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作者首次采用中国河北大麻坪橄榄石单晶体做原始变形材料,在温度1200—1500℃,应力16—175 MPa,氧分压10~(-4)—10~(-10)atm 条件下,对上地幔流变学的有关三个问题进行了详细研究:(1)化学环境(氧分压和斜方辉石缓冲剂)对橄榄石流变性质的制约作用;(2)详细测定橄榄石单晶体流变参数和建立流变本构方程;(3)对橄榄石单晶体[110]c 方向的三个蠕变机制进行研究,这些新的高温实验成果第一次为研究中国东部岩石圈动力学提供了有意义的定量资料. 相似文献
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Homologous temperature of olivine: Implications for creep of the upper mantle and fabric transitions in olivine 总被引：1，自引：0，他引：1
Qin Wang 《中国科学:地球科学(英文版)》2016,59(6):1138-1156
The homologues temperature of a crystalline material is defined as T/T_m, where T is temperature and T_m is the melting(solidus) temperature in Kelvin. It has been widely used to compare the creep strength of crystalline materials. The melting temperature of olivine system,(Mg,Fe)_2SiO_4, decreases with increasing iron content and water content, and increases with confining pressure. At high pressure, phase transition will lead to a sharp change in the melting curve of olivine. After calibrating previous melting experiments on fayalite(Fe_2SiO_4), the triple point of fayalite-Fe_2SiO_4 spinel-liquid is determined to be at 6.4 GPa and 1793 K. Using the generalized means, the solidus and liquidus of dry olivine are described as a function of iron content and pressure up to 6.4 GPa. The change of T/T_m of olivine with depth allows us to compare the strength of the upper mantle with different thermal states and olivine composition. The transition from semi-brittle to ductile deformation in the upper mantle occurs at a depth where T/T_m of olivine equals 0.5. The lithospheric mantle beneath cratons shows much smaller T/T_m of olivine than orogens and extensional basins until the lithosphere-asthenosphere boundary where T/T_m 0.66, suggesting a stronger lithosphere beneath cratons. In addition, T/T_m is used to analyze deformation experiments on olivine. The results indicate that the effect of water on fabric transitions in olivine is closely related with pressure. The hydrogen-weakening effect and its relationship with T/T_m of olivine need further investigation. Below 6.4 GPa(200 km), T/T_m of olivine controls the transition of dislocation glide from [100] slip to [001] slip. Under the strain rate of 10~(-12)–10~(-15) s~(-1) and low stress in the upper mantle, the [100](010) slip system(A-type fabric) becomes dominant when T/T_m 0.55–0.60. When T/T_m 0.55–0.60, [001] slip is easier and low T/T_m favors the operation of [001](100) slip system(C-type fabric). This is consistent with the widely observed A-type olivine fabric in naturally deformed peridotites, and the C-type olivine fabric in peridotites that experienced deep subduction in ultrahigh-pressure metamorphic terranes. However, the B-type fabric will develop under high stress and relatively low T/T_m. Therefore, the homologues temperature of olivine established a bridge to extrapolate deformation experiments to rheology of the upper mantle. Seismic anisotropy of the upper mantle beneath cratons should be simulated using a four-layer model with the relic A-type fabric in the upper lithospheric mantle, the B-type fabric in the middle layer, the newly formed A- or B-type fabric near the lithosphere-asthenosphere boundary, and the asthenosphere dominated by diffusion creep below the Lehmann discontinuity. Knowledge about transition mechanisms of olivine fabrics is critical for tracing the water distribution and mantle flow from seismic anisotropy. 相似文献
