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《中国科学:地球科学》2016,(2)
华北克拉通北缘的承德高寺台基性一超基性环状杂岩体是一受岩石圈断裂控制的早二叠世堆晶杂岩.在对高寺台纯橄岩中铬铁矿的熔融包裹体研究中,发现了黄长石、石榴石、金云母、菱镁矿和磷灰石等熔融包裹体矿物.黄长石+黑榴石+单斜辉石的矿物组合反映其母岩浆为富碱、硅不饱和的原始幔源熔体.金云母、菱镁矿和磷灰石的结晶表明其原始母岩浆具有高K、含H_2O和CO_2的特征.与实验岩石学数据的对比表明高寺台岩体原始母岩浆形成于高于2.7 GPa压力下,含H_2O和CO_2的富集地幔的部分熔融.其形成过程与大陆岩石圈逐渐的伸展减薄有关.高寺台原始岩浆具有高的Nb/La比,显示类似OIB特征,作为岩浆来源的重要证据,表明早二叠世的华北克拉通北缘不属于古亚洲洋俯冲的大陆边缘造山带,此时的华北克拉通北缘处于伸展的构造环境中. 相似文献
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地震P波速度成像显示,西太平洋俯冲板片滞留在地幔过渡带,在中国东部形成"大地幔楔"结构.中国东部大陆玄武岩的Mg同位素调查揭示了该俯冲滞留板片携带大量碳酸盐交代地幔过渡带上覆的对流地幔,形成了碳酸盐化橄榄岩,它是中国东部晚白垩世和新生代大陆强碱性玄武岩的源岩.该玄武岩的Mg-Sr同位素组成与年龄关系显示自106Ma以来,该地幔源区的碳酸盐种属为菱镁矿+少量白云石,发生初熔的深度为300~360km.因此,该地幔源区的碳酸盐化交代作用应发生在大于360km的深度,即在106Ma以前俯冲板片已经开始滞留地幔过渡带,形成了大地幔楔结构.这一时代支持大地幔楔的俯冲板片后撤形成机制.根据高温高压实验结果,碳酸盐化橄榄岩熔融产生的含碳酸盐硅酸盐熔体在到达至华北克拉通初步减薄的岩石圈底部(180~120km)时仍可以有高达25~18wt%的CO_2含量,其SiO_2和含量及类似于强碱性的霞石岩和碧玄岩,并具有较高的εNd值(2~6).该熔体向上渗透并交代底部岩石圈地幔可形成碳酸盐化橄榄岩.由于克拉通地热增温线与碳酸盐化橄榄岩固相线相交于130km深度,则华北克拉通岩石圈底部的碳酸盐橄榄岩将发生部分熔融导致其物理性质类似软流圈且较容易被对流上地幔置换.其新生成的碳酸盐-硅酸盐熔体又可以向上渗透交代上覆的岩石圈地幔.如此重复这一碳酸盐化交代-熔融过程,可以使岩石圈减薄,而碳酸盐-硅酸盐熔体也转变呈较富硅和具有较低εNd值(低至-2)的碱性玄武岩.随着华北克拉通岩石圈的减薄,其地热增温线逐步向大洋岩石圈靠近,岩石圈碳酸盐化橄榄岩的初熔深度可小于130km和逐步接近70km.因此,富碳酸盐熔体与岩石圈相互作用是华北克拉通岩石圈减薄过程在晚白垩世和新生代的一种可能机制.据中国东部低玄武岩的年龄统计,106~25Ma区间岩石圈的碳酸盐化交代-熔融引发的减薄过程仅零星存在,而在25Ma以后才大规模发生.因此,华北克拉通岩石圈的减薄可能存在两个峰期:与克拉通破坏峰期(135~115Ma)同时发生的岩石圈减薄,和25Ma以后由富碳酸盐硅酸盐熔体与岩石圈相互作用引发的岩石圈进一步减薄,它使得华北克拉通东部岩石圈减薄至现今的约70km左右. 相似文献
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为进一步探讨上地幔的高导层成因,了解碳酸盐在上地幔电性方面的作用并估算上地幔高导层的碳酸盐含量,本文对不同碳酸盐含量的橄榄岩及玄武岩样品在2~3 GPa、300~1300℃的条件下进行了电性实验研究.研究初步发现:碳酸盐熔体显著增强橄榄岩、玄武岩样品的导电能力;单纯用含硅酸盐熔体的橄榄岩或单纯用含水橄榄岩可能难以解释上地幔某些区域的异常高导现象;同样,单纯用碳酸盐化的橄榄岩可能也难以解释上地幔某些区域的高导现象;上地幔的高导区很可能是碳酸盐熔体、硅酸盐熔体及水的共存区域. 相似文献
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华北古生代地幔岩捕掳体中石榴石和巨晶石榴石的主、微量元素 总被引：1，自引：0，他引：1
山东蒙阴和辽宁复县古生代金伯利岩中产有众多的地慢岩捕掳体（橄榄岩、榴辉岩）和巨晶矿物．通过对这些捕掳体中石榴石以及石榴石巨晶的电子探针、离子探针微区分析及有关模拟计算,发现这些石榴石在捕获前都受到过金伯利岩质的硅酸盐岩浆不同程度的交代改造．其中辽宁复县榴辉岩型石榴石受地慢交代作用的影响很小,反映原亏损地幔石榴石的组成．相反,山东蒙阴橄榄岩中的石榴石和所有石榴石巨晶则受到了交代流体的彻底改造,并与流体相达到完全的平衡,因此反映的是富集地幔的特征,据此可推测中国华北克拉通下古老的岩石圈地幔在古生代金伯利岩岩浆喷出之前已受到过相当强烈的交代作用的改造。 相似文献
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为了探讨地幔岩模型和苦橄质榴辉岩模型在上地幔存在的合理性,建立上地幔的电性结构,本文利用YJ-3000t紧装式六面顶压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1.0~4.0GPa、700~1150℃的条件下,采用交流阻抗谱法(频率范围10-1~106 Hz)分别测量了地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率.实验结果表明:随着温度的升高,地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率大幅增加;随着压力的增大,地幔岩的电导率略有增加,活化体积ΔV为-4.73cm3·mol-1,而苦橄质榴辉岩的电导率几乎没有变化,活化体积ΔV为-0.11cm3·mol-1;在电性方面,用苦橄质榴辉岩来表示深部的物质较为合理,地幔岩解释浅部可能更恰当,但浅部物质的分布不均匀,电导率随深度的变化主要受控于温度的影响,其次才是成分. 相似文献
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华北克拉通在中生代发生了岩石圈减薄,古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生岩石圈地幔所取代.与此同时,华北克拉通发生了破坏,以大规模早白垩世岩浆作用为标志.尽管对这个现象有了共识,但是对华北克拉通岩石圈破坏的机制仍然存在争议.文章以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角,试图对上述争议提出解决办法.华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点,在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点,而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩.这个差异表明,华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变.尽管华北克拉通在晚三叠世也出现过镁铁质岩浆作用,但是其成因是深俯冲华南陆块折返的结果,而古太平洋板块俯冲在那时尚未启动.