首页 | 本学科首页   官方微博 | 高级检索  
     检索      


The role of tectonic grain size reduction in the rheological stratification of the lithosphere
Authors:E H Rutter  K H Brodie
Institution:(1) Present address: Geology Department, Imperial College, S.W.7. 2BP London, Great Britain
Abstract:With the aid of published constitutive flow laws for common crustal and upper mantle rock types, it is possible to construct curves showing variation of rock strength with depth in the continental lithosphere, assuming a particular crustal stratification of rock types and a particular geothermal gradient. Such exercises lead to the conclusion that marked changes in strength can occur at major petrological interfaces, such as the Moho discontinuity, which are therefore likely to be associated with a tendency for major, sub-horizontal detachments to form. Constitutive flow laws used for such purposes are usually assumed to represent steady-state flow, at constant rock microstructure.We argue that perhaps the most significant tectonic displacements of rock masses occur across major, localized shear zones, characterized by intense grain-size reduction, and illustrate this by reference to deformation in the metabasic and ultrabasic rocks of the lower part of the Ivrea Zone of northern Italy, which is believed to provide a section through what was once part of the deep continental crust. Calculations of the variation of the flow strength with depth of rocks should therefore use flow laws which include provision for strain dependent variations of strength, arising from strain dependent microstructural changes.We use the results of recent studies of grain-size dependent flow of olivine to estimate strain dependent variations in the flow strength of the sub-continental upper mantle, arising from dynamic recrystallization. From this we argue that after an initial period of flow at high stress, parts of the upper mantle can become very weak, if grain size is sufficiently reduced. Under favourable circumstances, flow can be concentrated immediately below the Moho, or in a band below the Moho. Such behaviour is consistent with our observations of the behaviour of dunites in the Ivrea Zone, and with some interpretations of upper mantle seismic reflectors.
Zusammenfassung Mit Hilfe von veröffentlichten wesentlichen Fließgesetzen für die meisten Krusten- und oberen Mantelgesteinstypen ist es möglich Kurven zu konstruieren, die Variationen in der Gesteinsfestigkeit in Abhängigkeit von der Tiefe innerhalb der kontinentalen Kruste zeigen. Dies unter der Annahme einer bestimmten krustalen Schichtung der Gesteinstypen sowie einem bestimmten geothermischen Gradienten. Derartige Untersuchungen führen zu dem Schluß, daß deutliche Unterschiede in der Gesteinsfestigkeit an markanten petrologischen Grenzflächen auftreten können, wie z. B an der Moho-Diskontinuität. Derartige Grenzflächen haben somit wahrscheinlich die Tendenz subhorizontale Ablösungsflächen auszubilden. Die allgemeinen Fließgesetze, die für diese Berechnungen angewandt wurden, repräsentieren gewöhnlich bei unverändertem Gesteinsmikrogefüge den »steady-state«Zustand. Es ist anzunehmen, daß die bedeutendsten tektonischen Verschiebungen in den Gesteinsmassen entlang großer, definierter Scherzonen stattfinden, die durch intensive Korngrößenreduktion charakterisiert werden. Belegt wird dies anhand der Deformation in den metabasischen und ultrabasischen Gesteinen des tieferen Teiles der Ivrea-Zone in Norditalien, von der angenommen wird, daß sie einen Schnitt durch denjenigen Teil darstellt, der ehemals dem tieferen Abschnitt der kontinentalen Kruste angehörte.Berechnungen der Variation der Fließfähigkeit von Gesteinen in Abhängigkeit von der Tiefe sollten daher Fließgesetze verwenden, die deformationsabhängige Variationen im Festigkeitsverhalten, das sich aus dem deformationsabhängigen Gefügewechsel ergibt, berücksichtigen.Wir benutzen die Ergebnisse neuerer Untersuchungen über korngrößenabhängiges Fließen von Olivin, um die Deformationsabhängigen Variationen im Fließverhalten des subkontinentalen oberen Mantels, das aus der dynamischen Rekristallisation entsteht, abzuschätzen. Hieraus läßt sich schließen, daß nach einer anfänglichen Periode des Fließens bei hohem Streß Teile des oberen Mantels sehr weich werden können, sofern nur die Korngröße genügend reduziert wird. Unter günstigen Bedingungen kann sich das Fließen direkt unter, zumindest aber in einem Bereich unter der Moho konzentrieren. Ein derartiges Verhalten steht in Übereinstimmung mit den Beobachtungen des Verhaltens der Dunite in der Ivrea-Zone sowie mit Interpretationen von seismischen Reflektoren des oberen Mantels.

