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.     

华北岩石圈三维流变结构的一种初步模型

利用华北地区(105~124°E, 30~42°N)的地震P波速度资料和大地热流资料建立了华北岩石圈的三维波速分布及温度分布. 考虑了摩擦滑动、脆性破裂及蠕变三 种主要的流变机制在岩石圈中的作用. 计算了华北岩石圈流变强度及粘度的三维分布. 结果表明, 岩石圈的流变强度和粘度有着明显的分层特征. 在应变率为 的情况下, 上地壳上部为脆性区, 下部有可能是以蠕变为主的延性区; 中地壳可以是以脆性破裂为主的脆性区, 也可以是上层以脆性破裂为主而大部分是以蠕变为主的延性区; 而下地壳几乎均是以蠕变为主的延性区; 壳下岩石圈上部是以脆性破裂为主或以蠕变为主的高强度区. 同时可以看出, 流变强度在水平方向上有很大的不同, 与大地构造有着明显的联系. 讨论了岩石圈波速结构, 温度分布对流变结构的影响, 并对改进岩石圈流变结构的研究提出了建议.     

水对下地壳基性岩脆塑性转化影响的实验研究

研究表明 ,干的基性下地壳处于半脆性摩擦与半脆性流变的过渡状态 ,因此 ,文中采用多种基性岩样品进行了干的和含水基性岩的脆塑性转化实验 ,以深入理解大陆下地壳的力学性质。实验围压 4 5 0～ 5 0 0MPa ,应变速率 1× 1 0 - 4s- 1。实验结果表明 ,济南辉长岩 (样品C)、延庆辉绿岩 (样品D)和含水辉绿岩从 30 0℃到 90 0℃经历了脆性破裂、碎裂流动、半脆性流动和塑性流动几个变形域 ,而细粒攀枝花辉长岩 (样品A)和中细粒攀枝花辉长岩 (样品B)从 70 0℃到 90 0℃经历了半脆性流动和塑性流动 2个变形域。干的辉长岩样品比干的辉绿岩样品发生脆延性转化的温度高 1 0 0℃ ;所有干的基性岩样品的脆塑性转化都发生在 70 0℃ ,但半脆性流动域变形微观结构有差别 ,辉绿岩中斜长石和辉石发生了细粒化 ,并存在强烈的定向 ,形成初糜棱岩结构 ,辉长岩样品的细粒化和定向特征不明显。干的基性岩在以位错滑移为主的高温塑性流变域的强度和微观结构基本相同。水对基性岩脆塑性转化的影响体现在岩石的强度和脆延性与脆塑性的转化温度两方面。在实验温度范围内 ,含水辉绿岩样品的强度远小于干的辉绿岩和辉长     

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.     

攀枝花辉长岩半脆性-塑性流变的实验研究

在固体介质三轴实验系统上对干的攀枝花细粒辉长岩进行了半脆性-塑性流变学实验研究. 实验 条件为: 温度700~1150℃, 围压450~500 MPa, 应变速率1×10^-4~3.1×10^-6 s^-1. 实验结果表明, 在700~ 800℃, 应力指数平均值n = 14.6, 激活能Q = 612±12 kJ/mol, 变形以机械双晶和位错滑移为主, 含微破裂, 为半脆性流变; 在900~950℃, 应力指数平均值n = 6.4, 激活能Q = 720±61 kJ/mol, 变形以机械双晶和位错滑移为主; 在1000~1150℃, 应力指数n = 4.1, 激活能Q = 699±55 kJ/mol, 变形以位错滑移、攀移为主. 本实验结果在微观结构、变形机制和流变参数等方面与已有的单斜辉石和辉绿岩流变实验结果接近.     

花岗岩非稳态流变实验

脆塑性转化带对于研究岩石圈变形、断层强度和变形机制以及强震的孕育和发生具有重要意义.文中采用汶川地震震源区彭灌杂岩中具有代表性的细粒花岗岩样品,在固体压力介质三轴实验系统上开展了高温高压非稳态流变实验研究.实验设计模拟了汶川地震区地壳10～30km深度的实际温度和压力,温度为190～490℃,压力为250～750MPa...     

不同温压条件下居庸关花岗岩脆塑性转化与失稳型式的实验研究

为研究花岗岩的脆塑性转化和失稳型式，在固体围压介质三轴实验系统上进行了3组高温高压实验，结果表明，温度小于300℃时花岗岩为脆性破裂，大于800℃时为塑性变形，在300-600℃，花岗岩为半脆性破裂和碎裂流动，在600-800℃，花岗岩为半脆性流动，花岗岩的渐进破坏发生在低压区域；突发失稳发生在室温高压（≥300MPa)和高温高压（550℃600MPa-650℃700MPa)两个区域；在突发失稳与渐进破坏区域之间存在大范围的准突发失稳区，在实验温压范围内，影响花岗岩脆塑性转化的首要因素是温度，其次是围压；而花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。     

