大别山含柯石英榴辉岩成岩深度测算.课件

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1、大别山榴辉岩成岩深度测算大别山榴辉岩成岩深度测算实验内容可行性研讨汇报人：罗 毅 甜2012-5-11实实 验验 依依 据据v对地壳岩石形成深度的研究是近对地壳岩石形成深度的研究是近30年来固体地年来固体地球科学的前沿课题之一。目前球科学的前沿课题之一。目前,除用地球物理除用地球物理测深方法外测深方法外,多数地质学家主要用测得的压力多数地质学家主要用测得的压力除以岩石的密度计算上覆岩石的深度除以岩石的密度计算上覆岩石的深度,这种方这种方法建立在压力与深度呈线性关系上法建立在压力与深度呈线性关系上,它忽略了它忽略了构造作用力对静水压力的影响构造作用力对静水压力的影响,所以所以,测得成岩测得成岩成

2、矿的深度值会比实际深度大。成矿的深度值会比实际深度大。v吕古贤提出用吕古贤提出用“构造附加静水压力构造附加静水压力”进行深度进行深度校正方法校正方法,是从测算压力中先消除构造附加静是从测算压力中先消除构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度。该方法建立水压力之后再计算上覆岩石厚度。该方法建立在对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上在对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型采用弹性固体模型代替静止流体模型,比沿袭比沿袭至今单纯用压力至今单纯用压力/密度方法得出的深度更符合密度方法得出的深度更符合于实际情况。于实际情况。实实 验验 依依 据据v吕古贤等用吕古贤等用“构造附

3、加静水压力构造附加静水压力”深度校正方深度校正方法，对胶东玲珑法，对胶东玲珑-焦家式金矿成矿深度进行了焦家式金矿成矿深度进行了构造校正测算构造校正测算，并据此预测胶东金矿深部存在并据此预测胶东金矿深部存在第二富集带的认识并得到探矿工程的初步证实第二富集带的认识并得到探矿工程的初步证实，并且用这一方法实测大别山地区英山县北超高并且用这一方法实测大别山地区英山县北超高压榴辉岩中含柯石英榴辉岩的形成深度是压榴辉岩中含柯石英榴辉岩的形成深度是32km，不是，不是100km或者更深。或者更深。v本实验将借鉴吕古贤本实验将借鉴吕古贤“构造附加静水压力构造附加静水压力”深深度校正方法，对大别山地区的度校正方

4、法，对大别山地区的新县新县和和岳西县岳西县榴榴辉岩的成岩深度进行构造校正测算，并与吕古辉岩的成岩深度进行构造校正测算，并与吕古贤贤（1998）等人实测的大别山地区等人实测的大别山地区英山县英山县含柯含柯石英榴辉岩的形成深度值进行对比分析。石英榴辉岩的形成深度值进行对比分析。研究现状研究现状v 王方正（王方正（19961996）、）、Wang et alWang et al（20042004）、）、Hu et alHu et al（20042004），），建立了地温梯度与地压梯度之间的关系式，用这种方法重新计算建立了地温梯度与地压梯度之间的关系式，用这种方法重新计算了国内外多作者已经发表的榴辉岩

5、和麻粒岩温压数据，发现它们了国内外多作者已经发表的榴辉岩和麻粒岩温压数据，发现它们的形成深度最大的形成深度最大45km45km，集中发育在，集中发育在35km35km。v 丁悌平（丁悌平（20002000）、）、DingDing（20042004），对于已经收集到的），对于已经收集到的Sr-NdSr-Nd、O O和和HeHe同位素资料进行了研究，其结果表明：超高压变质岩保存着同位素资料进行了研究，其结果表明：超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征，而末显示变质时受到地慢物质的影表壳岩石原岩的同位素特征，而末显示变质时受到地慢物质的影响。响。v 中国东海大陆探钻研究发现，岩石样品中大多数锆石

6、含有柯石英中国东海大陆探钻研究发现，岩石样品中大多数锆石含有柯石英包体包体(刘福来等，刘福来等，20032003，Lie er alLie er al，2004)2004)，证明苏鲁地体由榴，证明苏鲁地体由榴辉岩及其围岩所组成的巨量陆壳物质普遍地发生超高压变质作用辉岩及其围岩所组成的巨量陆壳物质普遍地发生超高压变质作用(李曙光等，李曙光等，1993)1993)；大量的区域地质填图、沉积与岩浆岩石学和；大量的区域地质填图、沉积与岩浆岩石学和研究资料并不支持深俯冲观点而表明大别山超高压变质作用发研究资料并不支持深俯冲观点而表明大别山超高压变质作用发育在壳内育在壳内2030km2030km深处深处(