Résumé En utilisant les lois de fluage fournies par la littérature à propos des roches courantes de la croûte et du manteau supérieur, il est possible de construire des courbes montrant la variation de la rigidité des roches en fonction de la profondeur dans la lithosphére continentale, ceci pour un gradient géothermique déterminé et pour une superposition déterminée des divers types de roches dans la croûte. De telles recherches conduisent à la conclusion que des changements brusques de rigidité peuvent se produire aux interfaces pétrologiques majeures, telle la discontinuité Moho; ces interfaces apparaissent de la sorte comme des endroits favorables à la production de décollements subhorizontaux importants. Les lois de fluage utilisées sont généralement supposées s'appliquer à la déformation plastique d'une roche à microstructure constante.Les auteurs pensent que les déplacements tectoniques les plus significatifs des masses rocheuses s'opèrent le long de shear zones localisées, caractérisées par une forte réduction de la taille des grains. Cette conception est illustrée par la déformation des roches basiques et ultrabasiques de la partie inférieure de la zone d'Ivrée (Italie du Nord), considérée comme une coupe à travers une partie d'une ancienne croûte continentale profonde. Les calculs de la variation de la ductilité des roches en fonction de la profondeur devraient donc utiliser des lois de fluage qui tiennent compte des variations de rigidité résultant des modifications microstructurales induites par la déformation.Les auteurs ont utilisé les résultats d'études récentes relatives aux relations entre le fluage de l'olivine et sa granularité; ils ont appliqué ces données à l'estimation de la manière dont varie la ductilité en fonction de la déformation dans le manteau supérieur sub-continental, dont les roches résultent de la recristallisation dynamique. Il en concluent qu'après une période initiale de flux sous haute contrainte, certaines parties du manteau supérieur peuvent devenir très déformables si leur grain a été suffisamment réduit. Dans des circonstances favorables, le flux peut se concentrer immédiatement sous Moho, ou se répartir dans une zone située sous Moho. Un tel comportement est en accord avec celui des dunites de la zone d'Ivrée, ainsi qu'avec l'interprétation des réflecteurs sismiques du manteau supérieur.

Kcyrcyacytcykcyocyiecy scyocydcyiecyrcyzhcyacyncyicyiecy Scy pcyocymcyocyshchcysoftcyyucy ocyscyncyocyvcyncyycykhcy zcyacy kcyocyncyocyvcy tcyiecykcyucychcyiecyscytcyicy mcyacytcyiecy rcyicyacylcyocyvcy dcylcyyacy bcyocylcysoftcyshcyiecyncyscytcyvcyacy tcyicypcyocy vcy pcyocyrcyocydcy kcyocyrcyycy vcy vcyiecyrcykhcyncyiecyjcy mcyacyncytcyicyicy, pcyrcyicyvcyiecydcyiecyncyncyycykhcy vcy lcyicytcyiecyrcyacytcyucyrcyiecy, mcyocyzhcyncyocy pcyocyscy tcyrcyocyicytcysoftcy kcyrcyicyvcyycyiecy kcyocylcyiecybcyacyncyicyyacy pcylcyocy tcyncyocyscytcyicy pcyocyrcyocydcyycy vcy zcyacyvcyicyscy icymcyocyscytcyicy ocytcy