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俯冲带深部物质的非均匀流变及其地球动力学意义 总被引：4，自引：1，他引：4
计算表明,俯冲带深部主要矿物相的流动强度差异很大。俯冲带矿物流动强度的差异和构造环境复杂性预示着俯冲带深部物质变形是非均匀的,这种非均匀性是控制俯冲带内许多地质、尤其是动力学过程的重要因素之一。通过分析俯冲带构造物理背景和俯冲带深部矿物流变性质变化,研究了俯冲带深部非均匀变形的特征,在此基础之上讨论了板舌变形的几何形态、俯冲带火山活动性、中、深源地震活动性、板舌下插深度和消减过程与俯冲带非均匀变形的相变性。 相似文献
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《中国科学:地球科学》2016,(3)
地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一方面,俯冲板块向下运动,其中的蛇纹石在高温下分解,产生一系列的高含水硅酸盐矿物(如相A、粒硅镁石和斜硅镁石),这些矿物是潜在的"搬运工",将水进一步带入地幔深部,乃至转换带中;另一方面,橄榄石在转换带中的高压相(瓦兹利石和林伍德石)具有较高的储水能力,使得转换带成为了地球深部最重要的储水层,并且水也对地幔转换带的物理化学性质产生了显著影响.本文主要讨论以下两方面内容:(1)含水的硅酸盐矿物晶体结构,为微观上认识地球深部水的赋存机制和循环过程提供实验依据;(2)水对硅酸盐矿物热力学状态方程的影响,为约束地球动力学过程以及水的影响提供重要参数. 相似文献
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在压力4.0到17.5GPa、温度1200℃到1400℃范围,研究了模拟地幔岩成分中的辉石-石榴子石相转变。相转变大多出现在14～16GPa压力范围,单相铝亏损的石榴子石(镁铁榴石)在16GPa压力以上变得稳定。根据本实验和其他最近实验资料计算了地幔岩的矿物组合、密度、地震波速随深度的变化。所得到的密度和地震波速度剖面在550Km深度范围和根据地震观测所建立的模型相吻合。如果证实在550km到650km之间存在有一高密度、高速度梯度带确定,则可能表明镁铁榴石有新的相转变和或存在某种程度的化学不均匀性。 相似文献
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构成地幔的大部分名义上无水矿物,包括橄榄石及其同质异象体、辉石以及石榴石等,均可以羟基形式赋存一定量的水.水在地幔不同深度的出现不仅对一系列物理性质(包括密度、波速、熔融温度、电导率和流变强度等)有重要影响,并且对地幔的动力学行为、横向结构和成分的不均一性以及地球深部的演化过程具有重要意义.近年来,地震学研究在地幔不同深度和不同区域均发现低速带的存在,而观测到的地幔速度异常很可能与地幔中的水密切相关.高温高压矿物学利用实验和理论计算,对水是如何影响地幔主要构成矿物的弹性模量和波速进行了深入研究,并取得了大量进展.这些研究对正确理解地幔速度异常的形成机制,查明地幔中水的分布,探寻水在地球内部的迁移形式至关重要.本文针对近年来高温高压矿物学在地幔含水矿物弹性模量的研究成果进行了综述,介绍了该研究方向的进展和不足,并对未来的研究方向进行了阐述. 相似文献
5.
