下地壳基性麻粒岩流变强度实验研究

镁铁质基性麻粒岩被认为可能是大陆下地壳的主要组成岩石[1,2],涉及当前地球动力学研究中地壳变形和高原隆升,壳幔边界的力学耦合与拆离,底侵和拆沉作用等一系列地球动力学问题阳[3,4],具有重要的地球动力学意义.大陆下地壳的流变学性质是我们深入认识这些地球深部过程的关键点之一.     

鲁东官山榴辉岩与围岩接触关系的新发现及其对年代学的启示

鲁东官山榴辉岩呈透镜状包于变质含霓石碱性花岗岩中,榴辉岩的片麻理与主岩片麻理总体呈交切关系,局部可见变质含霓石碱性花岗岩呈细小岩枝状脉贯入榴辉岩中。变质含霓石碱性花岗岩锆石U-Pb法下交点年龄为231±25 Ma,上交点年龄为818±66 Ma。发现了闪长玢岩脉斜切式侵入榴辉岩及变质含霓石碱性花岗岩的接触关系,且闪长玢岩脉中有榴辉岩捕虏体,这种现象指示:闪长玢岩侵位时榴辉岩已折返至地壳较浅部位。研究表明,榴辉岩与变质含霓石碱性花岗岩共同经历了新元古代的超高压变质作用,但变质作用发生时含霓石碱性花岗岩可能处于熔融状态,榴辉岩是其中的固相包体。     

大别-苏鲁榴辉岩和石榴辉石岩中矿物Ce异常: 对氧化环境下形成沉积物深俯冲作用的示踪

准分子激光ICP-MS矿物原位微区分析发现, 来自大别-苏鲁超高压变质带典型地区(双河、毛屋、碧溪岭及仰口)的榴辉岩和石榴辉石岩中石榴石Ce异常从正到负高度变化. 绿辉石或单斜辉石也表现出类似的Ce异常特征, 但变化幅度小于石榴石. 这种Ce异常高度变化的现象仅见于氧化条件下形成的强烈风化剖面中. 因此, 这一结果表明大别-苏鲁榴辉岩和石榴辉石岩中存在氧化条件下形成的风化沉积物, 这些陆壳物质的深俯冲对地幔的改造和物质再循环可能具有重要意义.     

喜马拉雅造山带地壳深熔作用: 来自聂拉木群混合岩的地球化学和年代学证据

高喜马拉雅结晶岩系中存在的混合岩化现象是地壳深熔作用的结果. 广泛发育于高喜马拉雅结晶岩系中的混合岩(称为高喜马拉雅混合岩)为研究地壳深熔过程及其与喜马拉雅淡色花岗岩(简称为淡色花岗岩)的成因联系, 为探讨地壳深熔在碰撞造山后地壳演化中的作用提供了重要的线索. 目前对于混合岩与淡色花岗岩的形成是否存在成因关联, 混合岩与深部断裂构造的形成和发展之间的关系问题, 在认识上存在分歧. 缺乏该混合岩形成的直接年代学资料是产生分歧的重要原因之一. 对高喜马拉雅结晶岩系中的混合岩的3个基本组成单元——中色体、浅色体和暗色体进行了详细的地球化学研究; 对其中的浅色体进行了K-Ar年代学研究. 结果表明Ⅰ-类浅色体的形成年龄约为23 Ma. 该年龄与喜马拉雅主中央断层开始活动的时代一致或略早于其形成时代, 显示地壳深熔在主中央断层的形成中可能起着关键的作用. Ⅱ-类浅色体的形成年龄与淡色花岗岩的形成时代一致, 从年代学上为淡色花岗岩与混合岩中浅色体的成因联系提供了新的约束. 本次研究在聂拉木地区获得了6.23 Ma浅色体形成年龄, 这是目前在高喜马拉雅中段获得的最年轻的淡色花岗岩岩浆活动的证据.     

山东莒南-日照地区榴辉岩与围岩的接触关系及其地质意义

对山东莒南日照地区榴辉岩与不同围岩的接触关系进行研究发现：包裹榴辉岩的斜长角闪岩有窄的细粒边；榴辉岩在变质地层及超镁铁岩中呈夹层状产出，与超镁铁岩相伴产出的榴辉岩有角闪石化边；变质含霓石花岗岩及闪长玢岩侵入榴辉岩。认为榴辉岩是“就地的”．其原岩类型较复杂。其形成时代可能为新元古代。     

磁化率和密度对中国大陆科学钻探主孔100～2000 m岩石类型的判别

为查明磁化率和密度对于中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔100~2000m岩性的响应和判别特征,利用SPSS10.0统计分析软件进行了判别分析.研究结果显示,岩石的密度和体积磁化率主要受岩性的控制.采用迫入法建立全模型,对CCSD主孔100~2000m井段岩心的岩性判别率达84.8%.其中,蛇纹石化橄榄岩、正片麻岩、副片麻岩、榴辉岩、角闪岩和退变质榴辉岩的判别率分别为100%、87.1%、89.7%、89.6%、96.7%和63.7%.该研究表明,密度和磁化率可以为超高压变质岩石的岩性鉴别和区分提供定量约束,有利于地球物理探测成果和测井资料的准确解析.同时,本文也是SPSS统计分析软件在超高压变质岩石类型判别方面的一个应用实例,对于其他岩石类型的判别分析具有借鉴意义.     