gcylcyucybcyicyncyycy zcyacylcyiecygcyacyncyicyyacy iecyiecy vcy kcyocyrcyiecy, pcyrcyicy ecytcyocymcy pcyrcyiecydcypcyocylcyacygcyacyyucytcy icyzcyvcyiecyscytcy ncyocyiecy chcyiecyrcyiecydcyocyvcyacyncyicyiecy scylcyocyiecy vcy tcyicypcyocyvcy pcyocyrcyocydcy vcy kcyocyrcyiecy icy ncyiecykcyicyiecy gcyiecy ocytcyiecyrcymcyicychcyiecyscykcyicyiecy gcyrcyacydcyicyiecy ncytcyycy. Tcyacykcyicyiecy icyscyscylcyiecydcyocyvcyacyncyicyyacy rcyacyzcyrcyiecyshcy acyyucytcy zcyacykcylcyyucychcyicytcysoftcy, chcytcyocy vcy pcylcyocytcyncyycykhcy pcyocyrcyocydcyacykhcy ncyacy pcyocy gcyrcyacyncyicychcyncyycykhcy pcyocyvcyiecyrcykhcyncyocyscy tcyyacykhcy mcyocygcyucytcy pcyocyyacyvcylcyyacytcysoftcyscyyacy, vcyiecyrcyocyyacytcyncyocy, rcyacymcypcyycy, kcyacykcy ncyacypcyrcy.: pcyocyvcyiecyrcykhcy ncyocyscytcysoftcy Mcyocykhcyocyrcyocyvcyicychcyicychcyacy. Tcyacykcyicyiecy pcy ocygcyrcyacyncyicychcyncyycyiecy pcyocyvcyiecyrcykhcyncyocy scytcyicy pcyocyvcyicydcyicymcyocymcyucy pcyrcyocyyacyvcylcyyacyyucy tcy tcyiecyncydcyiecyncytscyicyyucy, ocybcyrcyacyzcyocyvcyycy vcyacytcysoftcy scyucybcygcyocyrcyicyzcyocyncytcyacylcysoftcyncyycyiecy pcy lcyocyscykcyocyscytcyicy rcyacyscyscylcyacyicyvcyacyncy icyyacy. Ecytcyicy ocybcyshchcyicyiecy zcyacykcyocyncyycy tcyiecykcyucy chcyiecyscytcyicy, pcyrcyicymcyiecyncyiecyncyncyycyiecy pcyrcy icy ecytcyicykhcy rcyacyscyscychcyiecytcyacykhcy, vcyycyvcyiecydcy iecyncyycy icyzcy pcyrcyiecydcypcyocylcyocyzhcyiecyncyicyyacy, chcytcyocy pcyocytcyocykcy ncyacykhcyocydcyicytcyscyyacy vcy scytcyacy tscyicyocyncyacyrcyncyocymcy scyocyscytcyocyyacyncyicyicy icy mcyicykcyrcyocyscytcyrcyucykcytcyucyrcyacy pcyocyrcyocydcy pcyrcyicy ecytcyocymcy, kcyacykcy bcyucydcy tcyocy bcyycy ncyiecy icyzcymcyiecyncyyacyiecytcyscyyacy. Mcyocyzhcyncyocy pcyrcyiecydcypcyocylcyacygcyacytcysoftcy, chcy tcyocy vcyacyzhcyncyycyiecy tcyiecykcytcyocyncyicychcyiecyscy kcyicyiecy scymcyiecyshchcyiecyncyicyyacy icydcyucytcy vcy bcyocylcysoftcyshcy iecyncyscytcyvcyiecy pcyocyrcyocydcy vcydcyocylcysoftcy bcyocylcysoftcyshcyicykhcy zcyocyncy scykcyocy lcyacy, khcyacyrcyacykcytcyiecyrcyicyzcyucyyucyshchcyicykhcyscy yacy icyncytcyiecyncyscyicyvcyncyycymcy ucymcyiecyncysoftcyshcyiecyncyicyiecymcy gcyrcyacyncyucylcyocy mcyiecytcyrcyicychcyiecyscykcyocygcyocy scyocyscytcyacyvcy acy pcyocyrcyocydcy. Ecytcyucy kcyacyrcytcyicyncyucy pcyocydcy tcyvcyiecyrcyzhcydcyacyiecytcy dcyiecyfcyocyrcymcyacytscyicy yacy mcyiecytcyacybcyacyzcyicytcyocyvcyycykhcy icy ucylcysoftcytcy rcyacybcyacyzcyicytcyocyvcyycykhcy pcyocyrcyocydcy vcy gcy lcyucybcyicyncyncyycykhcy ocytcyrcyiecyzcykcyacykhcy Icyvcyrcyiecyacy, vcy scyiecyvcyiecy rcyncyocyjcy Icytcyacylcyicyicy; pcyrcyiecydcypcyocylcyacy gcyacyyucytcy, chcytcyocy ecytcyacy zcyocyncyacy yacyvcylcyyacyiecytcyscyyacy chcyacyscytcysoftcyyucy scyvcyicytcy, pcyrcyicyncyacydcylcyiecy zhcyacyshchcyicykhcy kcy gcylcyucybcyocykcyicymcy ucychcyacyscytcykcyacymcy mcy acytcyiecyrcyicykcyocyvcyocyjcy kcyocyrcyycy. Pcyocyecytcyocymcyucy, pcyrcyicy pcyocydcyscychcyiecytcyacy