7、马昌前等，马昌前等，19991999；汤加富等，；汤加富等，2003)2003)。研究现状研究现状v 陈晶等陈晶等(1995(1995）应用透射电子显微镜）应用透射电子显微镜(TEM)(TEM)对大别地区对大别地区英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中石榴子石进行研究，结果表明在强塑性变形的三类岩石榴子石进行研究，结果表明在强塑性变形的三类岩石中，石榴子石的超微构造特征存在明显的差异。她石中，石榴子石的超微构造特征存在明显的差异。她在前人在前人(Ando et al(Ando et al，1993)1993)研究的基础上，修正石榴研究的基础

8、上，修正石榴子石子石材料系数材料系数为为0.250.25，用石榴于石位错密度估算了用石榴于石位错密度估算了相对差应力值。相对差应力值。v 根据石榴子石位错密度测定的差异应力，结合石榴子根据石榴子石位错密度测定的差异应力，结合石榴子石的变形测量，吕古贤等石的变形测量，吕古贤等(1998)(1998)恢复构造三维主应力恢复构造三维主应力及构造附加静水压力值及构造附加静水压力值P PS S，从柯石英相转变压力，从柯石英相转变压力P P中消中消除构造附加静水压力值除构造附加静水压力值P PS S之后，利用单纯由重力引起之后，利用单纯由重力引起的静水压力值的静水压力值P PG G；换算上覆岩石重力和厚度

9、，获得大；换算上覆岩石重力和厚度，获得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅为别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅为32km32km的估算数据。据此提出该含柯石英榴辉岩是在这一地的估算数据。据此提出该含柯石英榴辉岩是在这一地壳深处壳深处(或稍深一些或稍深一些)受强烈构造作用而形成的新认识。受强烈构造作用而形成的新认识。实验目的和意义实验目的和意义 大别山地区构造纲要图大别山地区构造纲要图.北部岛弧杂岩;.南大别碰撞杂岩;.宿松变质盖层（吕古贤，1998）实验目的和意义实验目的和意义v这次实验的主要任务是要完成对这次实验的主要任务是要完成对榴辉岩中石榴子石榴辉岩中石榴子石构造应力应变的测量构

10、造应力应变的测量。通过观测石榴子石的位错密。通过观测石榴子石的位错密度，可定性推算岩石曾经经历的古差异应力，不仅度，可定性推算岩石曾经经历的古差异应力，不仅为测算深度提供计算参数，也为拟定区域构造演化为测算深度提供计算参数，也为拟定区域构造演化模式提供佐证。模式提供佐证。v大别山超高压变质带分布面积广泛，吕古贤（大别山超高压变质带分布面积广泛，吕古贤（19981998）只对英山县的含柯石英榴辉岩成岩深度校正，这次只对英山县的含柯石英榴辉岩成岩深度校正，这次实验增加了对新县和岳西县榴辉岩成岩深度的测算，实验增加了对新县和岳西县榴辉岩成岩深度的测算，可以增强结论的准确性，更有参考意义。可以增强结论

11、的准确性，更有参考意义。v同时，这次实验也增加了测算样品的数量，能使测同时，这次实验也增加了测算样品的数量，能使测算结果更精确。算结果更精确。v学习学习“构造附加静水压力构造附加静水压力”深度测量方法的原理及深度测量方法的原理及过程。过程。榴辉岩中的石榴子石榴辉岩中的石榴子石含柯石英榴辉岩含柯石英榴辉岩实实 验验 原原 理理v地质作用深度的构造校正测算方法，是从测地质作用深度的构造校正测算方法，是从测算压力算压力P中先消除掉构造附加静水压力中先消除掉构造附加静水压力PS，剩下由重力造成的重力附件静水压力剩下由重力造成的重力附件静水压力PG，再，再计算上覆岩石的厚度。计算上覆岩石的厚度。P=PS

