岩石圈中的降压作用及其相变过程

岩石圈中许多地质过程,都曾经历过降压作用。岩石圈中的压力是一个极为重要的参数,压力的降低将改变地质作用过程的其他物理化学性质,包括导致相变。通过岩石圈中降压过程性质和机制的研究,重点探讨降压所引起的相变及其地质意义,试图从新的研究角度提出一些认识和思路。(1)降压是岩石圈中许多地质作用发生的必要条件,降压的性质不同对应不同的地质现象。(2)岩石圈物质的相变线(含两端点)及邻区的物理化学行为突变有重要研究价值。降压可导致岩石圈中的水发生一、二级相变,影响着热液成矿和油气成藏,是"构造降压-水相变耦合成矿(藏)"新模式的理论核心。降压导致岩石圈中固体熔融相变,是岩浆形成的必要条件,降压性质差异决定着岩浆岩的种类和结构。降压过程中,矿物组合随之调整,因各种矿物的相变线不同,矿物变形行为表现各异,地压梯度明显降低,影响超高压变质作用和变形、岩石圈减薄等的解释。(3)降压通常是岩石圈局部升温和聚集水的前提。岩石圈中若没有降压,就不会出现明显升温和聚集水的现象。     

地质学中的压力与深度关系讨论:颗粒尺度压力差到岩石圈构造超压研究新进展

地质学中普遍采用的压力与深度转化方法是基于阿基米德定律,该定律适用于重力场中的静流体压力条件下的压力与深度关系。然而,由于岩石圈的高黏度与各向异性特性和构造差应力作用,决定了岩石圈内的压力分布和应力分布受多种因素影响。基于近期新发表的研究成果,介绍了从颗粒尺度压力差到岩石圈构造超压研究新进展,讨论了地质学中的压力与深度关系问题。近期研究表明,与静压状态下获得的压力分布与深度关系相比,在差应力条件下获得的变质反应压力和相变压力要复杂得多。在差应力条件下,从微观尺度的变质反应和岩石颗粒间尺度到不同地质体之间、地壳内部构造带和岩石圈尺度都存在局部压力非均匀分布(构造超压)。在强烈隆升的高原地区,在高程差的重力势作用下也可以出现构造超压。这种压力非均匀的存在决定了变质反应压力和矿物相变压力不等同于静岩压力。热-力学耦合数值模拟结果显示,由于偏应力作用,在大陆碰撞造山带42km深度,构造超压达到2.2GPa,局部压力达到3.4GPa,远高于平均静岩压力。由此推测,在40~50km深度,就有可能出现高压-超高压变质作用。因此,根据变质反应和矿物相变确定的压力不能直接换算成岩石圈深度。     

水的临界奇异性及其对热液铀成矿作用的意义

水是地质流体的主体,随着温压条件的变化会发生相变,许多物理化学性质也随之改变.特别是水具有临界奇异性,这对热液成矿作用有巨大的影响.本文介绍了水的相变种类及特征,研究了岩石圈中水可能存在的相变,以等压热容为例研究了水的临界奇异性,指出:(1)当温压同时趋近于临界常数时,水的临界奇异性最明显;(2)在岩石圈中温压受地温线控制,只有在热液作用、中酸性岩浆活动及断裂作用同时出现时,才可能使上地壳中某一区域同时达到温压的临界值;(3)对于热液成矿作用而言,水的临界奇异性的意义至少包括溶解度发生急剧变化和产生瞬时高压,这些变化可导致成矿物质沉淀和断裂的产生.     

揭示地质现象的本质与核心

青藏高原的形成与演化是举世瞩目的现代地学前缘 ,岩石圈结构及其演变对于探讨高原隆升及其资源环境效应具有重要意义。多年来 ,对于青藏高原岩石圈结构的认识主要基于地球物理探测结果和地质研究 ,尚未发现深达地幔的物质。我们在西昆仑地区康西瓦新生代火山岩中首次发现了以含金云母方辉橄榄岩为主的深源包体 ,其主要组成矿物为橄榄石和斜方辉石 ,含有少量单斜辉石、尖晶石和金云母。橄榄岩具有平衡粒状变晶结构 ,部分橄榄石颗粒仍保留有扭折带。电子探针分析结果表明 ,尖晶石的x(Cr) /x(Cr +Al)变化为 2 5%～ 8% ,属于尖晶石铬铁矿系列。根据CarrollWebb和Wood(1986 )提出的温压图解 ,橄榄岩形成压力大致为16 0 0MPa ,约相当于深度 56km。据此 ,认为康西瓦新生代玄武岩中产出的橄榄岩包体系岩浆活动过程中从岩石圈地幔携带上来的幔源物质 ,对于探讨青藏高原北部的岩石圈结构及其演化具有重要意义。     

