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大洋深俯冲带流变性质及其地球动力学意义——来自地幔岩高温高压实验的启示 总被引：4，自引：0，他引：4
在压力3GPa,温度1450～1600K,应变速率10-4～10-5s-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480kJ/mol,活化体积为12cm3/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. 相似文献
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华北克拉通岩石圈破坏的榴辉岩熔体-橄榄岩反应机制:实验约束 总被引：1，自引：0，他引：1
以碧溪岭榴辉岩和大麻坪尖晶石二辉橄榄岩为起始原料,在压力2.0GPa,温度1250～1400℃条件下进行榴辉岩熔体-橄榄岩反应的高温高压实验.实验结果显示,在榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应过程中,熔体消耗橄榄岩中的橄榄石和斜方辉石生成单斜辉石.实验产物的岩石序列为橄榄岩-辉石岩-石榴辉石岩,与Liu等在华北克拉通内部的汉诺坝地区发现的大量中生代地幔复合包体结构非常吻合.在温度1300和1350℃时,榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应产生的熔体具有高镁安山岩的成分特征(Mg#>45),表明榴辉岩熔体-橄榄岩反应可能是高镁安山岩形成的主要原因之一.实验结果表明华北克拉通下地壳榴辉岩在中生代可能发生过拆沉作用;榴辉岩拆沉进入软流圈地幔后,部分熔融产生的熔体可以消耗岩石圈地幔橄榄岩,导致华北克拉通的减薄,从而为华北克拉通岩石圈地幔被软流圈地幔改造的熔体-橄榄岩反应机制提供实验约束. 相似文献
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榴辉岩的泊松比及其对造山带下地壳拆沉作用的指示 总被引：2，自引：0，他引：2
对大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩的实验测定以及前人的实验结果表明, 水化作用将明显增加榴辉岩的泊松比, 新鲜未退变榴辉岩(H2O+ < 1.0%)的平均泊松比为0.24~0.25, 该值与实验和理论计算结果相一致, 而明显低于前人给出的榴辉岩平均泊松比(0.27±0.02). 未退变榴辉岩的泊松比显著低于下地壳镁铁质麻粒岩, 也低于上地幔橄榄岩. 大别超高压带、青藏高原和安第斯山脉现今下地壳和上地幔的泊松比均大于0.26, 加之它们均具有正常的上地幔Vp值, 表明由于拆沉作用榴辉岩在这些俯冲-碰撞造山带下地壳和上地幔已不存在或不是重要组成. 榴辉岩从形成至拆沉是在<15 Ma的十分短暂时间内完成的. 相似文献
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上地幔尖晶石-石榴石相转变实验研究及其意义 总被引：3，自引：0，他引：3
采用新生代玄武岩中地幔岩捕掳体的矿物、岩石天然样品进行尖晶石与石榴石的相转变实验研究,结果发现尖晶石二辉橄榄岩与石榴石二辉橄榄岩相转变条件(T=1100℃和P=1.8～2.0GPa)与中国东部五相共存的尖晶石/石榴石二辉橄榄岩P-T平衡条件一致.提出中国东部大陆上地幔55～70km深处存在几公里至十几公里厚的尖晶石二辉橄榄岩与石榴石二辉橄榄岩相转变带.尖晶石辉石岩向石榴石辉石岩相转变深度小于55km.实验结果还揭示水促使地幔交代作用,但又抑制了相转变.同时讨论了矿物成分分带现象. 相似文献
