青藏高原東南緣深源巖石包體組構(gòu)及地震波各向異性約束的地殼各向異性

青藏高原東南緣深源巖石包體組構(gòu)及地震波各向異性約束的地殼各向異性

0地殼變形、地震波各向異性和地殼淺部定向排列取代印度大陸和歐亞大陸的沖突導(dǎo)致青藏高原的強(qiáng)烈地殼變形和縮短。地震波各向異性是了解地球內(nèi)部物質(zhì)變形方式的重要手段（研究表明，上地殼地震波各向異性主要由地殼淺部定向排列的裂隙引起（迄今為止，已有學(xué)者在青藏高原東南緣開(kāi)展了大量的Pms震相測(cè)量（1中、下地殼最重要的礦物cpo和地震波的各向異性1.1角閃石的cpo類型隨著地殼深度增加，角閃石礦物含量增加，作為下地殼的主要礦物，角閃石在構(gòu)造變形的過(guò)程中形成了特定的組構(gòu)并在宏觀上顯示出強(qiáng)烈的各向異性（在地殼水平剪切的條件下，在低應(yīng)力低溫情況下，角閃石Type-I型CPO形成最大剪切波各向異性方向平行于流動(dòng)方向，對(duì)于近垂直傳播的P波和S波，其顯示較低的V1.2斜長(zhǎng)石的cpo類型和各向異性斜長(zhǎng)石是中、下地殼最主要的造巖礦物，約占地殼總重量的51%（1.3云的cpo類型和各向異性富含云母的巖石常常表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性特征，所以云母常常主導(dǎo)著中地殼長(zhǎng)英質(zhì)巖石的各向異性（1.4彈性波速度高、晶圓級(jí)差異輝石是組成地殼高溫變質(zhì)巖石的主要礦物之一．斜方輝石的V巖石的宏觀各向異性是由組成巖石的礦物含量及其分布決定的．在構(gòu)造應(yīng)力作用下，云母和角閃石彈性波速度最快的晶格方向傾向于分布在宏觀構(gòu)造面理內(nèi)，而斜長(zhǎng)石彈性波速度較低的晶格方向則傾向于沿宏觀構(gòu)造面理的方向分布，具有削弱巖石各向異性的作用．因此，地殼巖石最終顯示出的宏觀各向異性強(qiáng)度比單一礦物的各向異性強(qiáng)度要低得多（2巖石學(xué)和礦物學(xué)特征研究區(qū)位于青藏高原東南緣，哀牢山—紅河剪切帶西北部，揚(yáng)子塊體西緣（圖1a）．沿著哀牢山—紅河剪切帶發(fā)育了早晚兩期新生代高鉀巖漿活動(dòng)：（1）早期高鉀巖漿（42～24Ma），分布于哀牢山—紅河剪切帶西北部，巖石類型主要為正長(zhǎng)巖、粗面巖、粗安巖和鉀玄質(zhì)煌斑巖，巖漿巖中發(fā)現(xiàn)含有大量的鎂鐵質(zhì)深源包體（本次研究樣品為采自云南省鶴慶縣六合鄉(xiāng)河?xùn)|村正長(zhǎng)斑巖中的深源巖石包體（圖1b），寄主巖石巖性為正長(zhǎng)斑巖、二長(zhǎng)斑巖等（圖1c,d）（巖石包體樣品主要為石榴石透輝巖，斜長(zhǎng)角閃巖，角閃石巖．選取3件斜長(zhǎng)角閃巖，3件角閃石巖，3件石榴透輝巖進(jìn)行研究．斜長(zhǎng)角閃巖（Y16-79、Y16-85和Y16-88），直徑約8cm，包體呈橢圓狀，灰黑色，主要礦物為角閃石和斜長(zhǎng)石，角閃石呈定向排列（圖2a），含少量單斜輝石、白云母和黑云母；角閃石含量約27%～63%，綠色，柱狀或?qū)挵鍫罹w；斜長(zhǎng)石含量約為33%～71%，風(fēng)化較嚴(yán)重．樣品Y16-88含單斜輝石約25%，副礦物可見(jiàn)磷灰石、榍石等．角閃石巖（Y16-89、Y16-90、Y16-107），墨綠色，直徑約5cm，風(fēng)化程度不同，包體呈橢圓狀，角閃石含量>90%，含少量單斜輝石和斜長(zhǎng)石，副礦物為綠簾石、榍石等．石榴石透輝巖（Y16-75、Y16-91和Y16-98），灰綠色，直徑約4cm，包體呈橢圓狀，主要由石榴石和透輝石組成，含石榴石7%～28%，透輝石47%～77%，含少量角閃石、白云母和黑云母；透輝石呈定向排列（圖2b），顯微鏡下可見(jiàn)透輝石波狀消光（圖2c,d），石榴石內(nèi)部包含角閃石、石英、榍石等礦物（圖2e），可見(jiàn)小顆粒石榴石呈串珠狀定向排列（圖2f），單斜輝石、角閃石呈篩網(wǎng)狀，副礦物為榍石（圖2e）、金紅石（圖2f）等．