古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲,俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态,是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化阶段.古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物,也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物.对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说,则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物.从~144Ma开始,俯冲的古太平洋板片发生回卷,克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热,导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄.在130~120Ma期间,减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏,不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用.与此同时,回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热,产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩,这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代.古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带,而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲.这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔,而且化学上可以交代岩石圈地幔.因此,古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用才是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2021,(8)
地球物理与地球化学资料显示,地球各圈层含有一定量的水并且在时空分布上存在差异.最近的研究显示,锆石水含量具有反映岩浆水含量的潜力.文章对拉萨地块南缘几个壳源部分熔融成因的二云母花岗岩、石英二长岩、闪长岩以及花岗闪长岩样品中的锆石进行了SIMS水含量和氧同位素分析以及LA-ICPMS微量元素分析,结果用以探讨壳源岩浆水含量的差异性.分析结果显示,两个古老地壳部分熔融样品在锆石水含量核密度图上的峰值分别是85和300ppm,分别明显低于两个新生地壳部分熔融样品的峰值435和475ppm.四个样品计算的U-Th辐射剂量都小于3×10~(15)events mg~(-1),表明它们的晶格未受到严重辐射损伤,都不属于蜕晶化锆石.锆石中元素REE+Y和H+P以及Hf和H含量之间没有相关性,说明它们的水含量并非受控于前人提出的相对于P过量REE+Y电荷补偿机制,岩浆演化程度的差异也不是造成不同样品锆石水含量的主要因素.地壳源岩部分熔融程度的差异也无法解释这些样品锆石水含量的差异.我们认为,这些锆石样品间水含量差异记录了岩浆水含量差异.这一差异反映了熔融方式(加水熔融或者脱水熔融)和源区水含量对岩浆水含量的影响.地壳发生升温减压脱水熔融,岩浆水含量最低.同为加水熔融的地壳岩浆,古老地壳脱水熔融成因熔体中的水含量低于新生地壳加水熔融形成的熔体. 相似文献
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为了建立具有普遍适用性的上地幔电性结构,本文利用Kawai-1000t压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在4.0~14.0 GPa、873~1673 K的条件下,采用交流阻抗谱法（频率范围10-1~106Hz）测量了不含水的地幔岩电导率.实验结果显示,岩石的电导率随温度升高而大幅度的增大;在较大的温度范围内岩石的导电机制发生了变化,中低温时为小极化子导电,此时激活焓为0.94 eV （±0.13） eV,激活体积为0.11（±0.92） cm3·mol-1,高温时为和镁空穴相关的离子导电,此时激活焓为1.6~3.17 eV,激活体积为6.75（±7.43） cm3·mol-1;本次测量的电导率比低压下岩石的电导率要高,比矿物的电导率也要高.用本次的实验结果回归计算得到Fennoscandian地区的上地幔的一维电导率剖面,发现200 km以上本次实验计算的结果和大地电磁测深的电导率剖面吻合的比较好,在200 km以下本次实验得到的要比野外测量的电导率稍稍高一点,可能是因为实验过程中没有完全避免水的影响.本次的实验结果比用有效均匀介质方法计算得到的pyrolite矿物模型的电导率要高出两个数量级,这样的结果显示只用一种矿物的电导率或是几种矿物理论计算的结果有一定的不合理性. 相似文献
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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. 相似文献
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Volker Haak 《Surveys in Geophysics》1980,4(1-2):57-69
Laboratory data of the electrical conductivity of rocks and minerals pertinent to the deeper crust and upper mantle and summarized. They are discussed in the context of a theory to calculate effective conductivities of materials in the state of partial melt. Most published data have been obtained by too rapid measurements, i.e. without reaching an equilibrium state of the sample. Conductivity measurements on a material similar to the composition of pyrolite are not het known, their importance is outlined. A global conductivity distribution obtained by electromagnetic induction studies is represented by a few results covering oceanic and continental areas. Till today it seems to be a doubtful venture to deduce the temperature of the upper mantle or even the existence of a partial molten asthenosphere from a global conductivity distribution. On a more local scale the correlation of electrical conductivity with temperature and state of the material seems to be more realistic. This is tentatively shown by two petrological models of the Afar depression in Ethiopia and of the midoceanic rift. 相似文献
