高温高压下斜长角闪岩的Vp:熔体含量和形态的综合影响

在YJ3000t高压装置上,利用超声波脉冲透射-反射法测量恒压0.6GPa,1.0GPa和2.0GPa,室温至1 195℃条件下斜长角闪岩的纵波波速(Vp),统计了实验中间产物中各组分的体积百分含量和熔体形态(二面角),并根据主要矿物含量和弹性参数,利用VRH平均模型计算了高温高压下斜长角闪岩的Vp。结果显示,不同压力下,样品的Vp随温度升高首先缓慢降低,在温度达约850℃～950℃时转而快速下降。实验产物观测显示,随温度升高熔体含量显著增加,二面角不断减小,熔体由封闭囊状演变为连通薄膜,部分熔融是导致岩石Vp快速降低的主要因素。高温高压下Vp计算结果与测量结果有相同的Vp-T变化趋势,其对比研究表明,岩石初始熔融时,熔体尚未连通,此时熔体含量控制着岩石Vp的降低。部分熔融加剧导致熔体逐渐连通,此时不同压力下熔体导致Vp下降有差异,这可能与熔体连通过程中熔体薄膜的形态因子变化有关。     

高温高压下斜长角闪岩弹性、电学性质及其地质意义

在1.0GPa、室温至700℃条件下,分别采用超声波反射-投射法和阻抗谱法,测量了华北克拉通北缘绿泥石化斜长角闪岩的弹性波纵波速度和电导率.在常温、压力＞0.35 GPa的条件下,斜长角闪岩的弹性波纵波速度与压力呈线性关系,说明此时岩石中的微裂隙已经基本闭合.依据该线性关系,得到常温常压下斜长角闪岩的弹性波纵波速度为6.390 7 km/s,压力系数为0.160 6 km/(s·GPa).在1.0 GPa条件下,斜长角闪岩的弹性波纵波速度与温度呈线性关系,温度系数为-0.000 594 km/(s·℃).在1.0 GPa、200～700℃条件下,斜长角闪岩样品的电导率符合Arrhenius公式,指前因子为25.78～105.32 S/m,活化能为0.57～0.66 eV.利用实验获得的弹性波纵波速度及其温度系数和压力系数以及电导率与温度的关系,结合现今华北克拉通地热学的基本参数,计算得到斜长角闪岩的弹性波纵波速度-深度剖面和电导率-深度剖面,将二者分别与华北克拉通北缘深部地壳的弹性及电性结构进行对比的结果表明:高温高压下绿泥石化斜长角闪岩的弹性波纵波速度与该地区中地壳速度相当,电导率介于中、下地壳范围内.综合来看,实验的绿泥石化斜长角闪岩有可能是组成现今华北克拉通北缘的中地壳岩石之一.     

高压下斜长角闪岩部分熔融对v_p的影响

高温高压下岩石弹性波速原位测量是研究地壳结构和探讨地震波低速层形成机制的重要手段。前人通过高温高压岩石部分熔融条件下的弹性波速原位测量,证实了高温下岩石中发生的矿物脱水和部分熔融是地震波低速层的重要成因之一。然而,目前的研究多集中在高温高压     

1.0GPa和常温至1100 ℃条件下角闪石斜长片麻岩的V_p变化:实验测量与理论计算

在1．0GPa、常温至1100℃条件下测量了角闪石斜长片麻岩的纵波速度（Vp）,并统计了不同温度实验产物中各种矿物的体积百分含量。结果显示,1．0GPa下,角闪石斜长片麻岩的Vp首先随温度升高（室温至700℃）缓慢降低约6％,然后（700—850℃）快速降低约6％,再（850～950℃）转而急剧升高15％～25％,最后（T〉950℃）又快速下降。实验产物分析表明在高温高压下α-石英-β石英相变和岩石部分熔融是岩石Vp异常变化的主要因素。由取样产物的矿物含量和弹性参数,计算了各温度条件下岩石的Vp得出与实验测量相同的波速-温度变化趋势,即Vp随温度升高先缓慢降低,接着快速降低后又急剧升高,最后又快速减小。实验测量和理论计算对比研究表明,通过高温高压下岩石中的物相变化观测结果进行岩石波速的计算,是检验岩石弹性波速测量结果和研究地球内部地震波结构的一种有效方法。     