12、 PG1 1 总静水压力总静水压力 P，一般采用矿物流体包裹体或一般采用矿物流体包裹体或者共生矿物的方法。在吕古贤者共生矿物的方法。在吕古贤（1998）含柯含柯石英榴辉岩的形成深度构造校正测算中，根石英榴辉岩的形成深度构造校正测算中，根据变形石榴子石含有柯石英等特征估算据变形石榴子石含有柯石英等特征估算压力压力值值P2.8GPa。实实 验验 原原 理理2 成岩构造应力场的恢复成岩构造应力场的恢复 在野外地质研究中要厘定明确的岩石变形方位，在野外地质研究中要厘定明确的岩石变形方位，依据野外实测结果并通过手标本或更小尺度变依据野外实测结果并通过手标本或更小尺度变形岩石的观测并计算出变形和应力数据。

13、形岩石的观测并计算出变形和应力数据。变形轴比：变形轴比：1=b/c;2=a/b;3=a/c3 古构造应力场测算古构造应力场测算 最大位错密度测量计算（最大位错密度测量计算（）应用透射电子显微镜应用透射电子显微镜（TEM）对大别山新县和对大别山新县和西岳县的含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密西岳县的含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密度进行研究度进行研究实实 验验 原原 理理差应力计算差应力计算 运用陈晶（运用陈晶（19951995）石榴子石位错密度计算古）石榴子石位错密度计算古应力差公式：应力差公式：/2=(b2)1/K （1）式中式中 常数常数K=2K=2，是差异应力，剪切模量是差异应力，剪切模量

14、=92.08GPa=92.08GPa，是位错密度，柏氏矢量是位错密度，柏氏矢量b=1.1526mb=1.1526m，材料系数材料系数=2.5=2.5（经修正）（经修正）即可计算出差应力值：即可计算出差应力值：A=13;B=23;C=12 实实 验验 原原 理理三维主应力计算三维主应力计算取得差应力值和应变比后，可以计算出取得差应力值和应变比后，可以计算出3个主应力值。个主应力值。当当1=e1+P1，3=e3+p3,pe时，假设时，假设1/3=p1/p3,也就是也就是p1/1=p3/3，可以利用方程可以利用方程 (2)其中为岩石或矿物的泊松比,=2.5；A和B是ac和bc变形面上相应的差应力实测

15、值；3是变形矿物的变形比值实实 验验 原原 理理4 成岩期构造附加静水压力值成岩期构造附加静水压力值 PS=（1+2+3）/35 含柯石英榴辉岩形成深度的推算含柯石英榴辉岩形成深度的推算重力附加静水压力重力附加静水压力 （3）PG=P-PS吕古贤（1998），选定地壳的岩石平均密度为2.7g/cm3，=0.25。根据公式（3），能计算出每100m岩柱的重力产生的附加静水压力PG。推算出：H=PG/PG 实实 验验 内内 容容v1)通过光学显微镜对含柯石英榴辉岩中的石榴子通过光学显微镜对含柯石英榴辉岩中的石榴子石进行应变测量，统计计算变形轴比：石进行应变测量，统计计算变形轴比：1=b/c;2=a

16、/b;3=a/cv2)应用透射电子显微镜（应用透射电子显微镜（TEM）对石榴子石位）对石榴子石位错密度进行统计，并估算相对差异应力值错密度进行统计，并估算相对差异应力值A、B。v3)根据石榴子石位错密度测定的差异应力根据石榴子石位错密度测定的差异应力,结合结合石榴子石的变形测量石榴子石的变形测量,恢复构造三维主应力及构恢复构造三维主应力及构造附加静水压力值造附加静水压力值PS。v4)从柯石英相的转变压力从柯石英相的转变压力P 中减去构造附加静水中减去构造附加静水压力值压力值PS 后后,利用单纯由重力引起的静水压力值利用单纯由重力引起的静水压力值PG 换算上覆岩石的重力和厚度换算上覆岩石的重力和

17、厚度,获得大别超高压获得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度。变质带含柯石英榴辉岩形成深度。问问 题题v英山县，根据变形石榴子石含有柯石英等特征英山县，根据变形石榴子石含有柯石英等特征估算的压力值估算的压力值P2.8GPa，在在新县和岳西县地区新县和岳西县地区能否适用能否适用v利用石榴子石位错密度来计算差应力值，公式利用石榴子石位错密度来计算差应力值，公式/2=(b2)1/K 中的参数：中的参数：常数常数K=2K=2，剪切模量，剪切模量=92.08GPa=92.08GPa，柏氏矢量，柏氏矢量 b=1.1526mb=1.1526m，材料系数材料系数=2.5=2.5 在在新县和岳西县地区能否适用新县和岳西县地区能否适用 请老师批评指正请老师批评指正