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氢能够显著地影响岩石的物理性质,如岩石的流变等.它能赋存于通常不含水的矿物中,如上地幔的橄榄石.为了解上地幔的物理性质和地球化学过程,测量氢在橄榄石中的溶解度是非常重要的.在 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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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. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2016,(5)
名义上无水矿物(NAMs)中能够保存微量的与晶体缺陷相关的结构水.这些水可以使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和二次离子质谱(SIMS)等分析方法进行测定.到目前为止,已有相当多的研究系统地报道了不同岩相中NAMs的水含量,特别是地幔橄榄岩包体.在橄榄岩包体中,水在橄榄石中的分布经常呈核部浓度高,边部浓度低的扩散曲线,这显示橄榄石中的水在包体随岩浆上升过程中发生了扩散丢失,而辉石中水的分布通常是均一的,并且一般认为辉石保留了地幔值.利用水在硅酸盐矿物-熔体间的分配系数可以计算与这些矿物平衡的岩浆的水含量.此方法可以进一步被用于估算母岩浆以及源区的水含量,但方法受制于适合于研究体系的分配系数的选取.利用地幔NAMs的氢同位素组成以及H_2O/Ce比值可以示踪上地幔中水的源区和地幔中水含量的不均一性.水对克拉通岩石圈地幔的稳定性有重大影响,但是不同克拉通岩石圈的水含量和垂向分布存在显著差异,这是由于不同的地质活动所导致,而地幔柱和克拉通的相互作用可能并不会导致克拉通岩石圈水含量的显著变化.由于地幔NAMs含水量数据的局限性,目前上地幔水含量的估算仍建立于地球化学模型的基础之上. 相似文献
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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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二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数(η)控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg(η)成正比.流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素.全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90km,很好地验证了流变边界层的存在.研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小:由西部鄂尔多斯的约80km减少至渤海湾盆地的约20km.反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响. 相似文献
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以北京西山地区官地杂岩斜长角闪质糜棱岩中变形角闪石为研究对象,通过显微构造电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和电子探针(EPMA)等方法手段,对角闪石的变形进行了系统分析.显微镜观察获得斜长角闪质糜棱岩中角闪石变形为σ型和δ型残斑,长柱状新晶构成残斑拖尾;利用EBSD技术分别对角闪石残斑系的核部和幔部进行晶格优选方位统计,结果表明新晶角闪石EBSD组构特征与残斑核部角闪石的组构特征类似,推导其主滑移系为(100)001;应用透射电子显微镜观察角闪石残斑系的核部和幔部亚微构造特征,残斑核部以缠结位错为主,新晶内部位错发育较少或无位错,残斑与新晶过渡部位可见由位错围限的膨凸亚晶粒;应用角闪石地质压力计和角闪石-斜长石地质温度计等进行温度计算与压力估算,残斑系列温度范围为675.29～702.91℃、压力范围为0.29～0.41 GPa,拖尾新晶系列温度范围为614.11～678.97℃、压力变化范围为0.11～0.31 GPa.综合分析北京西山地区官地杂岩中角闪石显微变形特征、组构特征、亚微构造特征和变形温压条件,角闪石变形机制为膨凸动态重结晶. 相似文献
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本文利用横波分裂方法对北京大学于田流动台阵记录的SKS震相进行分析,获到了阿尔金断裂西部及邻区的上地幔各向异性参数.分析结果显示,快波偏振方向在整个研究区基本呈近E-W向,与研究区内阿尔金断裂的走向几乎一致,分裂延迟时间在0.93~1.20s之间.综合研究区附近前人横波分裂研究结果,我们认为,在印度和欧亚大陆板块碰撞作用下,青藏高原北部上地幔软流圈物质向北流动,遇到塔里木盆地"克拉通"较厚岩石圈阻挡并发生了旋转,向东西两侧流动,导致在青藏高原和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列.这一模式显示阿尔金断裂可能是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂:它既控制近地表的上地壳构造运动,同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.另外,在向塔里木盆地内部延伸的台站也观测到显著的各向异性和近EW向的快波偏振方向.这些结果表明塔里木盆地"克拉通"岩石圈的中、下部分在南部边界被青藏高原北部上地幔软流圈流动"热侵蚀"而损失一部分,导致青藏高原软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈"活化"不仅可以在垂直方向发生(如,岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀),也可以在水平方向上发生,即软流圈的水平流动对克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用. 相似文献
