特性, 使得洞室附近地表位移幅值的空间变化更为复杂, 基岩与土层刚度比、 土层厚度对散射效应均有着重要影响. 随着基岩与土层刚度比的增大, 地表位移幅值整体上逐渐增大; 随着土层厚度的增大, 土层对地表位移幅值的影响逐渐减小. 在频域解答的基础上, 给出了层状半空间中洞室对斜入射SH波散射的时域解答, 并以Ricker波为例进行了数值计算.     

弹性层状半空间中无限长洞室对斜入射平面SH波的三维散射(Ⅱ)——数值结果与分析

以基岩上单-土层场地为例,计算分析了在斜入射平面SH波作用下弹性层状半空间中无限长洞室附近的地表位移.研究表明,层状半空间中地下洞室对波的散射与均匀半空间情况存在显著差别.层状场地由于考虑了场地自身的动力特性,使得洞室附近地表位移幅值的空间变化更为复杂,基岩与土层刚度比、土层厚度对散射效应均有着重要影响.随着基岩与土层刚度比的增大,地表位移幅值整体上逐渐增大;随着土层厚度的增大,土层对地表位移幅值的影响逐渐减小.在频域解答的基础上,给出了层状半空间中洞室对斜入射SH波散射的时域解答,并以Ricker波为例进行了数值计算.