岩石圈中水的临界奇异性——大规模成矿的根源

水的临界奇异性是岩石圈中许多重大地质作用的关键和枢纽,有独特的地质意义、超乎常识。水在临界点发生二级相变,许多物理化学性质奇异性突变,特别是溶解行为和热压的突变,对成矿作用影响极大。     

吉林伊通-大屯地区晚中生代-新生代玄武岩的地球化学特征及其意义

吉林伊通-大屯地区有长达80Ma的火山喷发历史,为探讨该区深部地质演化提供了条件。从晚白垩长春大屯火山(92．5±0．5Ma)到伊舒地堑内第三纪伊通火山群(31Ma、9～15Ma),玄武岩碱性逐渐增强,Dy/Yb比值逐渐升高,根据地幔动态熔融模型计算获得的玄武岩最终形成深度由约50km变深至110km。根据岩石圈盖效应推测该区晚白垩纪以来岩石圈厚度逐渐增厚。伊通第三纪碱性玄武岩显示了均一的地球化学组成;类似洋岛玄武岩(OIB)的微量元素分配模式和Nb/U比值,以及低(~(87)Sr/~(86)Sr)_i、正ε_(Nd)(t)同位素特征暗示它主要来源于软流圈。与第三纪碱性玄武岩相比,晚白垩大屯拉斑玄武岩具有相对偏高的Ni、Cr和Sc,高Ba/Th、Rb/Nb、Ba/Nb比值,高(~(87)Sr/~(86)Sr)_i和低(~(143)Nd/~(144)Nd)_i。这些特征可能与软流圈熔体与古老富集地幔之间的相互反应有关。伊通-大屯玄武岩的演化特征反映了岩石圈在板内岩浆作用中所担当的不同角色:第三纪时,岩石圈并没有在物质上直接参与岩浆作用,但岩石圈对上涌软流圈起到了机械阻挡作用;而在晚白垩岩浆作用中,岩石圈的间接和直接作用都得到了体现。     

岩石圈中的地压梯度

岩石圈中的地压梯度是一个极为重要的参数 ,直接影响着各种地质作用的解释。与地温梯度一样 ,岩石圈中的地压梯度在空间和时间上也应是复杂多变的。文中通过热压系数建立岩石圈中的地温梯度与地压梯度之间的关系式 ,以此为基础 ,研究受地温梯度的影响岩石圈中的地压梯度的变化规律 ,得到的初步认识是 :岩石圈中的地压梯度是非线性的 ,静岩压力梯度是岩石圈中地压梯度的最小值 ,受地温梯度的影响岩石圈中地压梯度明显增加 ,可达到静岩压力梯度的 2倍以上。     

地震压力系数预测在深层天然气勘探中的应用

地层孔隙压力是油气层能量的反映,是油气在储层流动的动力,准确预测地层压力对油气勘探开发尤其是深层天然气有着十分重要的意义。针对歧口凹陷异常超压发育普遍,但空间分布规律井网无法预测的问题,利用地震资料结合测井、地质信息进行压力系数预测,主要分为3个步骤:(1)从多井泥岩段测井曲线出发,利用多项式拟合出正常压实层速度;(2)结合本地区地质认识建立地质框架并进行井约束地震反演,获取准确层速度体;(3)利用衍生Fillippone法计算地层的压力系数。歧北斜坡的滚动勘探证实,压力系数预测结果具有误差小、准确度高的特点,为深层天然气勘探提供有力依据。     

华东煤质变化规律及其所受的变质作用

煤的现有成份和性质主要是由三个因素决定的:(1) 煤的原始物质的原有成份及性质;(2)煤的原始母体物质的生物化学变化;(3)变质作用。现代一般学者认为变质作用具有最重要的意义,变质作用的主要因素是温度和压力,其中主要是温度的作用。变质作用中有三种变质,即是:接触变质、动力变质和区域变质。目前有的学者认为中国煤的变质     