构造应力场是地质学一项很重要的研究内容，因为它是记录岩石层动力过程的一个重要因素。在阐述现今岩石层应力状态的起因时，我们利用有关地球岩石层的有限元模型来计算地幔流动、地壳非均匀性、地形等诱发的应力，并且将其与板内应力的观测结果(如世界应力图)进行比较。我们探索了岩石层非均匀性的两种模型，一种是基于地震和其他观测约束的模型(Crust2．0)；另一模型假定地球处于均衡补偿状态。我们在对地幔牵引力的计算中考虑了两种不同的地幔密度非均匀性模型：一种是基于过去180Ma的板块消减历史的模型，这一模型在精确重现现今大地水准面和新生代板块速度方面证明是成功的；另一种是从地震层析成像结果推断出的模型。我们考察了不同的地幔粘性结构假设对计算结果的影响，以及由软弱板块边界表现出的横向粘性变化对计算结果的影响。尽管在一些地区预测值和观测值的一致性较差，但我们仍发现，将地幔和岩石层应力源都包含在内的综合模型计算结果与应力场观测值符合程度是最好的(约有60％的方差减小量)。只引入地幔牵引力所得到的应力场显示出更大程度上的长波结构，比在应力观测中所看到长波成分更明显，在某些径向地幔牵引力明显较强的地区(如东南亚和西太平洋)，计算结果与观测值的一致性非常好。单由岩石层非均匀性所产生的应力场强烈依赖于我们所假定的地壳模型：尽管根据地球均衡补偿模型计算出的结果与观测值出入很大，但基于Crust2．0模型的计算结果与观测结果一致性却很好，与只含地幔牵引力模型的结果拟合程度差不多，并且在某些地形因素影响很大的地方(如安第斯山脉，东非)拟合得也非常好。对此有一个可能的解释，那就是应力场受地幔粘性横向变化的影响显著。该横向变化使得岩石层和地幔之间出现不同程度的解耦现象，这就使得地幔特征在某些地方占优势，而地壳特征在另外一些地方占优势。均衡补偿地壳模型的计算结果与观测结果一致性较差以及两种地壳模型之间存在的较大差别，这两者说明了研究地形动态变化的重要性，并且地壳结构和流变性也确实存在着不确定性。另外，我们也考虑是否存在这样一种可能性，即从浅层地壳获得的应力观测值也许不能反映整个板块的应力状态；由于岩石层流变性横向和径向的变化，板块上部的应力至少可能部分地与大尺度板块驱动力解耦。 相似文献
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根据新的地球物理信息，得到天山及毗邻区地壳参数模型、地幔参数模型、构造圈重力模型和均衡模型，提出地壳和地幔的物质不均匀性深达300km。查明地幔在横向和垂向上的明显的不均匀构造。密度模型参数表明，天山地台后的造山带，是地幔流体质量转换影响地壳和地幔物质密度变化的结果，相变型式为辉长岩石榴岩粒晶榴辉岩。根据实验数据，提出地壳和地幔环流作用新模式，环流取决于深部源于地核的热质流，它是形成构造运动和地幔构造的主要原因。天山构造圈的参数模型几何上符合于地幔内梯级环流圈。 相似文献
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重点介绍了近年来国际地球物理学界在钙钛矿高温塑性研究领域内取得的进展。依据高温高压实验岩石学和矿物物理测试结果，科学家们提出硅酸盐钙钛矿是下地幔最主要的矿物相。采用相似材料理论和高温高压实验技术，在过去几年里对钙钛矿的高温塑性变形进行了深入细致的实验研究，就钙钛矿的高温塑性强度，流变机制和塑性各向异性等进行了探讨，这些开创性的研究特别强调了钙钛矿晶体结构相变和高温塑性的关系，并对应用矿物的晶体结构－－塑性系统相关性外推未知矿物流变强度的可能性作了探讨。作为一个直接的应用，这些研究成果被广泛的用来讨论有关的下地幔地球动力学问题，特别是下地幔的流动强度，流动机制和流动弱化。 相似文献
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本文提出在综合地球物理研究中,为了使重力数据处理和反演更加符合实际的地质情况,重力-地震联合建模分析时应当考虑非均匀地幔物质的重力效应.本文针对含油气盆地结构、断裂构造、大陆边缘演化和洋陆转换带等热点地质问题,广泛调研了全球范围内多个地区的综合地球物理研究成果,及其对应的地幔深部结构,发现地幔的横向不均一性是普遍存在的.在以往许多基于重力、地震数据的综合研究实践中,重力异常分离和建模分析通常都是在地壳内部（莫霍面以上）进行的.这种处理方式实际上是以均匀地幔为假设前提,虽然简化了重力异常分离和建模分析的难度,但忽略了地球深部的不均匀性所带来的重力异常,所获得的剩余重力异常和在此基础上进行的密度结构反演、地质解释会存在偏差.本文通过对模型界面的2D正演,定量探讨了非均匀地幔对布格重力异常的影响.在对四川盆地的实例研究中,剥离了非均匀地幔的重力效应,2.5D重震联合模拟的结果明显优于均匀地幔假设条件下的结果. 相似文献
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本文主要总结了近十多年来橄榄岩流变实验的研究成果,介绍了上地幔流变研究的进展和意义.经过多年的实验研究,橄榄岩流变性质在理论和应用方面都已取得重要突破.人们利用高温高压实验深入研究了熔/流体、铁含量、粒径尺度、温压条件等因素对橄榄石流变性质的影响,得到了表征橄榄石流变特性的幂率本构方程的各参数,并从理论方面探讨了橄榄石等矿物在不同深度处可能存在的变形机制.在应用方面,高温高压流变研究为许多地质现象(如软流圈的成因)的解释和地球动力学(如地幔对流)的模拟提供了实验依据和基础数据,如辉石的粒度效应可以解释上地幔板块边界变形及剪切局域化问题等.尽管对上地幔矿物的流变特性进行了深入地研究,但还有许多问题需要人们进一步厘定,如碳酸盐熔体对橄榄石流变性质的影响,橄榄石变形机制的转化等. 相似文献
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依据地球物理宏观资料、行星化学和地球化学微观分析以及高温高压实验结果,阐明了地幔中存在丰富的流体,扼要介绍了若干流体引发地震的假说,简述了隐爆产生地震的机制。地幔矿物流体包裹体、高温高压相含水硅酸盐矿物与地球物理探测资料表明,整个地幔内普遍存在高能密流体,地幔过渡带和D″层是流体富集的地带,地幔中存在的总水量比海水量高出几个数量级。地幔高能密流体流动产生热对流,造成了固体地球内温度、电导率、地震波速度以及地球化学组成的不均一性。高能地幔流体向外逃逸,不仅改变了壳幔岩石的物理和化学性质,且为岩浆形成和地震孕育提供了能量。流体在地震孕育中的作用包括两个方面:降低断层带摩擦力以及岩石强度触发地震和流体爆炸或相变产生地震。流体爆炸产生地震是地核与下地幔流体以“运移—局部聚集—爆炸的幕式循环”反复进行,产生不同震源深度、不同震级的各类地震。然而,地幔流体的组成、行为及其在孕震过程中的作用机制还需深入研究。 相似文献
