大別山含柯石英榴輝巖成巖深度測算

1、大別山榴輝巖成巖深度測算大別山榴輝巖成巖深度測算實驗內容可行性研討匯報人：羅 毅 甜2012 - 5 - 實實 驗驗 依依 據據v對地殼巖石形成深度的研究是近對地殼巖石形成深度的研究是近30年來固體地年來固體地球科學的前沿課題之一。目前球科學的前沿課題之一。目前, ,除用地球物理除用地球物理測深方法外測深方法外, ,多數地質學家主要用測得的壓力多數地質學家主要用測得的壓力除以巖石的密度計算上覆巖石的深度除以巖石的密度計算上覆巖石的深度, ,這種方這種方法建立在壓力與深度呈線性關系上法建立在壓力與深度呈線性關系上, ,它忽略了它忽略了構造作用力對靜水壓力的影響構造作用力對靜水壓力的影響, ,所以

2、所以, ,測得成巖測得成巖成礦的深度值會比實際深度大。成礦的深度值會比實際深度大。v呂古賢提出用呂古賢提出用“構造附加靜水壓力構造附加靜水壓力”進行深度進行深度校正方法校正方法, ,是從測算壓力中先消除構造附加靜是從測算壓力中先消除構造附加靜水壓力之后再計算上覆巖石厚度。該方法建立水壓力之后再計算上覆巖石厚度。該方法建立在對地殼巖石處于固體應力狀態(tài)的認識之上在對地殼巖石處于固體應力狀態(tài)的認識之上, 采用彈性固體模型代替靜止流體模型采用彈性固體模型代替靜止流體模型, ,比沿襲比沿襲至今單純用壓力至今單純用壓力/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實際情況。于實際情況。實實 驗驗 依

3、依 據據v呂古賢等用呂古賢等用“構造附加靜水壓力構造附加靜水壓力”深度校正方深度校正方法，對膠東玲瓏法，對膠東玲瓏-焦家式金礦成礦深度進行了焦家式金礦成礦深度進行了構造校正測算構造校正測算，并據此預測膠東金礦深部存在并據此預測膠東金礦深部存在第二富集帶的認識并得到探礦工程的初步證實第二富集帶的認識并得到探礦工程的初步證實，并且用這一方法實測大別山地區(qū)英山縣北超高并且用這一方法實測大別山地區(qū)英山縣北超高壓榴輝巖中含柯石英榴輝巖的形成深度是壓榴輝巖中含柯石英榴輝巖的形成深度是32km，不是，不是100km或者更深?；蛘吒?。v本實驗將借鑒呂古賢本實驗將借鑒呂古賢“構造附加靜水壓力構造附加靜水壓力”

4、深深度校正方法，對大別山地區(qū)的度校正方法，對大別山地區(qū)的新縣新縣和和岳西縣岳西縣榴榴輝巖的成巖深度進行構造校正測算，并與呂古輝巖的成巖深度進行構造校正測算，并與呂古賢賢（1998）等人實測的大別山地區(qū)等人實測的大別山地區(qū)英山縣英山縣含柯含柯石英榴輝巖的形成深度值進行對比分析。石英榴輝巖的形成深度值進行對比分析。研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀v 王方正（王方正（19961996）、）、Wang et alWang et al（20042004）、）、HuHu et al et al（20042004），），建立了地溫梯度與地壓梯度之間的關系式，用這種方法重新計算建立了地溫梯度與地壓梯度之間的關系式，用這種方法

5、重新計算了國內外多作者已經發(fā)表的榴輝巖和麻粒巖溫壓數據，發(fā)現(xiàn)它們了國內外多作者已經發(fā)表的榴輝巖和麻粒巖溫壓數據，發(fā)現(xiàn)它們的形成深度最大的形成深度最大45km45km，集中發(fā)育在，集中發(fā)育在35km35km。v 丁悌平（丁悌平（20002000）、）、DingDing（20042004），對于已經收集到的），對于已經收集到的Sr-NdSr-Nd、O O和和HeHe同位素資料進行了研究，其結果表明：超高壓變質巖保存著同位素資料進行了研究，其結果表明：超高壓變質巖保存著表殼巖石原巖的同位素特征，而末顯示變質時受到地慢物質的影表殼巖石原巖的同位素特征，而末顯示變質時受到地慢物質的影響。響。v 中國東海