岩石圈向西漂移：旋转拖拽？

岩石圈相对于下伏地幔向西净旋转尚属有争议的现象。首先归因于潮汐的影响,其次是由于地幔对流产生的动力作用所致。尽管对于地壳的向西构造漂移已引起若干地质、地球物理的争议,但这一现象仍很少有人问津。这种差异旋转由以下3种作用引起:(1)岩石圈上的潮汐扭转力产生一种向西的扭动力,使地球自旋速度降低;(2)致密物质向地幔和地核下沉,使惯性减小,地球旋转加速,这仅部分地平衡潮汐的拖拽力;(3)软流圈内有一薄层(3~30km)黏性极低的水道,剪切生热和机械疲劳使其中的1、2条水道长年存在,在岩石圈内形成拆离带。(摘译自《美国地质学会通报》20…     

PRESSURE GRADIENT FROM THE CONTRIBUTION OF BOTH GEOTHERMAL AND GRAVITY IN THE LITHOSPHERE

1 Introduction The pressure, a scalar quantity, is defined as P = F/S (F is force, S is the area for F) which can be widely used for both solid and fluid. The formula P = g ρh (g-gravitation acceleration,ρ-density, h-depth) is only used for even density static solid and fluid. The delivery of pressure in the fluid follows the law of Pascal, and the average pressure of uneven density fluid can be calculated with the formula of P = g ρh. The temperature influence on pressure is notHU Ba…     

热液矿床水相变控矿理论初探

在综合水物理化学性质、热液矿床、溶解度实验研究等资料的基础上,曾提出热液矿床水相变控矿理论框架.在此进一步完善该理论:①当水发生相变时可引起热容、水中矿质溶解度、压缩系数、膨胀系数等物理化学性质突变,特别是在临界点处二级相变时还出现"临界奇异性"、部分参数趋于无穷大,与水在非相变区物理化学性质的小幅度渐变区剐明显,必将...     

二连盆地白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷岩石热导率测试与分析

岩石热导率是地热理论和应用研究中十分重要的参数,对于地热资源评估、大地热流分析、深部热状态及岩石圈热结构等相关研究提供了基础数据支撑。本文从二连盆地白音查干凹陷和乌利亚斯太凹陷采集了98块基本覆盖白垩系各地层的钻井岩芯样品,在实验室条件下对它们进行了岩石热导率测试,并收集了前人对31个样品的测试结果,进而结合孔隙度、钻孔实测温度和深度数据,对实验室条件下的测试数据进行了饱水校正和温压校正。测试样品包括泥岩、砂岩、砾岩、片岩和玄武岩,孔隙度在2%~20%之间,采样深度在117.8~3159.5m范围内,对应的温度和压力范围分别为13.5~118.6℃、2.89~77.41MPa。实测结果表明5种不同岩性岩石样品的热导率变化范围为0.89~4.91W/(m·K)。经过饱水和温压校正后,泥岩、砂岩、砾岩、页岩和玄武岩的平均热导率分别为2.08±0.36W/(m·K)、2.28±0.50W/(m·K)、2.53±0.44W/(m·K)、4.16±0.76W/(m·K)、1.33±0.09W/(m·K)。5种岩性中片岩平均热导率值最大,玄武岩平均热导率值最小,沉积岩介于两者之间,总体上具有随深度增大而增加的趋势。饱水、温度和压力校正后的热导率比干样热导率高。结合研究区内各个地层砂岩和泥岩所占比计算得到白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷白垩系地层热导率分别为2.00W/(m·K)和2.17W/(m·K)。结合钻孔测温数据,计算得到二连盆地大地热流值介于74~85mW/m^2,明显高于中国大陆地区平均热流值61.5mW/m^2。本文的研究成果对二连盆地以及华北北缘的地热资源,深部热状态和岩石圈结构都有意义。     

大陆碰撞造山带复合叠加型岩石圈热结构——以云南三江地区为例

在获得云南一批大地热流、岩石放射性生热率数据的基础上,结合研究区地质—地球物理资料,提出并建立了云南三江地区大陆碰撞造山带复合叠加型岩石圈热结构模式。这一模式有助于了解云南三江地区三叠纪以来构造作用产生的深部热背景,从地热学角度探讨了区内岩浆岩、火山岩和变质岩的分布规律。     

Magnetic Structure of Continental Crust:Implications for Crustal Structure and Evolution