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Plastic deformation of garnets: systematics and implications for the rheology of the mantle transition zone 总被引：14，自引：0，他引：14
Shun-ichiro Karato Zichao Wang Bofa Liu Kiyoshi Fujino 《Earth and Planetary Science Letters》1995,130(1-4):13-30
Plastic properties of materials with garnet structure have been studied under wide temperature conditions, ranging from room temperature to 95% of the melting temperatures, using uniaxial compression and hot microhardness tests. Garnets studied include single crystals of oxide garnets (Y3Al5O12, Gd3Ga5O12 and Y3Fe5O12) and silicate garnets (various solid solutions, including grossular, almandine, andradite, pyrope, spessartine and uvarovite). Both uniaxial compression and hot hardness tests indicate that there is a general trend in the plasticity of garnets when the data are compared at normalized conditions (T/Tm andσ/μ), and that the resistance to plastic deformation in garnets is significantly higher than most of the other minerals in the Earth's mantle. Based on both stress-dip tests and microstructural observations, it is proposed that the creep strength of garnet is largely controlled by the resistance to dislocation glide rather than by recovery processes. This conclusion is consistent with the high Peierls stress inferred from the hot hardness tests. The high Peierls stress in garnets is, presumably, due to the large unit cell (i.e., long Burgers vectors) and/or the bcc packing, which are common to all garnets. We postulate, therefore, that the present results can be applied to the strength of high-pressure garnet (majorite) and suggest that garnet-rich layers in the Earth, such as subducted oceanic crust in the transition zone or a possibly garnet-rich (bottom part of the) transition zone, will be considerably stronger than surrounding regions. 相似文献
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野外、实验和地震数据表明:浅部地壳的变形以脆性破裂为主,深部地壳的变形以晶体塑性流动为主.在这种认识的基础上,提出了地壳变形的2种机制模型,即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律.而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性.然而,二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单,往往过高估计了脆塑性转化带的强度.问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多,但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度;而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面,对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱.对断层带内矿物变形机制研究表明,某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内,发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化,而这种变化被认为与地震周期的同震、震后-间震期蠕变有关,这种变化得到了主震-余震深度分布变化的证实.对断层流体特征分析表明,断层带内可能存在高压流体,这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化,在地震孕育及循环中起着关键性作用.高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理,其中,压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一.研究在水作用下的压溶,可以对传统的摩擦-流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正.通过以上分析,认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验,深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响,同时,通过实验建立压溶蠕变的方程,近似地估计脆塑性转化带的强度. 相似文献
