华南地区典型岩石的地震波性质研究

地震资料的解释具有多解性,为根据地震资料认识华南的地壳结构和物质组成,对江西一福建地区的典型岩石样品进行了岩石波速的实验测量和理论计算.使用美国MTS公司815岩石物理参数测试系统测量了5块典型岩石的物性参数.结果表明,岩石的P波和S波速度随着压力的增加而增加,随着温度的增加而降低;在相同温压下,大理岩化灰岩的波速＞花...     

褶皱的地震波反射响应及其大陆地壳构造地质意义

褶皱是挤压造山带中最普遍的地质构造,但是为什么在地震反射剖面上却极少呈现褶皱呢?本文从一个构造地质学者的角度出发,数值模拟了几种常见褶皱构造的地震波反射响应。结果表明,传统的反射地震技术并不能正确成像闭合褶皱、斜歪或倒转褶皱及二级以上的多级复合褶皱。褶皱陡倾翼的反射消失,而褶皱转折端的反射形成一系列断断续续分布的假水平层理,这些假水平层理在下地壳中极易被错误地解释成由地壳拉张形成的水平构造层理或由底侵作用形成的水平基性岩席。笔者认为,老、中、新褶皱造山带的下地壳中大多数不连续水平反射可能是由褶皱造成的。     

岫玉的地震波速、各向异性、弹性力学性质及其构造地质意义

为了研究水化岩石圈地幔和地幔楔的地震波速、各向异性及其与蛇纹石化程度及应变状态的关系,作者实验测量了8块叶蛇纹岩(采自辽宁的岫玉)标本在不同构造主方向(X,Y和Z)上的纵、横波速度随围压(0~600 MPa)的变化规律,详细研究了叶蛇纹石在塑性变形过程中通过(001)[010]位错滑移形成很强的晶格优选定向和高达21%的纵波速度各向异性与24%的剪切波分裂的特征,发现高温叶蛇纹岩与低温利蛇纹岩具有截然不同的地震波性质,例如,在围压600 MPa下,高温叶蛇纹岩的Vp=6.73 km/s、Vs=3.74 km/s,Vp/Vs=1.80,而低温利蛇纹岩的Vp=5.10 km/s、Vs=2.32 km/s,Vp/Vs=2.20。前人利用低温蛇纹石化橄榄岩的波速数据解释温度高于300℃的水化地幔楔和岩石圈地幔的地震波速不可避免地要低估研究区域内蛇纹石化的程度和水含量。本研究查明叶蛇纹岩的地震波性质及其各向异性特征亦为解释全球大洋板块俯冲带乃至青藏高原地区的剪切波分裂资料提供了新的思路。     

岩石地震波性质的实验与理论研究

岩石的地震波性质是解释地震观测资料的基础。本文首先以中国大陆超深钻主孔的榴辉岩为例,将榴辉岩在高温高压(最大为500MPa和700℃)下观测矿物组成、晶格优选定向(LPO)、温度和压力对其地震波性质的影响。然后对岩石地震波性质数据库进行统计分析,指出长英质岩石的波速与石英或长石的含量没有相关性;从酸性岩、基性岩到超基性岩,随着SiO2含量的降低和铁镁矿物含量的增高,岩石波速逐渐增高,云母和角闪石的LPO是陆壳地震波各项异性的主要来源;波速与孔隙率的负相关受流体与压力的影响。     

地球动力学和地震学的桥梁——变形岩石组构与波速各向异性关系

上地幔岩石变形组构特征和地震波速各向异性关系的研究,是当代岩石圈动力学研究水平的一个重要标志。本文着重阐述七十年代以来,国外有关上地幔中地震波各向异性产生的原因;高温高压条件下上地幔岩石的Vp、Vs测定的新成果及其地球物理应用意义;岩石变形机制,变形组构特征和地震波速各向异性之间的内在联系。同时还指出,在我国重视和加速该前沿课题研究的必要性和重要意义。     

河南登封-鲁山地区地壳出露剖面岩石高压条件下地震波速特征的实验研究

首次给出了河南登封—鲁山一带地壳出露剖面岩石高压条件下纵波速度V_p值的实验测定结果。样品分别采自古元古代的安沟群及新太古代的登封群和太华群。静态压力自常压至3000MPa变化。结果表明,岩石的纵波速与岩性关系密切。上、中地壳岩石的V_p 随压力的增加变化范围明显大于下地壳岩石,变质等级的增加伴随着V_p的明显增大,经温度影响校正后的V_p值与位于邻近地区的QB-1地震测深剖面的解释结果吻合很好。     