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橄榄石矿物弹性研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
橄榄石是上地幔含量最丰富的矿物,对其弹性性质的研究对解释地球内部的物质组成和动力学过程至关重要.近年来,对橄榄石矿物弹性的研究,无论是实验测试还是模拟计算都取得了很大的进展.本文首先介绍了研究橄榄石弹性的主要方法,然后从铁、镁不同配分比例下橄榄石的弹性性质,水对橄榄石弹性的影响以及橄榄石各向异性等三个方面,对近年来橄榄石弹性研究所取得的主要进展做了介绍.实验方法方面主要介绍了1)超声共振谱法(Resonant Ultrasound Spectroscopy,RUS);2)X射线衍射法;3)X射线照相法;4)超声干涉法;5)布里渊散射法. 相似文献
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克拉通地区发育的岩石圈中部不连续面(Mid-Lithosphere Discontinuity, MLD)对于理解克拉通的形成与演化有着重要的意义.非洲南部的卡普瓦尔克拉通(Kaavpvaal craton)较为稳定,是研究MLD地震学特征及其成因机制的一个重点区域.本研究基于多个地震台网105个台站记录的700多个地震事件的面波波形,通过Rayleigh波和Love波成像,构建了非洲南部地壳与上地幔的三维剪切波速度与径向各向异性模型.研究结果表明,卡普瓦尔克拉通的地壳与上地幔呈现相对高速异常,其岩石圈与软流圈界面(LAB)出现在约220 km深.另外,我们在卡普瓦尔克拉通岩石圈内部约100 km深观测到一个速度突变面,可解释为MLD,并在MLD下方观测到低速层.而各向异性在上地幔的垂直方向上并未显示明显的区域性突变,似乎暗示MLD的地震各向异性特征更为复杂.结合前人的研究成果,我们推测卡普瓦尔克拉通MLD与上地幔低速层的成因可能与温度密切相关.而镁值成分异常或岩浆侵入则会局部的改变该克拉通(尤其是其北部)上地幔速度.针对MLD与上地幔低速成因的研究还需结合更多的地球物理数据和岩石实验... 相似文献
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华北克拉通破坏 总被引：40，自引：0，他引：40
《华北克拉通破坏》重大研究计划,围绕克拉通破坏的时空范围、克拉通破坏的浅部效应和深部结构响应、克拉通破坏的动力学机制等核心科学问题,开展了系统与深入的探测、测试与研究.计划执行四年来的重要研究进展包括:(1)发现华北克拉通岩石圈厚度以及地壳-上地幔结构存在显著的空间差异,确定了华北克拉通破坏的时空范围;(2)厘定了华北克拉通古生代、中生代、新生代岩石圈的属性,发现了晚中生代华北克拉通岩石圈地幔富水而新生代岩石圈地幔贫水的特征;(3)根据岩浆作用和浅部地质响应的相关性,证实了地表地质构造受控于克拉通破坏的深部过程;(4)发现太平洋板块俯冲是华北克拉通破坏的主要动力因素的证据,揭示了华北克拉通破坏在板块构造体系中的科学意义. 相似文献
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地震波各向异性主要受岩石中矿物晶格优选方位(Crystallographic Preferred Orientation,CPO)的影响,橄榄石的CPO控制着上地幔的地震波各向异性。将岩石中矿物的CPO与全岩地震波各向异性相结合,可以解释在全球不同构造单元观测到的地震波各向异性,从而进行构造变形和动力学过程分析。文中在总结岩石圈主要各向异性矿物的CPO和各向异性特征的基础上,以青藏高原东南缘岩石圈地幔包体为例,对其显微组构和地震波各向异性进行研究,结果显示青藏高原东南缘岩石圈地幔的构造环境发生改变,岩石圈地幔无法解释观测到的剪切波分裂(SKS)地震波各向异性,需要考虑其他各向异性来源。由此可见,研究岩石圈地幔矿物的CPO对合理约束地球物理测量资料和分析岩石圈变形特征至关重要。 相似文献
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(二)由新变晶大小估计地幔应力近些年来,据天然橄榄石的变形结构、显微亚构造及实验研究的结果,提出了多种估计上地幔应力的方法。Nicolas(1978)曾对此进行过综合评述。归纳起来有两类方法,一类是建立在位错显微构造基础上的方法,如根据橄榄石的位错密度和位错曲率与应力之间的经验关系或亚颗粒大小与应力之间的关系来估算应力值;另一类方法是由动力重结晶的橄榄石晶粒(新变晶)的大小来估计上地幔应力的方法。对同一样品采用上述诸方法常不能得到相 相似文献
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利用冲击波进行的动高压实验对研究超高压下的物质性质也是十分有效的.本文报告了对大麻坪采集的橄榄石进行压力在10~45GPa范围的冲击波动高压实验结果.结合前人等温冷压实验结果,确定了实验过程的温度,对于冲击波实验压力从10GPa变化到30GPa时,温度在摄氏几十度到摄氏800多度之间.测量了岩石超高压下密度变化,在3.627~4.009g·cm~(-3)之间.通过回收实验和确定的温度,表明小于30GPa压力实验条件下,没有发生相变过程.同时也确定了状态方程的参数.最后,指出了实验结果在上地幔地球内部物质运动过程的含义,即冷板块中的亚临界橄榄岩可以存在地幔转换带中. 相似文献
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二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019 Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2021,(9)
克拉通能否长期稳定存在,主要取决于岩石圈地幔的特征和属性.中生代以来,华北岩石圈地幔的组成和性质发生了根本性转变,导致了克拉通破坏.尽管目前取得了上述共识,但是对岩石圈地幔转变形式与机制的认识仍然存在分歧.本文以华北克拉通破坏前后岩石圈地幔的特征为视角,对华北不同时代幔源岩石及地幔捕虏体的研究结果进行综述,旨在为上述问题的讨论提供新的思路.华北古生代岩石圈厚达200km,具有高度难熔、SrNd同位素富集的克拉通型岩石圈地幔特征;中生代岩石圈地幔具有易熔、同位素高度富集的特征,在空间上具有明显的不均一性和分布规律;在新生代,华北东部岩石圈厚约60～80km,具有易熔、同位素亏损的大洋型岩石圈地幔特征;中部带岩石圈厚度大于100km,岩石圈地幔具有上老下新的双层结构;西部岩石圈厚达200km,仍然保存有克拉通型古老地幔.岩石圈地幔组成的转变主要是通过橄榄岩-熔体反应的方式实现的.古生代周边板块的多次俯冲作用使华北克拉通边缘地区岩石圈地幔的组成发生了明显改变.中生代古太平洋板块俯冲作用的叠加,促成华北东部岩石圈地幔组成和性质的根本转变,导致克拉通破坏区域的面积占华北总面积的1/2以上.从克拉通破坏的峰期时间和破坏区域空间展布来看,古太平洋板块俯冲及其驱动的深部动力学过程是华北克拉通破坏的一级控制因素.造成东部岩石圈巨厚减薄的主导因素是俯冲板块回转、海沟后撤引起的大陆岩石圈伸展.俯冲板块机械侵蚀、熔流体交代作用造成的岩石圈弱化、非稳态地幔流动伴随的热-化学侵蚀和岩石圈局部拆沉共同加剧了岩石圈减薄和克拉通破坏的进程. 相似文献