Piston-Cylinder高温高压实验装置及在壳幔动力学研究中的应用

介绍了目前在国际壳幔作用及动力学研究中普遍使用的Piston-Cylinder高温高压实验技术的主要工作原理、结构、样品装置设计及主要技术指标.通过分析Piston-Cylinder高温高压实验技术在大洋和大陆板块俯冲深部过程的流体活动、基性岩石部分熔融作用、岩浆活动机制及约束条件等壳幔相互作用研究中的应用实例,认为引进该项实验技术对于我国科技工作者开展高温高压条件下壳幔动力学研究以及缩短我国实验岩石学技术手段与国际间的差距具有重要意义.     

大洋深俯冲带流变性质及其地球动力学意义

在压力3 GPa, 温度1450～1600 K, 应变速率10-4～10-5 s-1条件下, 对深俯冲带和上地幔中两种重要岩石(榴辉岩和方辉橄榄岩)的流变性质进行了实验研究, 获得了榴辉岩在超高压条件下的流变参数, 应力指数为3.4, 活化能为480 kJ/mol, 活化体积为12 cm3/mol. 实验结果表明具有中等石榴石含量榴辉岩的流变强度与方辉橄榄岩的流变强度在上地幔浅部条件下基本相当, 是多晶绿辉石岩强度的2～3倍和多晶石榴石岩强度的一半. 随榴辉岩中石榴石含量的逐步增加, 岩石的整体流变强度也不断增大. 在实验研究基础上, 计算了不同板块汇聚速率条件下深俯冲大洋岩石圈在不同深度层次上的流变强度, 以及橄榄岩和榴辉岩上地幔流变强度随深度的变化. 研究表明, 俯冲洋壳从下覆的上地幔拆离出来最有可能发生在缓慢俯冲的热俯冲带中; 而快速俯冲的冷俯冲带, 俯冲地壳与上地幔之间在强度上是耦合的, 发生拆离的可能性不大. 过渡带是上地幔中除岩石圈地幔外的高强度和高黏度层.     

大别超高压岩石中石英的组构和变形

通过对大别地区不同超高压岩石和同一超高压岩石中不同变形期次石英的变形特征的研究 ,探讨超高压岩石折返时的流变学特征和状态。运用野外构造解析、组构分析、透射电镜和应变分析发现 ,除榴辉岩中静态重结晶石英外 ,其它超高压岩石中石英均发生了强烈的塑性变形 ,波状消光、变形纹、变形条带等极为常见。石英石榴岩中石英交叉滑移位错的发育 ,说明经历了高温位错蠕变 ,其代表的差异应力为Δσ =78.92MPa。石英脉的变形是超高压岩石折返到中地壳以后的角闪岩相退变峰期产物 ,其差异应力为Δσ =2 5 .2MPa。超高压二云母片岩中石英典型的糜棱结构代表的差异应力为 :Δσ =5 9.6 1MPa。大别超高压岩石可能是在构造应力比较低的情况下区域隆升的结果     

变形组构引起的超高压榴辉岩地震波速各向异性

超高压榴辉岩通常显示了强塑性变形和地震各向异性特征. 对实验和天然变形超高压榴辉岩中主要矿物的地震波速性质及其变形晶格优选方位(CPO)与榴辉岩地震波速和各向异性之间的成因关系研究结果表明: (1) 除石榴石表现为近地震波速各向同性外, 榴辉岩中其他矿物都具有强地震各向异性(AV_p = 23.0%~40.9%, Max. AV_s = 18.5%~47.1%), 是造成榴辉岩地震各向异性的主要来源矿物, 石榴石和金红石的平均地震波速相对较高, 绿辉石和柯石英中等, 石英最小; (2) 变形榴辉岩最大纵波波速(8.33~8.75 km/s)方向近平行变形线理或面理, 最小纵波波速(8.25~8.62 km/s)近垂直线理或面理, 纵波波速各向异性1.0%~1.7%, 平均横波波速4.93~4.97 km/s, 其各向异性在同时与线理和面理成近45°方位接近最大(0.73%~1.78%), 在面理面上接近垂直线理方位达到最小, 横波快波极化取向近平行面理. 超高压峰值变质条件(3~5 GPa, 900~1100℃)下榴辉岩地震纵波和横波波速预计比常温常压下分别高出3.4%~7.2%和6.3%~12.1%; (3) 绿辉石矿物组分主导了榴辉岩各向异性基本特征, 而石榴石矿物组分则起到了降低榴辉岩各向异性程度和增加地震波速的作用, 石英矿物组分对榴辉岩地震各向异性影响不大但可以一定程度上降低榴辉岩的地震波速, 金红石矿物组分的作用基本可以忽略; (4) 榴辉岩地震波速在纯石榴石岩中最大但各向异性接近于零, 随绿辉石含量的增加, 地震波速逐步降低, 各向异性逐步升高, 纯绿辉石岩比纯石榴石岩地震波速低6%~8%, 而各向异性则达到3%~4%. 根据榴辉岩组成矿物的单晶弹性性质和变形CPO计算的榴辉岩地震物性与前人实测结果基本相当. 研究成果获得了超高压变形榴辉岩的三维地震物性资料和相关的矿物物理成因解释.