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通过地质、地球物理和地球化学资料分析,建立了东秦岭地学断面带地壳二维深度-强度剖面,揭示了该造山带的地壳结构和流变学分层性．脆性的上地壳南薄北厚;中、下地壳包括莫霍面呈现水平流变状态,南端蠕变特征更明显;上地幔流变强度较大其地壳类型是栾川以南为H型地壳,构成中、新生代造山带的核部,具有伸展构造和走滑构造的特征,栾川以北为C型地壳,中、新生代的大陆汇聚带．东秦岭地学断面带整体上看为C-H型地壳,反映了后造山期陆内造山的构造特征．地壳物质为长英质-石英闪长质壳内软层具有低速、高热、强网状反射和低强度蠕变的地球物理特征,是后造山期经过调整的水平流变层. 相似文献
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Experimental evidence of transformation plasticity in silicates: minimum of creep strength in quartz
《Earth and Planetary Science Letters》2003,205(3-4):273-280
Mechanical weakening due to solid state transformation of mineral phases has long been proposed to be a significant mechanism for localization of deformation in the Earth’s lithosphere and the mantle transition zone. However, experimental observations confirming such a proposition are lacking. Here we present a novel approach to prove the existence of a minimum in the creep strength of quartz at the α–β transition by observing the deformation of fluid inclusions in a quartz crystal using a hydrothermal diamond-anvil cell. Pressure differences required for permanent deformation of the quartz around fluid inclusions were significantly lower at the phase transition than in either the stability fields of α- or β-quartz. These results indicate that transformation plasticity of silicates can indeed cause a considerable localized reduction in the strength of the Earth’s crust and mantle. 相似文献
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伊通地堑上地幔剪切带 总被引：3，自引：1，他引：3
通过研究糜棱岩型幔源包体的变形显微构造、位错亚构造及组构特征，确定它是上地幔剪切带的代表物质。该带形成温度为７２９～８２８℃、压力为１．１０～１．３８ＧＰａ、差异应力为９７～１５０ＭＰａ、应变速率为ＩＯ￣（－１４）～１Ｏ￣（－１２）ｓ￣（－１）、等效粘滞度为１０～１０００ＥＰａ·ｓ和深度为３７～４５ｋｍ。这是一种与地幔底辟作用有关的规模较小的缓倾斜剪切带，也是应变集中带，能导致上地幔地震波速各向异性，并与地震活动有关 相似文献
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Garnet compositions are used to understand mantle petrogenesis and to reconstruct the lithostratigraphy of the shallow mantle (<200 km). However, garnets in polymict peridotites from the Kaapvaal craton (>2500 Ma) have a centimeter-scale elemental and stable isotopic variability suggestive of a mixed mantle provenance. The chemical heterogeneity of the garnets is similar to that reported from rocks sampled over a considerable depth and temperature range within the lower lithosphere. For example garnets found in polymict peridotites are similar to garnets found in sheared and granular peridotites, ‘cold’ and ‘hot’ lherzolites, peridotitic (P-type) diamond inclusions, and garnets from polybaric (50-200 km) peridotites (i.e. spinel, garnet and diamond facies). These data indicate that the Kaapvaal cratonic root has been disturbed by complex processes possibly associated with crack propagation and entrainment that juxtaposed garnet-bearing lithologies of diverse petrogenesis, provenance and depth. This has preserved chemical disequilibrium in the high pressure minerals in what is, in effect, a mantle breccia possibly associated with kimberlite precursors. 相似文献