6、大陸探鉆研究發(fā)現(xiàn)，巖石樣品中大多數鋯石含有柯石英中國東海大陸探鉆研究發(fā)現(xiàn)，巖石樣品中大多數鋯石含有柯石英包體包體( (劉福來等，劉福來等，20032003，Lie Lie erer al al，2004)2004)，證明蘇魯地體由榴，證明蘇魯地體由榴輝巖及其圍巖所組成的巨量陸殼物質普遍地發(fā)生超高壓變質作用輝巖及其圍巖所組成的巨量陸殼物質普遍地發(fā)生超高壓變質作用( (李曙光等，李曙光等，1993)1993)；大量的區(qū)域地質填圖、沉積與巖漿巖石學和；大量的區(qū)域地質填圖、沉積與巖漿巖石學和研究資料并不支持深俯沖觀點而表明大別山超高壓變質作用發(fā)研究資料并不支持深俯沖觀點而表明大別山超高壓變質作用發(fā)育在

7、殼內育在殼內2030km2030km深處深處( (馬昌前等，馬昌前等，19991999；湯加富等，；湯加富等，2003)2003)。研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀v 陳晶等陳晶等(1995(1995）應用透射電子顯微鏡）應用透射電子顯微鏡(TEM)(TEM)對大別地區(qū)對大別地區(qū)英山縣含柯石英榴輝巖、石英榴輝巖及石榴角閃巖中英山縣含柯石英榴輝巖、石英榴輝巖及石榴角閃巖中石榴子石進行研究，結果表明在強塑性變形的三類巖石榴子石進行研究，結果表明在強塑性變形的三類巖石中，石榴子石的超微構造特征存在明顯的差異。她石中，石榴子石的超微構造特征存在明顯的差異。她在前人在前人(Ando et al(Ando et al，1

8、993)1993)研究的基礎上，修正石榴研究的基礎上，修正石榴子石子石材料系數材料系數為為0.250.25，用石榴于石位錯密度估算了用石榴于石位錯密度估算了相對差應力值。相對差應力值。v 根據石榴子石位錯密度測定的差異應力，結合石榴子根據石榴子石位錯密度測定的差異應力，結合石榴子石的變形測量，呂古賢等石的變形測量，呂古賢等(1998)(1998)恢復構造三維主應力恢復構造三維主應力及構造附加靜水壓力值及構造附加靜水壓力值P PS S，從柯石英相轉變壓力，從柯石英相轉變壓力P P中消中消除構造附加靜水壓力值除構造附加靜水壓力值P PS S之后，利用單純由重力引起之后，利用單純由重力引起的靜水壓力

9、值的靜水壓力值P PG G；換算上覆巖石重力和厚度，獲得大；換算上覆巖石重力和厚度，獲得大別超高壓變質帶含柯石英榴輝巖形成深度僅為別超高壓變質帶含柯石英榴輝巖形成深度僅為32km32km的估算數據。據此提出該含柯石英榴輝巖是在這一地的估算數據。據此提出該含柯石英榴輝巖是在這一地殼深處殼深處( (或稍深一些或稍深一些) )受強烈構造作用而形成的新認識。受強烈構造作用而形成的新認識。實驗目的和意義實驗目的和意義 大別山地區(qū)構造綱要圖大別山地區(qū)構造綱要圖. 北部島弧雜巖; . 南大別碰撞雜巖; . 宿松變質蓋層（呂古賢，1998）實驗目的和意義實驗目的和意義v這次實驗的主要任務是要完成對這次實驗的主

10、要任務是要完成對榴輝巖中石榴子石榴輝巖中石榴子石構造應力應變的測量構造應力應變的測量。通過觀測石榴子石的位錯密。通過觀測石榴子石的位錯密度，可定性推算巖石曾經經歷的古差異應力，不僅度，可定性推算巖石曾經經歷的古差異應力，不僅為測算深度提供計算參數，也為擬定區(qū)域構造演化為測算深度提供計算參數，也為擬定區(qū)域構造演化模式提供佐證。模式提供佐證。v大別山超高壓變質帶分布面積廣泛，呂古賢（大別山超高壓變質帶分布面積廣泛，呂古賢（19981998）只對英山縣的含柯石英榴輝巖成巖深度校正，這次只對英山縣的含柯石英榴輝巖成巖深度校正，這次實驗增加了對新縣和岳西縣榴輝巖成巖深度的測算，實驗增加了對新縣和岳西縣榴

11、輝巖成巖深度的測算，可以增強結論的準確性，更有參考意義?？梢栽鰪娊Y論的準確性，更有參考意義。v同時，這次實驗也增加了測算樣品的數量，能使測同時，這次實驗也增加了測算樣品的數量，能使測算結果更精確。算結果更精確。v學習學習“構造附加靜水壓力構造附加靜水壓力”深度測量方法的原理及深度測量方法的原理及過程。過程。榴輝巖中的石榴子石榴輝巖中的石榴子石含柯石英榴輝巖含柯石英榴輝巖實實 驗驗 原原 理理v地質作用深度的構造校正測算方法，是從測地質作用深度的構造校正測算方法，是從測算壓力算壓力P中先消除掉構造附加靜水壓力中先消除掉構造附加靜水壓力PS，剩下由重力造成的重力附件靜水壓力剩下由重力造成的重力附件