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碳是影响岩石电导率大小的一个重要因素,可能是造成龙门山断层带电导率异常的重要原因之一.为了研究不同的碳含量、矿物颗粒粒径与碳晶体结构对断层带电导率的影响,在干燥、常温、0.2~300 MPa的压力条件下实验研究了人工模拟断层泥样品(石英粉末与含碳粉末混合的样品,简称模拟样品)和采自映秀-北川断层八角庙剖面的天然断层岩样品(简称天然样品)的电导率.实验结果显示,当模拟样品中的含碳粉末连通时,电导率与碳体积率的关系符合逾渗理论模型;而含碳粉末未连通时,电导率随总孔隙度降低而指数性升高.同时模拟样品的电导率也随石英颗粒粒径的变化而发生改变.相比于模拟样品中的含碳粉末主要分布于石英颗粒支撑的孔隙中,天然样品中的碳则主要以碳膜的形式赋存在颗粒边缘,导致碳体积率相同的条件下,模拟样品的电导率小于天然样品.此外,天然样品的电导率(9×10~(-4)S·m~(-1))也要小于野外大地电磁探测的结果(0.03~0.1 S·m~(-1)).在今后的实验中还需要考虑在动态摩擦条件下对含有完整含碳结构的天然样品进行电导率的实验研究. 相似文献
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麻粒岩是下地壳的重要组成物质,模拟其在下地壳温压条件下的电导率对于认识下地壳的电导率分布具有十分重要的意义.本文用交流法在1 GPa下,373~1002 K范围内研究了麻粒岩样品的复阻抗,并且对测量结果进行了阻抗谱分析.研究结果表明,复阻抗对频率具有依赖性,且随温度的升高,复阻抗的实部、虚部均变小.在实验给出的温度范围内,电导率结果符合Arrhenius关系式.当温度在373~663 K范围内时,实验所获得的激化焓为0.31 eV,表明样品的电导率由低能带杂质离子所控制;当温度在673~1002 K范围内时,激化焓为0.67 eV,此时可能为小极化子导电.将所得电导率结果与西南峨边-马边地区以及华北应县―商河地区的大地电磁结果进行了对比,发现在所模拟的下地壳温压范围内,实验室测得的电导率位于野外MT数据范围内. 相似文献
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The connectivity of molten Fe-S in peridotite has been experimentally investigated by means of in situ electrical conductivity measurements at high temperatures and 1 GPa. Starting materials were powdered mixtures of peridotite KLB-1 with various amounts (0, 3, 6, 13, 19, 24 vol.%) of the 1 GPa eutectic composition in the Fe-FeS binary system. At temperatures above the eutectic point in the Fe-FeS system (∼980 °C) and below the solidus of KLB1 (∼1200 °C), molten Fe-S in a solid silicate matrix interconnects when the volume fraction is over ∼5%. Conductivity-temperature paths indicate that in the presence of partial silicate melting the connectivity of molten Fe-S in a peridotite matrix is inhibited. Based on observations of retrieved samples, the percolation threshold of Fe-S melts in the presence of low to moderate degrees of silicate melt is estimated at 13±2 vol.%. These results indicate that if the volume fraction of Fe-alloy in a planetesimal was initially greater than 5%, and if early heating by decay of radionuclides raised the temperature of the interior above the Fe-alloy melting point, initial metal segregation was controlled by permeable flow of molten iron alloy in a solid silicate matrix. These conditions were likely met by many terrestrial objects in the early solar nebula. Efficient removal of residual Fe-alloy (5 vol.%) from silicate requires high-degree melting of silicate so that metal can segregate as droplets. Giant impacts during the final stage of accretion of large planetary objects could supply the energy required for high-degrees of melting. Alternatively, if initial metal segregation were delayed until a planetary object grew to large size (∼1000 km in diameter), release of gravitational potential energy due to metal segregation could contribute enough heat to form a magma ocean. 相似文献