1.0GPa和常温至1100℃条件下角闪石斜长片麻岩的Vp变化: 实验测量与理论计算

在1.0GPa、常温至1100℃条件下测量了角闪石斜长片麻岩的纵波速度（V_p）,并统计了不同温度实验产物中各种矿物的体积百分含量。结果显示,1.0GPa下,角闪石斜长片麻岩的V_p首先随温度升高（室温至700℃）缓慢降低约6％,然后（700~850℃）快速降低约6％,再（850~950℃）转而急剧升高15％~25％,最后（T>950℃）又快速下降。实验产物分析表明在高温高压下α石英-β石英相变和岩石部分熔融是岩石V_p异常变化的主要因素。由取样产物的矿物含量和弹性参数,计算了各温度条件下岩石的V_p,得出与实验测量相同的波速-温度变化趋势,即V_p随温度升高先缓慢降低,接着快速降低后又急剧升高,最后又快速减小。实验测量和理论计算对比研究表明,通过高温高压下岩石中的物相变化观测结果进行岩石波速的计算,是检验岩石弹性波速测量结果和研究地球内部地震波结构的一种有效方法。     

高温高压下含水矿物脱水对斜长岩纵波速度的影响

在1GPa、室温至880℃条件下对斜长岩的纵波速度进行了测量，并对实验产物进行了鉴定分析，讨论了含水矿物脱水对岩石纵波速度的影响。实验结果表明，在680℃左右，由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石开始脱水，矿物脱水产生的流体及其所引起岩石结构的变化可使岩石纵波速度降低10％左右。这意味着通过矿物脱水这一机制可以形成壳内低速层。     

1.5GPa、950℃下块状斜长角闪岩部分熔融微量元素的分配特征

在1.5GPa,950℃,恒温101h条件下对华北北缘太古宙地体中的斜长角闪岩块状样品进行了脱水部分熔融实验,实验产物组合为Hb+Cpx+Gt+Gl,获得的熔体为花岗闪长质成分。利用LA-ICP-MS测试了矿物和熔体的微量元素,获得该体系内各矿物/熔体的微量元素分配系数。角闪石、单斜辉石和石榴石的分配系数与前人在类似条件下的实验结果基本一致。这说明无论实验的初始物质是粉末状还是块状,对元素的分配没有太大的影响。各矿物的REE分配系数对离子半径的拟合曲线很好地符合晶格应变弹性模型。整体特征上,角闪石、单斜辉石和石榴石的LILE,LREE分配系数较低,而HREE的分配系数较高,石榴石具有强烈富集HREE的特征。由此,造成实验熔体表现出LILE、LREE富集而HREE亏损的特征。残留相中无金红石,使得熔体中没有明显的Nb、Ta负异常。熔体的主-微量元素特征符合华北北缘中生代埃达克质岩石的基本特征,进一步支持了该类岩石"可能起源于古老下地壳的部分熔融"的成因模式。     

950℃、1.0～3.5GPa下斜长角闪岩脱水熔融——压力和时间对结构的影响

利用YJ-3000t和JL-3600t多顶砧压力机,以哀牢山造山带南部红河县大白能—乐育剖面上的天然块状斜长角闪岩为初始样品,在950℃、1.0～3.5GPa、恒温20～300h条件下进行了两个系列的斜长角闪岩块状样品脱水部分熔融实验:(1)保持温度T=950℃,加热时间t=100h不变,改变压力(1.0～3.5GPa)的实验;(2)保持温度T=950℃,压力p=3.0GPa不变,改变加热时间(20～300h)的实验。结果表明,1.0～3.5GPa、950℃、恒温100h的条件下,随压力升高,斜长角闪岩中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(1.0～1.5GPa)和单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石(2.0～3.5GPa)的矿物组合。3.0GPa、950℃条件下,随加热时间增加,实验产物中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石的矿物组合(20～100h)和单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(150～300h)。斜长角闪岩的原岩结构决定了实验产物中新生矿物和熔体的分布。依据实验产物的矿物组合和新生矿物的分布特征,讨论了950℃、1.0～3.5GPa、恒温(20～300h)条件下,斜长角闪岩部分熔融过程的结构变化、变质反应以及石榴石冠状体的成因。