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。     

含矿辉长岩液态不混溶作用实验研究

利用高温高压多功能三轴实验装置对四川省攀枝花辉长岩进行了部分熔融实验研究, 实验的围压为450~500MPa, 温度区间为900~1200℃. 实验产物的透射电镜研究表明, 辉长岩部分熔融的初始熔体主要分布在不同矿物的颗粒边界和三联点, 熔体存在明显的不混溶的现象, 两相熔体的成分亦具有明显差异, 基质相富Si, Al, K,贫Mg, Fe, Ca, Na, Ti, 而球体相则恰好相反. 辉长岩的部分熔融产生的熔体各相的自由能值计算表明, 本区辉长岩岩浆不混溶是有其热力学内在原因的, 不混溶作用符合熔体体系向自由能降低方向发展的要求. 野外观察亦证明攀枝花钒钛磁铁矿的含矿岩浆发生过岩浆不混溶作用.为攀枝花钒钛磁铁矿的成矿机制提供了实验依据.     

熔体形态学及其对岩石物理和力学性质的影响

简要回顾了熔体形态学的研究方法,并分别从熔体分数和熔体分布形态两个方面,综合前人在熔体对岩石物理和力学性质的影响领域的主要研究成果,认为在部分熔融初期,熔体分数小,熔体主要分布于孤立的熔体囊内,对岩石的电学性质和力学性质影响不大,但是,对岩石的弹性波波速影响却很明显;随着熔体分数的增大,孤立的熔体囊逐渐连通形成熔体管道网络,岩石的电学性质发生显著变化;当熔体分数增至某一临界数值时,岩石体系结构改变,岩石的力学性质发生突变.     

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.     

华南东部地幔过渡带顶部低速层中的熔体含量估算

地幔过渡带顶部低速层的成因及性质研究,对于认识地球内部物质运移及地幔对流过程等具有非常重要的动力学意义.最新的地震学研究显示,华南陆块东部地幔过渡带顶部的低速层存在着明显的区域性差异.一般认为,该低速层的形成与脱水引起的部分熔融有关.本文利用部分熔融体系的平衡几何模型,重点分析了熔体成分、位温、二面角和玄武质含量等因素对熔体含量的影响,并结合该低速层的分布特征,估算出研究区的南北两个子区域地幔过渡顶部熔体含量分别为~1.18 vol.%和~2.02 vol.%.这一熔体含量的显著差异可能与太平洋板片多期次俯冲作用的叠加有关.     

2.0 GPa块状斜长角闪岩部分熔融

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.     

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.     

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.     

辉长岩在冲击加载下的相变及物态方程

岩石相变关系对限定地球内部物质成分和动力学关系有着重要意义.利用光探针在14~39 GPa压力区间对热压烧结的辉长岩样品进行了冲击波加载实验.从16 GPa开始,D-u线斜率发生明显变化,说明样品内发生了相变.利用原始的Hugoniot曲线结合地震波状态方程（Seismic Equation of State）得到了Birch-Murnaghan型的等熵压缩线和相变能.结合前人的实验结果,得到了辉长岩的Grü neisen参数γ0,约为2.3.计算得到相变后的矿物集合体在零压下的密度为3.41 g·cm-3.根据以上参数分析得出,在此压力段辉长岩相变主要由长石的分解反应和石英的高压相变控制.     

多种驱动力作用下东亚大陆形变及应力场演化

将印度板块持续地向北推进、下伏地幔小尺度对流对增厚大陆岩石层的搬离作用以及剥蚀作用视为形成现今东亚大陆形变和应力场格局的主驱动力。在一梯形区域内,利用数值模拟的方法,研究了东亚大陆在不同的边界条件、不同的剥蚀率系数及不同的岩石力学参数条件下的形变及应力场格局。与现代空间大地测量技术 CGPS)以及利用地震观测得到的结果进行了对比。结果表明,本文模型预测的结果与上述的观测结果有较好的吻合,其西部地区比东部吻合得更好。说明控制东亚大陆西部形变和应力场基本格局的主驱动力,来源于印度板块对欧亚板块的碰撞、挤压,而对东部地区还应当考虑其与太平洋板块和菲律宾板块的相互作用。与此同时,下伏地幔小尺度对流对增厚大陆岩石层的搬离作用以及风化剥蚀对应力场的演化过程也不可忽视。     

地壳不同深度温压条件下花岗岩变形破坏及声发射时序特征.