岩石扩散蠕变及其地质意义

总结了近十年来岩石扩散蠕变显微构造鉴别特征，研究方法的最新进展，矿物颗粒大小和流体（包括熔体和水）等是影响扩散蠕变的重要因素。扩散蠕变与位错蠕变和超塑性变形有密切关系，它的研究对大陆裂谷化过程，大陆碰撞带中岩石圈地幔强度弱化，中下地壳韧性剪切应变局限化以及与相变有关的矿物粒度细小化作用的分布有重要应用意义。     

岩石超塑性变形及其地球动力学意义综述

概述了岩石超塑性变形机制、显微构造特征、影响因素及其动力学意义。岩石超塑性是一种重要的岩石变形现象，是岩石在高温条件下发生极大应变量（＞1000％）的拉伸变形而不出现断裂的现象。岩石超塑性广泛分布于从上地壳到下地幔的各类岩石之中。根据变形产生因素的不同，岩石超塑性可分为结构超塑性和相变超塑性。岩石超塑性不是一种简单的变形机制，它与扩散蠕变和位错蠕变密切相关，是受扩散调节的晶粒边界滑移和位错蠕变共同竞争的结果。岩石超塑性的研究对解释糜棱岩的形成机制、下地壳莫霍面深地震反射体的成因、上地幔流变弱化以及深源地震的产生和突然消失具有重要的动力学意义。     

康滇地轴巨粒晶质铀矿的发现及其地质意义

康滇地轴米易海塔地区富晶质铀矿石英脉产于晚元古代受混合岩化作用影响的五马箐组黑云斜长片岩中,受韧-脆性断裂构造裂隙带控制。晶质铀矿呈黑色,半金属光泽;晶形完好,以立方体与八面体聚形及菱形十二面体为主,少量呈立方体;粒径大多0.5cm左右,最大可达1cm以上。共生矿物组合为石英-晶质铀矿-榍石-辉钼矿组合。研究认为,晶质铀矿形成于温度压力较高及深度较大的地质环境,是高温偏酸性流体在温度缓慢下降的强还原条件下结晶而成的。康滇地轴具有形成高强度铀矿化的地质背景和成矿条件,在康滇地轴混合岩地区最有前景的铀矿类型应为受韧-脆性构造控制的中高温热液脉型矿化。     

榴辉岩的地震波性质：对苏鲁超高压变质带地壳成分和折返机制的探讨

本总结了榴辉岩的高温高压弹性波速测量结果,并将其应用于苏鲁超高压变质带地震资料的解释。由于榴辉岩具有高密度和高波速,它们和长英质片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、麻粒岩、蛇纹石化橄榄岩的界面可以产生强反射。如果俯冲的陆壳物质以榴辉岩与围岩互层的形式在上地幔保留下来,就可能在造山带的上地幔产生地震反射。根据CCSD孔区地震剖面所建立的地壳成分模型表明：苏鲁超高压带地壳浅部的高速层可归因于夹在花岗质片麻岩、副片麻岩、角闪岩等岩石中的榴辉岩和超基性岩;中地壳主要由中酸性片麻岩、斜长角闪岩和副片麻岩组成;下地壳以中基性麻粒岩为主。在该超高压变质带现今的深部地壳,榴辉岩含量很少或几乎没有。因此,折返的超高压变质岩是以构造岩片的形式沿一系列剪切带逆冲并覆盖在正常的中下地壳之上,深部榴辉岩的缺乏可能与下地壳拆沉作用无关。     

苏鲁-大别超高压变质岩的弹性力学性质与密度的关系

我们采集了31块来自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔和预先导孔岩芯以及29块苏鲁-大别地区地表露头的典型超高压变质岩,在10～850 MPa的静水压力和室温下测量了60块标本的P波与S波速度,分别建立了纵横波速和围压之间的定量关系,并在此基础上计算了不同压力下各岩石标本的弹性参数即杨氏模量(E)、剪切模量(G)、体模量(K)和泊松比(v),着重探讨了超高压变质岩的弹性力学性质与密度之间的关系.这些最新成果将为超高压变质岩地区以及新老俯冲带地震波资料的解释提供关键的理论和实验基础.     