高温高压条件下角闪岩脆-塑性转化实验研究

在高温高压条件下开展了天然角闪岩样品的变形实验研究,并且利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察,研究了在不同的温压和应变速率条件下角闪石的变形机制。实验结果表明,随着温度升高,样品的应力-应变曲线由强化逐渐转化为屈服,并且出现弱化,样品强度显著降低,随着围压增加,样品强度增大,随着应变速率降低,样品强度降低,压缩方向与样品面理斜交的实验样品强度显著降低。实验变形样品在500℃时,角闪石表现为晶内破裂和碎裂变形,其变形以脆性为主导;在600℃时,样品中发育由角闪石残斑和碎裂基质构成的碎裂组构,部分角闪石晶体出现了波状消光,角闪石以碎裂变形为主,局部具有塑性变形的特征;在700℃时,样品以晶体扭折变形为主,局部出现脱水和细粒微晶,并且含有微破裂,显示了样品以晶体扭折变形为主,含有微破裂,样品变形处于脆-塑性转换域;在800℃时,样品中基本没有发现明显的脆性变形,样品以动态重结晶作用为主,角闪石出现脱水。因此,在实验温压范围内,在500℃→600℃→700℃→800℃条件下,角闪石变形机制表现为脆性破裂→碎裂流动→晶体扭折→动态重结晶和脱水作用,显示了角闪石经历了脆性—脆-塑转化—塑性变形的变形机制。     

高温高压下辉长岩纵波速度和电导率实验研究

分别采用超声波透射-反射法和阻抗谱法在1～2 GPa, 室温到1100℃条件下测量了辉长岩的纵波速度(V_p)和电导率, 分析了影响辉长岩纵波速度的因素及其微观导电机制. 结果表明, 在800～850℃, 辉长岩的纵波速度开始大幅度下降, 波速下降受颗粒边界相、脱水熔融等因素的制约, 但在800～850℃, 辉长岩的电传导机制和电导率值却不会发生突变. 在680℃以下, 12～10⁵ Hz的频率范围内, 辉长岩阻抗谱上只出现代表颗粒内部传导机制的阻抗弧Ⅰ; 在680℃以上, 代表颗粒边缘传导机制的阻抗弧Ⅱ开始出现, 但岩石的总电导率由颗粒内部传导控制, 颗粒边缘传导对其影响很小. 实验测得的纵波速度与下地壳-上地幔平均V_p观测值一致, 电导率值与下地壳-上地幔辉长质岩石的组成相对应, 但与含有高导层的下地壳的大地电磁测量结果相差1～2个量级. 实验证实, 含水矿物脱水可诱发部分熔融, 通过这一机制可使地球内部的低速层和高导层具有一致性.     

高温高压条件下彭灌杂岩的强度对汶川地震发震机制的启示

采用汶川地震震源区彭灌杂岩中代表性细粒花岗岩样品,在固体围压介质三轴实验系统上开展了高温高压流变实验研究.实验的温度和压力条件按照龙门山断层带5~30 km深度对应的温度和压力（静岩压）设定.利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察.实验结果表明,实验样品在10~20 km深度都具有很高的强度,彭灌杂岩在该深度处于脆性破裂-脆塑性转化域,而在20~30 km实验样品强度显著降低,彭灌杂岩进入塑性流变域,这与流变结构中的极限强度很接近.以花岗岩为代表的彭灌杂岩的破裂强度决定了中上地壳的强度,在15~20 km深度不仅强度达到最大值,而且控制了断层不稳定滑动,具备地震成核条件.因此,把彭灌杂岩强度随深度变化规律与流变结构和滑动稳定性参数（a-b）结合起来得出,彭灌杂岩在15~20 km的高强度是汶川地震的孕育和发生的必要条件.     

冀东陆壳岩石在高温高压下波速的实验研究

实验选取了冀东陆壳的上、中、下地壳主要岩石类型在高温高压条件下进行了波速测定.实验的最高温度约为600℃,压力达到700MPa.在压力600MPa 条件下测定的上地壳黑云母变粒岩的V_p 为6.00—6.06km/s;中地壳黑云母片麻岩的V_p 为6.75为km/s,斜长角闪岩的V_p 为6.92km/s(?)下地壳麻粒岩的V_p 增加到7.28km/s.波速的变化主要依赖于陆壳的化学组成和变质程度.冀东的上、中地壳化学组成比较接近,相当于中酸性,但变质相分属于绿片岩相和角闪岩相,它们在V_p 上的差异主要与岩石的变质程度有关.下地壳为中性(?)基性成分属麻粒岩相,V_p 的增大,特别是其下部的高V_p(7.5—7.6km/s),既依赖于变质程度,又依赖于化学组成.波速测定的实验支持了我们1988年提出的该区陆壳结构的岩石学模型.     

大陆岩石圈流变与地震波速各向异性

岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破.     

