大陆中、下地壳电学特征实验研究①

高温高压下地壳物质电导率的实验室测定是研究大陆中、下地壳高导层成因的重要方法之一。研究表明,水、石墨、部分熔融以及矿物脱水都可能形成地壳高导层,在不同构造环境和深度下这些机制起着不同的作用。为解释中地壳高导层,水的存在是必不可少的条件,在下地壳,水、石墨、部分熔融以及矿物脱水、甚至特定的干的下地壳岩石都可解释大地电磁测量结果。     

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     

地壳深熔条件下的转熔矿物研究进展

地壳深熔作用有两种形式,即流体相缺乏的脱水熔融和流体相存在的加水熔融。由于地壳岩石中水含量的差异(岩石中含水矿物的丰度和外来水的加入量),岩石发生不同形式的部分熔融所需要的温度和压力条件有很大差异。转熔矿物是岩石发生不一致熔融的产物,在形成过程中携带了地壳深熔源区物质和熔体的大量信息,是追溯高温变质岩石经历深熔作用的最可靠依据。它们与高级变质岩中残留的变质矿物和岩浆或熔体中结晶的岩浆矿物具有明显不同的来源,分别代表了岩石曾经历的不同演化历史。通过对不同成因的矿物进行矿物结构、包裹体、主量元素、微量元素和同位素以及共生矿物组合等多方面的综合考察,可以有效识别出高级变质岩中的转熔矿物、变质残余矿物和岩浆矿物。准确识别高温-超高温变质岩以及花岗岩中不同成因的矿物相,是研究高温变质作用的前提条件,对研究混合岩和S型花岗岩的成因都起着非常重要的作用。     

藏南上地壳低速高导层的性质与分布:来自热水流体活动的证据

沿亚东—谷露裂谷带实施的一系列地球物理探测发现了一组地震亮点。结合其他地球物理探测剖面的资料 ,认为藏南上地壳中存在一个低速高导层 ,这些地震亮点处于这个低速高导层中。人们对这些亮点和低速高导层有两种不同的解释和认识 :一种认为是含盐的超临界流体 ;而另一种认为是地壳中的部分熔融层。由于目前缺少有效的手段和方法 ,对这个低速高导层的性质和分布范围仍只是推测。本文从藏南强烈活动的热水流体系统着手 ,尝试从另一个角度探讨这些地震亮点和低速高导层的性质。通过对热泉气体的 He同位素组成和热水的地球化学特征研究以及前人对温度场的模拟表明 ,该低速高导层的性质为硅酸盐岩浆熔体 ,不是以水为主的流体 ,这就为部分熔融层的存在提供了佐证。本文进一步讨论了该部分熔融层对热泉流体系统的驱动热机作用 ,并根据热泉流体的温度场限定了此部分熔融层的空间分布范围。     

评流行的岩浆热液成矿理论

流行的岩浆热液成矿理论认为,热液流体和成矿金属源于岩浆,岩浆能够分异和演化,在岩浆分异的晚期,热液达到过饱和而出溶,热液成矿在岩浆后期或期后,岩浆与热液矿床在空间上、时间上和成因上密切相关。笔者认为,上述成矿理论存在许多问题：首先,下地壳是缺水的,下地壳含水量大概不会超过1%,因此,花岗质岩浆是在缺水的条件下部分熔融的,富水条件下的熔融很少,花岗岩也很少是富水的。其次,花岗质岩浆黏性大,它既不能分离结晶也不可能演化。第三,当温度压力下降岩浆固结时,水大多以（OH）的形式进入造岩矿物,几乎没有多少自由水（游离水）被分离出来,野外也没有这样的证据。含矿热液主要来源于下地壳,只要有足够的热,下地壳变质岩中含结构水的矿物即可发生脱水反应释放出水。由于变质岩脱水熔融的温度低于花岗岩部分熔融的温度,因此,脱水熔融可以出现在花岗岩部分熔融之前,熔融的范围也远大于岩浆熔融范围。热液是以自由水的形式出现的,可以在下地壳内循环,富集成矿金属元素。花岗质岩浆部分熔融时也可以包含热液和成矿金属元素,这是毋庸置疑的,至于它是否各类岩浆热液矿床成矿金属的主要来源则是需要讨论的。笔者认为,流行的岩浆热液成矿理论只是一个猜想,与下地壳内发生的情况相去甚远,还不能算是成熟的理论。但是,不排除在花岗岩含水异常丰富的特殊情况下,该理论还有适用的部分。总之,流行的岩浆热液成矿理论不具有普遍的意义。     