khcy vcyacyrcyicyacytscyicyjcy scypcyocyscyocybcyncyocyscy tcyicy kcy tcyiecykcyucychcyiecyscytcyicy pcyocyrcyocydcy vcy zcyacyvcyicyscyicymcyocyscytcyicy ocy tcy gcylcyucybcyicyncyycy, scylcyiecydcyucyiecytcy pcyrcyicymcyiecyncyyacytcysoftcy tcyiecy zcyacykcyocyncyycy tcy iecykcyucychcyiecyscytcyicy, kcyocytcyocyrcyycyiecy ucychcyicy tcyycyvcyacyyucytcy scytcyiecypcyiecyncyicy ucyscytcyocyjcychcyicyvcyocyscytcy icy, zcyacyvcyicyscyicymcyycyiecy ocytcy dcyiecyfcyocyrcymcy acytscyicyicy; pcyocyscylcyiecydcyncyiecyiecy vcyycytcyiecykcyacyiecytcy icy zcy icyzcymcyiecyncyiecyncyicyyacy tcyiecykcyscytcyucyrcyycy pcyrcyicy dcyiecyfcyocyrcymcyacytscyicyicy.Acyvcytcyocyrcyycy pcyrcyicyncyyacylcyicy vcyocy vcyncyicymcyacyncyicyiecy pcy ocyzcydcyncyicyiecy dcyacyncyncyycyiecy icyscyscylcyiecydcy ocyvcyacyncyicyjcy tcyiecykcyucychcyiecyscytcyicy ocylcyicyvcyicyncyacy vcy zcy acyvcyicyscyicymcyocyscytcyicy ocytcy vcyiecylcyicychcyicy ncyycy iecygcyocy zcyiecyrcyiecyncy, chcytcyocybcyycy ocytscyiecyncyicy tcysoftcy vcyacyrcyicyacytscyicyicy tcyiecykcyucychcyiecyscytcy icy scyucybcykcyocyncytcyicyncyiecyncytcyacylcysoftcyncyocyjcy vcyiecyrcykhcyncyiecyjcy mcyacyncytcyicyicy, zcyacyvcyicyscy icymcyycyiecy ocytcy dcyiecyfcyocyrcymcyacytscyicyicy, icy vcyocyzcyncyicy kcyacyyucyshchcyicyiecy pcyrcyicy dcyicyncyacymcyicychcyiecyscy kcyocyjcy pcyiecyrcyiecykcyrcyicyscytcyacylcylcyicyzcyacytscyicyicy. Ocytcyscyyucydcyacy mcyocyzhcyncyocy scydcyiecylcyacytcysoftcy vcyycyvcyocydcy, chcytcyocy pcyrcyicy bcyocylcysoftcyshcyocymcy scytcyrcyiecyscy scyiecy pcyocyscylcyiecy ncyacychcyacylcysoftcyncyocygcyocy pcy iecyrcyicyocydcyacy tcyiecychcyiecyncyicyyacy chcyacyscytcyicy vcyiecyrcykhcyncyiecy jcy mcyacyncytcyicyicy mcyocygcyucytcy vcy dcyacylcysoftcyncy iecyjcyshcyiecymcy ocychcyiecyncysoftcy rcyacyzcylcyicychcyacytcysoftcyscyyacy pcyocy icykhcy tcyiecykcyucychcyiecyscytcyicy, iecyscylcyicy vcyiecylcy icychcyicyncyacy zcyiecyrcyiecyncy ucymcyiecyncysoftcyshcyacyiecytcyscyyacy vcy dcy ocyscytcyacytcyocychcyncyocyjcy mcyiecyrcyiecy. Pcyrcyicy bcylcyacygcyocypcyrcyicyyacytcyncyycykhcy ucyscylcyocyvcyicyyacykhcy tcyiecykcyucychcyiecyscytcysoftcy mcy ocyzhcyiecytcy vcyocyzcyncyicykcyacytcysoftcy ncyiecypcyocyscy rcyiecydcyscytcyvcyiecyncyncyocy pcyocydcy, icylcyicy, pcyocy kcyrcyacyjcyncyiecyjcy mcyiecyrcy iecy, vcy rcyiecygcyicyocyncyiecy pcyocydcy pcyocyvcyiecyrcykhcyncyocyscytcysoftcyyucy Mcyocykhcy ocyrcyocyvcyicychcyicychcyacy. Tcyacykcyocyiecy pcyocyvcyiecy dcyiecyncyicyiecy scyocygcylcyacyscyucyiecytcyscyyacy scy ncyacybcylcyyucydcy iecyncyicyyacymcyicy pcyocyvcyiecydcyiecyncyicyyacy dcyucyncy icytcyacy vcy zcyocyncyiecy Icyvcyrcyiecyacy, acy tcyacykcyzhcyiecy scy icyncytcyiecyrcypcy rcyiecytcyacytscyicyiecyjcy dcyacyncyncyycykhcy scyiecyjcyscy mcyicychcyiecyscykcyicykhcy icyscyscylcyiecydcyocyvcyacyncyicyjcy vcyiecyrcykhcyncyiecy jcy mcyacyncytcyicyicy.
Keywords:
本文献已被 SpringerLink 等数据库收录!
设为首页 | 免责声明 | 关于勤云 | 加入收藏

Copyright©北京勤云科技发展有限公司  京ICP备09084417号