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新生代火山岩中的幔源包体可以提供有关上地幔的直接信息。通过对采自甘肃宕昌县好梯乡的幔源橄榄岩包体的详细研究 ,探讨该地区上地幔的热结构和流变学特征 ,并与华北地区进行对比。研究结果表明 ,该区自壳幔边界以下至 75km深处的上地幔主要由尖晶石二辉橄榄岩组成 ,75km以下则主要由石榴石二辉橄榄岩组成 ,方辉橄榄岩只占少数 ;与华北地区没有明显的差异。由包体平衡温度、压力建立的上地幔地温线低于华北地区地温线 ;确定的壳幔边界在 5 2km左右 ,莫霍界面附近为下地壳物质与尖晶石二辉橄榄岩的过渡带 ;岩石圈底界深度约为 12 0km左右。根据包体的研究结果建立了研究区上地幔的差异应力、应变速率和等效黏滞度剖面。结果表明 ,该区新生代时期存在软流层的底辟 ,以及相应的岩石圈的减薄 ,但其规模明显小于华北地区。这些结果表明该区处在中国东部大陆裂谷带和中国中部克拉通块体群的过渡带 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(9)
大别-苏鲁造山带橄榄岩原岩属性可分为壳源和幔源橄榄岩,它们在矿物结构、变质演化以及全岩和单矿物化学成分上存在一系列差别.幔源橄榄岩来自于俯冲板块之上的古老华北克拉通岩石圈地幔,记录了俯冲板块与地幔楔之间相互作用的信息.石榴橄榄岩峰期条件下都显示石榴石和尖晶石共存,石榴石和尖晶石的稳定性和成分都受全岩富化程度控制,尖晶石成分不能用来判别部分熔融程度.难熔幔源纯橄岩中普遍发育低Mg高Ca橄榄石取代早期斜方辉石结构,指示硅不饱和熔体-橄榄岩反应过程,它可能是导致纯橄岩Re-Os同位素年龄偏年轻的原因之一.幔源橄榄岩/辉石岩中的金红石、钛斜粒硅镁石和锆石是俯冲地壳熔/流体迁移高场强元素进入地幔楔的直接矿物学证据,只有通过精细的原位元素和同位素工作,才能准确限定交代介质来源、时间和交代过程.大陆俯冲带地幔楔氧逸度变化范围宽泛(FMQ=5.50~1.75),并随深度增加而减小,但其氧逸度计算结果受矿物组合、温压条件以及折返过程中的脱氢-氧化作用等因素影响.本文对橄榄岩-辉石岩复杂体系相关系、大陆俯冲之前的地幔过程、地壳交代对地幔楔元素-同位素-氧逸度以及物理性质的改造等重要研究方向提出了建议. 相似文献
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通过对采自河北汉诺坝玄武岩中的下地壳和上地幔包体的详细研究 ,建立了本区下地壳—上地幔地温线。该地温线高于大洋地温线和古老地盾地温线 ,接近克拉通边缘的地温线 ,符合该区的大地构造环境。由该地温线建立的下地壳—上地幔地质结构剖面表明 ,该区下地壳主要由不同类型的麻粒岩相岩石组成 ,其化学成分以镁铁质为主 ,深度范围为 2 5～ 4 2km。上地幔由超镁铁质的二辉橄榄岩组成 ,在尖晶石二辉橄榄岩和石榴石二辉橄榄岩之间有一过渡层。由地温线确定的壳幔边界位于 4 2km附近 ,与地震资料确定的莫霍面一致 ,但在壳幔边界之上的下地壳底部有下地壳麻粒岩和超镁铁质岩的互层。这一现象可以解释在下地壳底部常见的层状反射层。该区岩石圈底界大约在 95km ,其下的软流层仍由石榴石二辉橄榄岩组成 相似文献
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正华北克拉通减薄是近年来地学界的热点问题,拆离断层形成与地壳伸展减薄是华北克拉通岩石圈减薄的浅部响应,而拆离断层内岩石的流动及变形机制直接受控于岩石流变学状态。对于华北克拉通地壳流变研究,流变实验和天然样品流变分析多数集中在下地壳,对于与拆离断层对应的中上地壳流变实验研究比较少。目前为止,有关于地壳伸展和拆离断层形 相似文献
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大别山俯冲陆壳的再循环——地球化学证据 总被引：20，自引：0，他引：20
大别山超高压榴辉岩与邻区新生代大陆玄武岩的地球化学对比研究表明,碰撞造山带俯冲陆壳可以再循环进入软流圈地幔,并形成上地幔的EM Ⅰ富集端元它与交代富集不相容元素的岩石圈地幔不同,具有低Rb/Ba和La/Yb的特征.位于大别山和苏-鲁超高压变质带之间的嘉山具有EM Ⅰ特征的新生代大陆玄武岩可能就与大别造山带俯冲陆壳再循环有关. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(9)