12、靜水壓力PG，再，再計算上覆巖石的厚度。計算上覆巖石的厚度。 P= PS PG1 1 總靜水壓力總靜水壓力 P ，一般采用礦物流體包裹體或一般采用礦物流體包裹體或者共生礦物的方法。在呂古賢者共生礦物的方法。在呂古賢（1998）含柯含柯石英榴輝巖的形成深度構造校正測算中，根石英榴輝巖的形成深度構造校正測算中，根據變形石榴子石含有柯石英等特征估算據變形石榴子石含有柯石英等特征估算壓力壓力值值P2.8GPa 。 實實 驗驗 原原 理理2 成巖構造應力場的恢復成巖構造應力場的恢復 在野外地質研究中要厘定明確的巖石變形方位，在野外地質研究中要厘定明確的巖石變形方位，依據野外實測結果并通過手標本或更小尺度

13、變依據野外實測結果并通過手標本或更小尺度變形巖石的觀測并計算出變形和應力數據。形巖石的觀測并計算出變形和應力數據。 變形軸比：變形軸比：1 = b / c; 2 = a / b; 3 = a / c3 古構造應力場測算古構造應力場測算 最大位錯密度測量計算（最大位錯密度測量計算（） 應用透射電子顯微鏡應用透射電子顯微鏡（TEM）對大別山新縣和對大別山新縣和西岳縣的含柯石英榴輝巖中的石榴子石位錯密西岳縣的含柯石英榴輝巖中的石榴子石位錯密度進行研究度進行研究實實 驗驗 原原 理理差應力計算差應力計算 運用陳晶（運用陳晶（19951995）石榴子石位錯密度計算古）石榴子石位錯密度計算古應力差公式：應

14、力差公式： / 2=(b2)1/K （1） 式中式中 常數常數K=2K=2， 是差異應力，剪切模量是差異應力，剪切模量=92.08GPa=92.08GPa，是位錯密度，柏氏矢量是位錯密度，柏氏矢量b=1.1526mb=1.1526m，材料系數材料系數=2.5=2.5（經修正）（經修正）即可計算出差應力值：即可計算出差應力值： A=13; B=23; C=12 實實 驗驗 原原 理理三維主應力計算三維主應力計算取得差應力值和應變比后，可以計算出取得差應力值和應變比后，可以計算出3個主應力值。個主應力值。 當當1=e1+P1，3=e3+p3,pe時，假設時，假設1/3=p1/p3,也就是也就是p1

15、/1=p3/3，可以利用方程可以利用方程 (2)其中為巖石或礦物的泊松比 , =2.5 ；A和B是ac和bc變形面上相應的差應力實測值；3是變形礦物的變形比值實實 驗驗 原原 理理4 成巖期構造附加靜水壓力值成巖期構造附加靜水壓力值 PS=（1+2+3）/ 35 含柯石英榴輝巖形成深度的推算含柯石英榴輝巖形成深度的推算重力附加靜水壓力重力附加靜水壓力 （3）PG=P-PS呂古賢（1998），選定地殼的巖石平均密度為2.7g/cm3，=0.25。根據公式（3），能計算出每100m巖柱的重力產生的附加靜水壓力PG。 推算出 ： H=PG/PG 實實 驗驗 內內 容容v1) 通過光學顯微鏡對含柯石英

16、榴輝巖中的石榴子通過光學顯微鏡對含柯石英榴輝巖中的石榴子石進行應變測量，統(tǒng)計計算變形軸比：石進行應變測量，統(tǒng)計計算變形軸比：1 = b / c; 2 = a / b; 3 = a / cv2) 應用透射電子顯微鏡（應用透射電子顯微鏡（TEM）對石榴子石位）對石榴子石位錯密度進行統(tǒng)計，并估算相對差異應力值錯密度進行統(tǒng)計，并估算相對差異應力值A、B。v3) 根據石榴子石位錯密度測定的差異應力根據石榴子石位錯密度測定的差異應力, 結合結合石榴子石的變形測量石榴子石的變形測量, 恢復構造三維主應力及構恢復構造三維主應力及構造附加靜水壓力值造附加靜水壓力值PS 。 v4) 從柯石英相的轉變壓力從柯石英相的轉變壓力P 中減去構造附加靜水中減去構造附加靜水壓力值壓力值PS 后后, 利用單純由重力引起的靜水壓力值利用單純由重力引起的靜水壓力值PG 換算上覆巖石的重力和厚度換算上覆巖石的重力和厚度, 獲得大別超高壓獲得大別超高壓變質帶含柯石英榴輝巖形成深度。變質帶含柯石英榴輝巖形成深度。問問 題題v英山縣，根據變形石榴子石含有柯石