3巖石包體中礦物的cpo檢測(cè)巖石包體樣品中礦物的主要元素分析在中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用配備4道波譜儀的JEOLJXA-8230電子探針進(jìn)行測(cè)試分析．所有測(cè)試數(shù)據(jù)均進(jìn)行了ZAF校正處理．利用角閃石-黑云母（巖石包體樣品中礦物的CPO測(cè)量在中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用ZeissEVOMA15掃描電鏡及OxfordAztec軟件進(jìn)行EBSD測(cè)量分析．采用巖石包體薄片大面積自動(dòng)掃描技術(shù)，掃描步長(zhǎng)約18～30μm，利用PFctf＿PC2軟件計(jì)算礦物CPO極圖．由于巖石包體樣品來(lái)源于地殼深部，并被正長(zhǎng)斑巖捕獲攜帶至地表，無(wú)法直觀地獲得巖石包體樣品的宏觀面理和線理．深源巖石包體中的主要礦物為角閃石和單斜輝石，已有研究表明單斜輝石的CPO多表現(xiàn)為[001]軸近似平行于拉伸線理方向，（010）的法線近于垂直面理（4研究結(jié)果4.1巖石層的平衡、壓力和來(lái)源深度利用角閃石-黑云母（4.2巖石包體中單斜輝石的cpoEBSD測(cè)量結(jié)果顯示地殼巖石包體中角閃石的[001]軸的極密平行于由單斜輝石確定的線理方向（圖3、圖4）．樣品Y16-79、Y16-85、Y16-75和Y16-91顯示（100）面的法線形成垂直于面理的點(diǎn)極密，（010）面的法線在面理內(nèi)形成極密或環(huán)帶，顯示（100)[001]滑移特征．樣品Y16-88、Y16-89、Y16-90、Y16-107和Y16-98顯示（100）面和（010）面的法線形成垂直于線理方向的環(huán)帶，為T(mén)ype-IV型角閃石CPO.地殼巖石包體中單斜輝石的CPO主要為2種類型（圖4）．部分樣品（Y16-88、Y16-89、Y16-90、Y16-75和Y16-98）顯示[001]軸形成與線理方向一致的點(diǎn)極密，[010]軸形成面理法線方向的點(diǎn)極密，為SL型CPO特征（圖4）；部分樣品（Y16-79、Y16-107和Y16-91）中單斜輝石顯示[001]軸形成與線理方向一致的點(diǎn)極密，[100]軸形成面理法線方向的點(diǎn)極密，為（100)[001]滑移的CPO特征．斜長(zhǎng)角閃巖和角閃石巖包體中部分斜長(zhǎng)石的CPO顯示[100]軸和[001]軸在面理內(nèi)形成環(huán)帶，[010]軸形成面理法線方向的極密，為Axial-B型CPO特征（樣品Y16-85、Y16-89和Y16-107）（圖5）；部分斜長(zhǎng)石的CPO特征不明顯，僅見(jiàn)[001]軸形成與線理方向近似平行的極密（樣品Y16-79、Y16-88和Y16-90）（圖5).地殼巖石包體中僅斜長(zhǎng)角閃巖樣品中云母含量較高，但黑云母的CPO特征不明顯，樣品Y16-79中白云母的CPO特征較典型，表現(xiàn)為（100）面和（010）面的法線在面理內(nèi)形成環(huán)帶，[001]軸形成垂直于線理方向的環(huán)帶（圖6）．盡管石榴石透輝巖中石榴石的含量較高且定向排列（圖2f），石榴石并未顯示明顯的CPO特征，其特征結(jié)晶學(xué)方位[100]、[111]和[010]軸基本表現(xiàn)為無(wú)序排列．4.3地震波各向異性計(jì)算結(jié)果根據(jù)礦物的彈性參數(shù)、體積百分比及CPO數(shù)據(jù)計(jì)算，使用Voigt-Reuss-Hill平均可獲得巖石包體樣品的全巖地震波參數(shù)（表2）．地殼巖石包體樣品的全巖快剪切波（V地殼巖石包體樣品除Y16-85、Y16-75、Y16-91和Y16-98外，全巖最大剪切波各向異性（AV計(jì)算獲得地殼巖石包體中斜長(zhǎng)角閃巖的全巖P波各向異性（AV5討論5.1不同地質(zhì)溫度下的構(gòu)造變形由巖石包體樣品的平衡壓力計(jì)算可知，六合地區(qū)斜長(zhǎng)角閃巖、角閃石巖和石榴石透輝巖包體的平衡壓力介于8.0～10.4kbar之間，來(lái)源于地殼28～36km深處，這與由前文可知，角閃石的CPO顯示（100)[001]滑移和Type-IV型CPO特征．