Vp/Vs Anisotropy and Implications for Crustal Composition Identification and Earthquake Prediction

Abstract: The ratio of P- to S-wave velocities (Vp/Vs) is regarded as one of the most diagnostic properties of natural rocks. It has been used as a discriminant of composition for the continental crust and provides valuable constraints on its formation and evolution processes. Furthermore, the spatial and temporal changes in Vp/Vs before and after earthquakes are probably the most promising avenue to understanding the source mechanics and possibly predicting earthquakes. Here we calibrate the variations in Vp/Vs in dry, anisotropic crustal rocks and provide a set of basic information for the interpretation of future seismic data from the Wenchuan earthquake Fault zone Scientific Drilling (WFSD) project and other surveys. Vp/Vs is a constant (Ф0) for an isotropic rock. However, most of crustal rocks are anisotropic due to lattice-preferred orientations of anisotropic minerals (e.g., mica, amphibole, plagioclase and pyroxene) and cracks as well as thin compositional layering. The Vp/Vs ratio of an anisotropic rock measured along a selected pair of propagation-vibration directions is an apparent value (Фij) that is significantly different from the value for its isotropic counterpart (Ф0). The usefulness of apparent Vp/Vs ratios as a diagnostic of crustal composition depends largely on rock seismic anisotropy. A 5% of P- and S-wave velocity anisotropy is sufficient to make it impossible to determine the crustal composition using the conventional criteria (Vp/Vs≤1.756 for felsic rocks, 1.7561.944 fluid-filled porous/fractured or partially molten rocks) if the information about the wave propagation-polarization directions with respect to the tectonic framework is unknown. However, the variations in Vp/Vs measured from borehole seismic experiments can be readily interpreted according to the orientations of the ray path and the polarization of the shear waves with respect to the present-day principal stress directions (i.e., the orientation of cracks) and the frozen fabric (i.e., foliation and lineation).     

Physical properties of ultrahigh-pressure metamorphic rocks from the Sulu terrain, eastern central China: implications for the seismic structure at the Donghai (CCSD) drilling site

About 30 samples representing major lithologies of Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic rocks were collected from surface exposures and exploration wells, and compressional (Vp) and shear wave (Vs) velocities and their directional dependence (anisotropy) were determined over a range of constant confining pressures up to 600 MPa and temperatures ranging from 20 to 600 °C. Samples range in composition from acidic to ultramafic. P- and S-wave velocities measured at 600 MPa vary from 5.08 to 8.64 km/s and 2.34 to 4.93 km/s, respectively. Densities are in the range from 2.60 to 3.68 g/cm³. To make a direct tie between seismic measurements (refraction and reflection) and subsurface lithologies, the experimental velocity data (corresponding to shallow depths) were used to calculate velocity profiles for the different lithologies and profiles of reflection coefficients at possible lithologic interfaces across the projected 5000-m Chinese Continental Scientific Drilling Program (CCSD) crustal segment. Comparison of calculated in situ velocities with respective intrinsic velocities suggests that the in situ velocities at shallow depths are lowered by an increased abundance of open microcracks. The strongly reflective zone beneath the Donghai drill site can be explained by the impedance contrasts between the different lithologies. Contacts between eclogite/peridotite and felsic rocks (gt-gneiss, granitic gneiss), in particular, may give rise to strong seismic reflections. In addition, shear-induced (lattice preferred orientation (LPO)-related) seismic anisotropy can increase reflectivity. For the explanation of the high velocity bodies (>6.4 km/s) around 1000 m and below 3200-m depth, large proportions of eclogite/peridotite (about 40 and 30 vol.%, respectively) are needed.     

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、正片庥岩和副片麻岩,、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。     

新疆伊宁地块晚泥盆世火山岩的确认及其地质意义

最新发现的泥盆纪火山岩位于西天山伊犁地块北缘,主要岩石组成为流纹岩,英安岩夹少量安山岩。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,尼勒克北流纹岩类的形成时代一致,分别为369.7±4.9Ma,363.4±2.5Ma,均为晚泥盆世。岩石SiO₂含量较高且变化范围较宽,Al₂O₃含量较高,富碱,贫镁和钙,高FeO^T/MgO+FeO^T比值,低TiO₂,里特曼指数δ较小(1.09~2.88),A/CNK值变化较大(0.8~1.46),属于钙碱性过铝-准铝质低钛流纹岩类。稀土元素总量(∑REE)变化较大(80.66×10^-6~241.8×10^-6),稀土配分模式为轻稀土富集右倾((La/Yb)_N=5.96~7.82),铕负异常明显(Eu/Eu^*=0.47~0.86),相对富集Rb、Th、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,较高的Rb/Sr、Nb/Ta和Th/Ta比值(分别为0.18~5.15,11.18~13.96,3.54~9.5),较低的Ti/Zr、Ti/Y及Ta/Yb比值(分别为4.95~25.79,43.7~295.5,0.45~1.29),这些地球化学特征表明其可能为上地壳部分熔融的产物,源区残留物组成可能为斜长石和角闪石,同时显示其具有大陆边缘弧亲缘性,这与西天山在早石炭世处于岛弧环境相匹配,即在晚泥盆世-早石炭世期间,准噶尔洋向伊犁-中天山地块之下发生俯冲,形成了伊犁地块北缘的大陆边缘弧岩浆带。尼勒克北晚泥盆世流纹岩类成岩时代的确定及构造环境分析为进一步认识伊犁地块北缘地区的构造演化提供了新的证据。     