俯冲隧道模型提出,俯冲板片界面相互作用是实现地球表层与内部之间物质和能量交换的基本机制.由于大陆岩石圈与大洋岩石圈在物质组成和状态上的显著差异,其深部物理和化学过程及壳幔相互作用产物必然出现一系列差异.许多实验岩石学研究已经为大洋俯冲隧道中可能发生的硅酸盐和碳酸盐岩石的部分熔融和壳幔相互作用提供了资料.无论是基性还是中酸性硅酸盐岩体系,取决于部分熔融发生的压力或深度,熔体是具有或不具有埃达克岩性质的花岗质熔体.微量CO2即可大幅降低橄榄岩的熔点,所形成的碳酸盐熔体可有效萃取岩石体系中不相容微量元素.这些硅饱和或不饱和熔体均可以在俯冲隧道或地幔深部条件下与地幔楔橄榄岩发生反应,形成复杂的反应过程和产物.但已有的实验结果主要是针对大洋岛弧环境条件而不是大陆俯冲带的环境.因此,高温高压实验需要充分考虑大陆俯冲隧道中板片-地幔界面上各种不同成分地壳及其衍生的熔/流体成分与不同橄榄岩之间的反应,并结合大陆俯冲带岩石部分熔融和壳幔相互作用的地质证据,以阐明大陆俯冲隧道过程中的变质脱水、部分熔融和地幔交代等问题. 相似文献
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矿物/岩石的电学性质是认识地球内部物质与结构的重要依据.高导物质(熔体、流体、石墨、磁铁矿等)能否显著影响上地幔的电性结构,取决于这些物质在上地幔中的连通性、电学性质和体积分数.近年来的研究表明,挥发分(水、二氧化碳)能够有效的降低橄榄岩的固相线,并提高玄武岩熔体的电导率.因此我们可以尝试用少量的熔体去解释上地幔某些区域的高导异常.但目前在高温高压下对这些熔体连通性的研究仍不足,我们并不清楚少量熔体在三维条件下是以何种形式连通的?俯冲带中的水主要储存在孔隙和含水矿物中.地慢矿物的蚀变,含水矿物脱水的过程中将产生含高浓度电解质的流体.二面角的观测证明了在高温高压下流体能在橄榄石间保持连通,因此我们可以认为这些高导流体对俯冲带的电性结构有很大程度的影响.石墨在橄榄岩体系中具有很高的二面角,不大可能以连通薄膜的形式在上地慢广泛存在,但石墨能否以网状形式连通?与机械的将蛇纹石和磁铁矿混合实验相比,绿泥石脱水产生的磁铁矿展示了更好的连通性.这意味着今后研究固相高导物质的连通性时不能忽略矿物在自然条件下的结构特征. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2016,(5)
同系温度为晶体材料的绝对温度(T)与其熔点(T_m)的比值,是对比晶体流变强度的重要参数之一.橄榄石(Mg,Fe)_2Si O_4的熔点随含铁量和含水量的增加而降低,随压力增加而升高,高压下橄榄石的相变可导致熔点随压力发生不连续变化.本文对前人的铁橄榄石(Fe2Si O_4)熔融实验结果进行校正,确定铁橄榄石-γ相Fe2Si O_4-熔体的三联点位于6.4GPa和1793K.然后使用广义混合律建立了常压至6.4GPa,无水橄榄石的固相线和液相线与含铁量和压力的关系.橄榄石T/T_m随深度的变化可用于定性对比具有不同热状态和橄榄石成分的上地幔流变强度,T/T_m=0.5的深度界定了上地幔从半脆性变形到完全塑性变形的转换深度.克拉通岩石圈地幔的橄榄石T/T_m显著低于造山带和伸展盆地,一直到岩石圈-软流圈边界才与周围地幔趋于一致(T/T_m0.66),表明克拉通的岩石圈强度较高.此外,使用T/T_m分析橄榄石的变形实验结果,发现含水量对橄榄石组构的影响与压力密切相关,但是水对橄榄石流变强度的弱化作用及其与橄榄石同系温度的关系尚需进一步研究.低于6.4GPa(200km),T/T_m控制了橄榄石[100]和[001]位错滑移的转变.在上地幔10~-(12)~10~-(15)s~(-1)的应变速率和低应力条件下,橄榄石[100](010)位错滑移系(A型组构)的稳定域为T/T_m0.55~0.60.T/T_m0.55~0.60时,[001]位错滑移更易于发生,低T/T_m使橄榄石的主控位错滑移系转变为[001](100),形成C型组构.这与天然变形的橄榄岩普遍发育橄榄石A型组构,而超高压变质带中经历了深俯冲的橄榄岩发育橄榄石C型组构一致.而[001](010)位错滑移系(B型组构)受T/T_m和应力的共同影响.因此,橄榄石的同系温度建立了将变形实验结果外延到上地幔流变的桥梁.克拉通地区的上地幔地震波各向异性需要一个四层模型来拟合:上层为残留的A型组构,中间为B型组构,岩石圈-软流圈边界为新生的A型或B型组构,以及Lehmann不连续面之下以扩散蠕变为主的软流圈地幔.对橄榄石组构转变机制的认识是通过地震波各向异性追踪上地幔含水量的分布和地幔流动的关键. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2017,(2)