秦岭造山带若干岩石高温高压脱水熔融的特征及其意义

对秦岭造山带和邻区块状岩石样品进行了高温（1 100~1 300 ℃）和高压（1.2~1.8 GPa）脱水熔融实验。通过对实验产物综合分析发现许多样品中出现了熔融玻璃和雏晶。玻璃代表的熔体成分为基性和中性,部分接近于超基性范围,熔体与原来岩石全岩成分比较,更偏基性。熔体出现的空间和成分都显示了局部熔融体系的特征,即含水矿物（角闪石或黑云母）和浅色矿物（石英或斜长石）控制了熔融的发生并且决定了熔体的成分。脱水熔融产生了比原岩更偏基性的熔体,这意味着熔融后残留部分将愈偏酸性。如果这种机制存在于大陆中-下地壳,将对探讨大陆地壳的结构和物质组成,解释某些地区的长英质中下地壳的成因等具有重要的意义。     

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。     

天然富有机质含铵伊利石高温高压稳定性研究

含铵伊利石等含铵黏土矿物是地壳中重要的储氮矿物,研究其高温高压稳定性对地球壳–幔圈层间氮循环具有重要意义。本研究通过高温高压(HTHP)模拟实验,初步探索了天然富有机质(具类石墨结构)的含铵伊利石矿物结构及其携带的C、N元素的稳定性。结果表明,在高温(600℃)常压环境下,含铵伊利石层状结构发生塌陷,结构羟基脱失,层间NH4+脱失,其表面类石墨的结构有序度下降,部分含C、N官能团脱失,但仍有近一半得以保存。伊利石层间NH4+的热稳定性受矿物层状结构的制约,当伊利石因高温发生层间塌陷时,NH4+失去伊利石片层保护后受热发生分解。而不同形态有机氮的热稳定性主要与其在类石墨有机质芳香结构中的位置有关。含铵伊利石结构在高温高压(600℃、2 GPa)下保持稳定,类石墨的有序度以及石墨化程度均增强,表明压力在一定程度上补偿了温度的影响。此外,伊利石表面具网状片层结构的类石墨有机质对矿物结构有物理保护作用。同时,有机质中的部分C、N元素在高温高压下与伊利石结构中的Al和O等元素形成稳定的化合键,亦可增强有机质的稳定性。含铵伊利石在高温高压下的稳定性表明,含铵黏土矿物很有可能是携带地壳中的氮经俯冲进...     

喜马拉雅碰撞造山带新生代地壳深熔作用与淡色花岗岩

自从印度-欧亚大陆碰撞以来,伴随着构造演化和温度-压力-成分(P-T-X)的变化,喜马拉雅造山带中下地壳变质岩发生不同类型的部分熔融反应,形成性质各异的过铝质花岗岩。这些花岗岩在形成时代、矿物组成、全岩元素和放射性同位素地球化学特征上都表现出巨大的差异性。始新世构造岩浆作用形成高Sr/Y二云母花岗岩和演化程度较高的淡色花岗岩和淡色花岗玢岩,它们具有相似的Sr-Nd同位素组成,是碰撞早期增厚下地壳部分熔融的产物。渐新世淡色花岗岩主要为演化程度较高的淡色花岗岩,可能指示了喜马拉雅造山带的快速剥露作用起始于渐新世。早中新世以来的淡色花岗岩是喜马拉雅造山带淡色花岗岩的主体,是变泥质岩部分熔融的产物,包含两类部分熔融作用——水致白云母部分熔融作用(A类)和白云母脱水熔融作用(B类)。这两类部分熔融作用形成的花岗质熔体在元素和同位素地球化学特征上都表现出明显的差异性,主要受控于两类部分熔融作用过程中主要造岩矿物和副矿物的溶解行为。这些不同期次的地壳深熔作用都伴随着高分异淡色花岗岩,伴随着关键金属元素(Nb、Ta、Sn、Be等)的富集,是未来矿产勘探的重要靶区。新的观测结果表明:在碰撞造山带中,花岗岩岩石学和地球化学性质的变化是深部地壳物质对构造过程响应的结果,是深入理解碰撞造山带深部地壳物理和化学行为的重要岩石探针。     

地球深部电导率的实验室约束

矿物岩石电导率实验研究对于认识地球内部的电导率分布和地球动力学具有重要的意义。本文于实验室中研究了一些典型地壳和地幔矿物、岩石的电导率,并将实验结果与野外电磁结果进行了对比。研究结果表明,含水矿物的脱水和存储于名义无水矿物中的水会显著提高岩石的电导率。含水矿物的脱水可能是导致地壳出现高导层的主要原因,而地幔的高导层则可能是由名义无水矿物中赋存的水所引起。实验室矿物、岩石电导率模型与野外大地电磁结果的对比,为研究地球内部的热状态和水含量的分布提供了重要依据。