新疆西天山尼勒克二叠纪火山岩的地球化学特征及构造意义

尼勒克二叠纪火山岩位于伊犁盆地北缘阿吾拉勒山西段,该地区发育一套完整的陆相二叠纪地层。本文对该区二叠纪中下统哈米斯特组和乌郎组火山岩进行了系统的岩相学、岩石地球化学和Sr-Nd同位素研究。尼勒克火山岩岩石类型多样,有玄武岩、安山岩、粗面岩、流纹岩等,地球化学特征复杂。上火山岩哈米斯特组火山岩具有典型的钾玄岩特征,高K₂O(2.81%~3.91%)、Sr(>1000×10^-6)、稀土(ΣREE>200×10^-6)和(La/Yb)_N比值(9.7~11.7),低Nb/La比值(大多<0.2)。下火山岩乌郞组可分为二组,一组具最低SiO₂,最高MgO,较低Sr(<500×10^-6)、稀土(50×10^-6<ΣREE<80×10^-6)和(La/Yb)_N比值(1.6~2.2),相对较高的Nb/La比值(>0.35),类似富集型洋中脊(E-MORB)特征,暗示其岩浆是浅部源区高程度部分熔融的产物;另一组火山岩有着相对较大的变化,总体特征介于哈米斯特组与第一组火山岩两者之间。尼勒克火山岩有高度亏损的Sr-Nd同位素组成,类似MORB,表明它们源自长期亏损的地幔源区。然而,火山岩高度亏损的Nb-Ta、分异且富集大离子亲石元素的特征暗示,地幔源区受到近期俯冲带流体的交代作用,并受部分熔融程度及结晶分异作用的控制,是不同批次岩浆作用在不同演化阶段的产物。尼勒克大规模玄武质火山岩的形成可能和塔里木二叠纪地幔柱活动有关。     

Elastic properties of granulite facies rocks of Mahabalipuram, Tamil Nadu, India

Compressional and shear wave velocities and attenuation measurements have been carried out in some of the borehole samples of acidic, basic and intermediate granulites of Mahabalipuram, Tamil Nadu, India. The results have been obtained at ambient conditions using ‘time-of-flight’ pulse transmission technique at 1.0 MHz frequency. The results show linear relationships between velocity and density, and velocity and attenuation properties of the rocks. The acidic granulites show lower velocities and higher attenuation than the intermediate and basic granulites. The average values of the Poisson’s ratio of acidic, intermediate and basic granulites have been found to be 0.210, 0.241 and 0.279 respectively. The variations in velocities and attenuation in these low porosity crystalline rocks are found to be strongly influenced by their mineral composition. The laboratory velocity data (extrapolated to high pressure) of the present study and the published field velocity data from deep seismic sounding studies indicate that these granulite facies rocks may belong to mid-crustal depths only.     

南海盆海山火山碎屑岩的发现及其地质意义

海山火山碎屑岩是水下爆发性火山作用的产物.南海盆两座海山上发现火山碎屑岩表明海山顶部曾经一度高于PCL(压力补偿深度).岩相学特征显示这些火山碎屑岩的胶结物主要为一混合相,包括粘土矿物和黑色铁质矿物等,这从一个侧面反映海山的正地形限制了粗粒外生碎屑到达海山顶部.岩石的单矿物组分、主量元素化学特征与同海山玄武质熔岩具有可比性,属碱性岩浆系列.计算获得海山平均最小下沉速率为0.06mm/年,最大可能达0.30mm/年.海山岩石的机械风化产物对周围海盆的沉积作用作出重要贡献.     

风化泥质软岩变形特性及邓肯模型参数的试验研究

选取广东塘厦风化泥质软岩为研究对象,在一系列三轴试验的基础上,分析探讨该类软岩的变形特性及邓肯模型参数变化规律,并提供工程数值分析和计算所需模型参数。