利用地球动力学数值模拟方法分析了大陆汇聚速率、地壳流变强度以及岩石圈热结构等三种主要动力学参数对大陆俯冲碰撞模式的影响和制约,并以此为基础,重点对大陆不稳定俯冲的发育条件、主要类型以及动力学演化过程进行探讨.模拟结果表明,有利于弱化大陆岩石圈流变强度的动力学条件,如低流变强度地壳、岩石圈高温热结构或低汇聚速率等,对大陆不稳定俯冲的形成均起到积极作用.根据俯冲大陆的动力学演化特征可将大陆不稳定俯冲概括为"多阶段断离"型、"持续性流入"型和"大规模拆沉"型等三种类型.这三种类型的发育分别与低汇聚速率、中-高速汇聚的大陆岩石圈高温热结构和低汇聚速率下的中等-高流变强度地壳有关.模拟结果也显示,大陆碰撞区域内岩石部分熔融的分布受地壳流变性质的显著影响.这些模拟结果为认知特定地球动力学背景下不同俯冲条件孕育的大陆俯冲格局具有意义. 相似文献
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观测的证据充分表明，印度——欧亚的缝合带雅鲁藏布江上存在自南向北的地壳俯冲带，它穿过莫霍面，深度大约达到100 km. 喜马拉雅中可能存在多重的地壳俯冲. 它们有别于海洋碰撞时所产生的整个岩石圈俯冲. 作者观测到雅鲁藏布江以北上地幔的板片构造，它可以解释为印度向欧亚俯冲时上地幔岩石圈的痕迹. 它们说明与洋——陆的俯冲不同，印度向欧亚俯冲时，地壳与上地幔岩石圈出现拆层现象. 综合现有的地壳上地幔构造，显示在不同地质年代中，印度与欧亚之间产生自南向北以及自北向南相反方向的俯冲，而且俯冲带周围出现某些速度异常区. 相似文献
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用石英(或花岗岩)和橄榄岩分别代表大陆地壳和上地幔,得到的大陆岩石圈强度轮廓存在多个塑性流变层,类似于"三明治"结构.这种强度模式已经被广泛接受,并成为研究大陆岩石圈动力学不可缺少的手段.例如,采用石英和花岗岩的流变实验结果估计的中上地壳流变结构,与发生在中上地壳的地震及其余震深度分布规律具有很好的对应关系,表明根据实验结果估计的这种流变结构基本反映了大陆中上地壳的真实情况.然而,地壳成分分析表明,对地壳岩石变形机制起制约作用的主要矿物由上地壳、中地壳的石英(或石英-长石组合)、长石(或长石-角闪石组合)转变为下地壳的辉石(或长石-辉石组合).因此,石英(花岗岩)流变不能完全代表大陆地壳的流变特征. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2017,(1)
镁铁质的下地壳在一定的条件下可相变为榴辉岩并拆沉进入地幔,榴辉岩下地壳的拆沉可造成大陆地壳向长英质演化.地球化学研究显示,秦岭大别山地区在碰撞后期大约145-130Ma时还存在着加厚的榴辉岩下地壳;而到了130Ma时,加厚下地壳消失并产生了铁镁质和花岗质岩浆侵入.碰撞造山阶段,加厚的冷的地幔岩石圈的重力不稳定可造成岩石圈的拆沉,并携带下地壳一起进入地幔.但对碰撞造山构造运动后期的造山带或克拉通区域,地幔岩石圈基本处于稳定状态,下地壳榴辉岩化将对下地壳的拆沉起重要作用.本文采用二维有限元数值模拟的方法研究了岩石圈地幔重力稳定状态下,下地壳榴辉岩的拆沉过程以及拆沉时间.模型的主要参数包括下地壳榴辉岩的黏性(η_2)、密度(B_2)、总体规模(s)和岩石圈地幔的黏性(η_1).数值计算结果显示,由于下地壳榴辉岩的重力不稳定性,它能与其下的稳定岩石圈一起发生拆沉,拆沉过程的持续时间(t)与模型参数密切相关,大量计算分析显示t=7.3005×10~(-7)exp(0.6593η_2/η_1)η_1~(1.066)B_2~(-0.688)s~(0.1451η_2/η_1-0.9831).结果表明,岩石圈地幔的黏性对拆沉时间具有更重要影响,岩石圈地幔黏性的减小可促进下地壳榴辉岩的拆沉.若假定下地壳榴辉岩的密度为3.48×10~3kg/m~3(即B_2=1),黏性为5×10~(21)pa s,当岩石圈地幔的黏性减小到2×10~(21)pa s时,60km×30km范围的下地壳榴辉岩的拆沉时间可小于18Myr. 相似文献