不同深度温压条件下的三轴压缩实验结果表明,花岗岩强度随深度持续增加直至30ｋｍ左右．在地壳浅表部位,岩石破坏表现为低压突发或准突发失稳,破坏前后有分布大体均匀的声发射（acoustic emission,以下简称AE）事件发生;向下进入以渐进式破坏为特征的深度范围时,破坏前基本没有或仅有很少的、随时间逐渐稀疏的AE分布,破坏后也仅有极少的AE被记录到;在更深的以高压准突发失稳为特征的深度范围,破坏前依然AE极少,但破坏后伴随不等周期粘滑应力降的产生而有较多的AE被记录到;在更高的温压条件下（约26ｋｍ）,破坏形式为高压突发失稳,破坏前即有逐渐密集、累积频次呈指数增加的AE活动;在35ｋｍ 深度附近,岩石强度急剧降低,样品表现为半延性、延性渐进式破坏,无AE记录．声发射b值随深度增加似有减小的趋势,并且b值在岩石破坏前略小于破坏后．声发射时间序列奇异性强度因子的数值分布范围在18ｋｍ 左右深度的温压条件下最宽,表明其标度类型最多,结构最为复杂、无序;在浅部及更深部位的温压条件下均变窄．因而,当温压条件模拟真实的地壳深度向下改变时,微破裂时间序列奇异性强度因子的分布范围可能会经历由窄变宽、再由宽变窄的变化过程．     

含障碍体平直断层标本变形过程中群体微破裂事件的时空演化特征

设计了含圆柱形障碍体的平直断层物理模型，在概念上可模 拟断层面上与地震孕育相关的障碍体等强固区域. 开展了中等尺度岩石标本的双轴压缩实验 ，研究标本在变形过程中群体微破裂事件的时空演化. 结果表明：(1)由于标本预置断层两 盘与障碍体之间、以及断层两盘彼此之间复杂的相互作用，使得交替活动成为含障碍体平直 断层标本变形过程中最为显著的特征； (2)含障碍体平直断层标本能够发生动力学失稳的前 提条件是障碍体在外加载荷作用下首先发生破坏，微破裂群体在障碍体破坏前后显示不同的 时空演化特征；(3)含障碍体平直断层标本失稳前的总变形量较大，弹性变形阶段微破裂累 积频次呈指数增长. 而在其后的位移弱化阶段，在障碍体及围绕障碍体的围岩区域内微破裂 事件稀少，突发失稳发生在相对平静的背景之上；(4)不同构造组合变形过程中的微破裂群 体具有明显不同的b值，b值与构造相关的区域性差异是明显的.     

双向压缩条件下非均匀断层标本变形过程中的声发射活动特征

在双向压缩条件下,研究了一种非均匀断层模型标本在变形过程中的声发射(AE)时空特征.结果表明,随侧向应力sigma;2的增大,断层破裂强度提高,自加载至破坏的时间延长,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.预制断层及其非均匀性对标本变形过程中AE空间分布图象起明显的控制作用.预制断层,特别是预制断层上的强度不均匀部位及高强度段落,控制着微破裂空间分布的总体格局.破裂局部化均起始于断层上强度不均匀部位,随侧向应力sigma;2的增大,微破裂密集区域从预制断层强度不均匀部位逐渐扩展到整个高强度区段.侧向应力sigma;2的大小对AE时序特征具有显著影响.较低sigma;2条件下,断层表现为突发失稳,失稳发生在微破裂活动ldquo;增强-平静rdquo;的背景之上;而较高sigma;2条件下,断层表现为渐进式破坏,破坏前后AE频次持续增加,AER呈指数增长.sigma;2对b值变化也具有一定影响.当断层破坏表现为突发失稳时,b值在弹性阶段后期至弱化阶段显示出ldquo;前兆rdquo;性降低;而当断层表现为渐进式破坏时,b值变化平稳.