INTRODUCTIONSince 1970 s,systematical surveys of global geom agneticfield have been carried out via MAGSAT.They are used tointerpret magnetic anom alies together with high- precisionaerom agnetic anomalies near the surface,modern mathem ati-cal- physical methods and com puter technology.On one hand,regional magnetic anomalies of different wavelengths,com -bined with creative geological idea,are applied to the directinterpretation of the regional crustal structure(Ravat et al.,1995 ;Ark…     

The Thermal Structure of the Upper Mantle in Eastern China——Inferred from the Petrological Model

Cenozoic basalt in eastern China contains abundant ultramafic xenoliths which are specimens of pyrolitesreleased during basaltic magma eruption. A total of 405 P-T data of pyroxene in the ultramafic rocks have beencollected, which present a more precise pyroxene geotherm. The average geothermal gradient in the upper man-tle represented by the pyroxene geotherm is about 3.3℃ / km, which is much less than that derived from theconductive thermal model (≈14℃ / km), implying the great significance of convective heat transfer. The calcu-lation shows that the contributions of convective and conductive heat transfers are 79% and 21%, respectively.The perturbation in the thermal structure of the upper mantle is an important manifestation of thetectonothermal event of Cenozoic continental rifting and intense basaltic volcanism in eastern China. Based onthe pyroxene geotherm and its comparison with the current geothermal field derived from the measurements ofthe surface heat flows, it is suggested that the Moho may be a secondary thermal boundary. The currentgeothermal field and the thermal structure of the lithosphere in eastern China may mainly reflect the result ofthe tectonothermal disturbance in the Neogene-Quaternary, in other words, the lithosphere has just begun toCool.     

河北武城凸起地热田地热地质特征

在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m³/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m³/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,¹⁴C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×10¹⁰ GJ,折合标煤16.6×10⁸ t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×10⁸ m²,市场开发潜力巨大。     

注入时间和静水压力对孔隙热储层中Cl-运移影响

迄今为止,注入时间和静水压力对溶质在深层承压地热水中的运移规律影响研究少有报道。通过模拟35℃的低温地热环境,开展了注入时间1,2,3,4,5 h以及静水压力0,6,9 MPa条件下Cl^-的运移柱模拟试验。采用CXTFIT 2.1软件进行数值模拟,探讨了孔隙型热储砂土中Cl^-的运移规律和影响因素。结果表明：在模拟的低温孔隙型热储层中,不同注入时间和静水压力下,Cl^-的运移曲线均呈正态对称分布,一维对流弥散(CDE)模型也可较好地表征其穿透曲线,因此溶质扩散过程符合菲克定律。注入时间的不同,会引起Cl^-的穿透曲线、运移参数发生变化,这与不同注入时间条件下溶质注入总量、柱内溶质浓度差以及分子扩散能力不同有关。在不同静水压力条件下,弥散系数从0 MPa的25.22 cm²/h增加到9MPa的36.13 cm²/h,分子扩散系数、机械弥散系数以及弥散度也随之增大,因此溶质的弥散作用随静水压力的增大而增强。研究结果对于丰富地下水的溶质运移理论具有重要意义。     

Evolution of the lithosphere of the Hawaiian-Emperor seamount chain, Pacific Ocean, as inferred from geophysical data

The analysis of geological and geophysical data on the Hawaiian-Emperor seamount chain indicates that the commonly assumed origin of its lithosphere is inconsistent with the geothermal model of the oceanic-bottom formation. To reveal the nature of the Hawaiian-Emperor Ridge, the main tectonic units of the North Pacific were thoroughly analyzed and a map of geothermal data, magnetic anomalies, and bottom age in this region has been compiled. The subsidence rate of the lithosphere that was thermally rejuvenated by plume material after the passing of the Pacific plate over the Hawaiian hot spot was calculated with the aid of the bathymetric database for the World Ocean. The calculated parameters show that the lithosphere, which underwent thermal rejuvenation, subsides at a much lower rate than it spreads. The obtained empirical equation describes the abrupt uplifting and further subsidence of the oceanic floor during the passing of the Pacific Plate over the Hawaiian plume. The heat flow calculated in line with the thermophysical model of the thermally rejuvenated lithosphere is close to the heat flow measured at the surface of the Hawaiian-Emperor Seamounts. Thus, the proposed model is realistic. Paleogeodynamic reconstructions of the thermal regime during the formation of the Hawaiian-Emperor seamount chain were made in absolute coordinate system for the period 90–20 Ma on the basis of geological and geophysical data and the calculated distribution of bottom ages in the North Pacific.