冀北地壳深部岩石波速 V_p 的初步研究

在高温高压实验条件下,对岩石超声脉冲传输测速的研究,在国内外已经做了很多工作,资料甚丰。目前,Kern H(1982)和Lebedev E B(1990)等的实验温度达到了700℃和800℃,Mueller H J等(1988)已达到了1000℃,但总的数据不多。笔者改进了实验方法,实验温度达800℃以上,最高达到1040℃,模拟壳幔的温度条件更接近实际,通过实验作者获得了一批具有新的特征的波速数据,对中、下     

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(Fe~(2+)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.     

岩石临破裂前波速变化特征的实验研究

为了提高波速的测量精度以便能观测到岩石临破裂前波速的微小变化,采用了波形的数值化,波的叠加,波的互相关和DTE(Subsample delay time estimate)方法和cosine插值,使时间分辨率提高到0.001 μs,波速分辨率达到1 m/s.在较小的应力增量(0.17 MPa)下测量了波的延迟时间,进而得到速度随应力的变化规律.实验结果显示在0.98破裂强度时岩石波速最大,然后下降直到破裂,此期间的波速下降量约30m/s.同时对临破裂前波的主频能量进行了计算,其变化规律与波速相同,认为破裂前的有关变化与岩石膨胀有关.最后用涨落模型讨论了延迟时间的方差变化.     

深部地壳镁铁质岩石波速的研究

镁铁质、超镁铁质岩石波速实验测量在高压700-800MPa、高温800-1100℃下进行．波速-温度曲线的斜率以温度系数dVp／dT表示，大体在700℃以内，8个标本的温度系数平均为-1．86×10-4km·S^-1／℃，比资料值小得多，即在此温度范围内，波速随温度的降幅不大．在这一温度限以上，大多岩石开始脱水出溶，相组合发生变化，同时波速大幅度下降．曲线发生转折的机制是岩石中液相的产生．角闪岩波速曲线斜率也从700℃开始发生改变，950℃后速度直线下降，到1008℃时，岩石中液量达30％，波速Vp值下降到487km／s．最后，依岩类不同以及岩石出溶和相变对波速的影响划分出5个速度-温度区，讨论了华北断块内构造隆起区和沉降区下地壳可能存在的岩石及其状态．     

组构对花岗片麻岩高温流变影响的实验研究

深部岩石先存的变形组构对流变特性影响的实验研究是新的研究热点之一,然而目前相关的实验研究非常有限.本文利用3 GPa固体介质熔融盐三轴高温高压容器,选择华北克拉通北部辽东拆离断层带中具有变形组构的花岗片麻岩样品,在温度600~840℃、围压800~1200 MPa、应变速率1×10^-4~2.5×10^-6/S条件下,对不同组构方向的样品(实验压缩方向分别垂直和平行花岗片麻岩的面理)开展高温高压流变实验.实验结果表明,在相同的应变速率和温度条件下,垂直面理的岩石强度比平行面理的岩石强度要高.两组实验样品在600~700℃时,应力指数平均值为6.5,为半脆性流变;在800~840℃时,应力指数平均值为2,垂直面理样品的激活能为Q=380 kJ/mol,平行面理样品的激活能为Q=246.4 kJ/mol,以塑性变形为主,局部存在黑云母和角闪石的脱水熔融.微观结构研究表明,垂直面理的样品,在变形过程中形成了新的变形条带,把原有的面理破坏改造;而平行面理的样品,在实验变形过程中新的变形带主体继承了原有组构.EBSD分析显示花岗片麻岩原岩中石英轴极密区位于Z轴附近,为底面滑移;压缩方向垂直面理的样品,石英组构轴极密区位于X轴附近,为柱面滑移;压缩方向平行面理的样品,石英组构轴极密区位于Z轴附近,伴有少量的Y轴极密,底面滑移和柱面滑移.这表明垂直面理的样品中石英变形改造比平行面理的样品更彻底,这与微观结构分析结果一致.显然实验样品的非均匀组构对样品强度和石英轴定向等具有显著影响,但对样品的脆塑性转化和塑性变形机制没有实质影响,这对理解地壳深部普遍存在的形态各向异性岩石流变具有重要参考价值.     

钾长石与斜长石变形机制的不同步性

本文通过总结天然变形钾长石和斜长石的变形机制研究成果,斜长石和花岗岩的脆塑性转化、钙长石集合体高温流变以及钠长石的实验变形研究成果.综合分析发现钾长石和斜长石变形机制具有温压条件的不同步性:在低于绿片岩相条件下两种长石均表现为脆性碎裂,相应的实验室变形条件为850℃;在绿片岩相条件下,钾长石以碎裂变形为主,斜长石以晶内塑性变形为主,对应实验室变形温度约为900~950℃;在角闪岩相温压条件下,斜长石以动态重结晶为主,而钾长石表现为塑性变形为主,同时发生出溶,该变形特征在实验室条件下的变形温度需要1000℃.影响斜长石流变性质的主要因素为粒度和结构水含量,粒度的减小将引起变形机制从位错蠕变向扩散蠕变转化,结构水含量增加导致激活能减小.结构水(羟基)和动态重结晶的细粒化均对长石的流变起到明显的弱化作用.     

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     

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.