利用T(Hbl-Pl）地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算獲得的斜長(zhǎng)角閃巖和角閃石巖的平衡溫度為661～894℃（表1），利用T(Gt-Cpx）地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算獲得的石榴石透輝巖的平衡溫度為605～762℃（表1），該計(jì)算結(jié)果與角閃石的Type-IV型CPO形成于高溫下（>700℃）的條件一致．而本次研究的深源巖石包體樣品均經(jīng)歷了不同程度的風(fēng)化和退變質(zhì)，其中斜長(zhǎng)角閃巖和角閃石巖樣品風(fēng)化較嚴(yán)重，礦物成分受到風(fēng)化的影響變化較大．因此，我們認(rèn)為利用T(Hbl-Bt）地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算獲得的平衡溫度較低可能代表了退變質(zhì)溫度或受風(fēng)化作用的影響，礦物成分發(fā)生變化，而利用T(Hbl-Pl）和T(Gt-Cpx）地質(zhì)溫度計(jì)的計(jì)算結(jié)果代表了中-下地殼的溫度．由此可見(jiàn)，六合地區(qū)的深源巖石包體的變形特征和平衡溫度顯示該地區(qū)中-下地殼為高溫環(huán)境．對(duì)顯示（100)[001]滑移的兩種分類命名的角閃石CPO的滑移系均為（100)[001]滑移，Type-I型CPO為實(shí)驗(yàn)條件下溫度低于600℃、低應(yīng)力條件下的分類（單斜輝石顯示（100)[001]滑移表明其為高溫（800～900℃）變形特征（5.2石包體全巖與地殼厚度前人在青藏高原東南緣利用Pms震相測(cè)量獲得地殼各向異性參數(shù)并對(duì)研究區(qū)的殼幔變形進(jìn)行了分析（青藏高原東南緣地區(qū)近NW-SE向的Pms快波方向與主要斷裂走向一致，但是與水平主壓應(yīng)力方向（σ地震波計(jì)算結(jié)果顯示，深源巖石包體全巖沿線理方向的AV由于印度板塊與歐亞板塊的碰撞，青藏高原東南緣早期中-下地殼中韌性變形的富含角閃石、云母的巖石沿著喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，走向從最初的E-W向旋轉(zhuǎn)至現(xiàn)今的近N-S向（本次研究顯示，云南六合地區(qū)中-下地殼巖石（角閃石巖、斜長(zhǎng)角閃巖、石榴石透輝巖）與地表巖石相比變形較弱，在地殼深部巖石中云母含量相對(duì)較少（<11.68%）（表1）．最大剪切波各向異性（AV本次研究以中-下地殼富含角閃石的巖石為主，未考慮中地殼中富含云母的巖層對(duì)地震波各向異性的貢獻(xiàn)．將本次研究結(jié)果與由前文知，六合地區(qū)的地殼的深度約50km，排除上地殼（<15km）對(duì)Pms分裂延時(shí)的貢獻(xiàn)，中地殼15km的片巖層可產(chǎn)生約0.3s的分裂延遲時(shí)間（5.3青藏高原東南緣巖石圈變形方式轉(zhuǎn)換對(duì)比青藏高原東南緣SKS與Pms測(cè)量結(jié)果有可能對(duì)認(rèn)識(shí)該地區(qū)的巖石圈變形提供啟示（圖8）．在26°N以北，SKS快波方向?yàn)榻麼W-SE向，與斷裂帶的走向（金沙江斷裂）以及Pms的快波方向相近．而在26°N以南，SKS快波方向近E-W向，與板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方向（APM）一致，但是與地表構(gòu)造帶的走向、GPS、地表變形場(chǎng)以及Pms的快波方向呈大角度相交（圖8)(在26°N以北，Pms的平均分裂延遲時(shí)間（δt）約0.51s(26°N—32°N,96°E—106°E;但是在26°N南部，緬甸板塊向NE的俯沖影響了地幔物質(zhì)的流動(dòng)方向（6地殼變形的構(gòu)造背景通過(guò)對(duì)云南六合地區(qū)斜長(zhǎng)角閃巖、角閃石巖和石榴石透輝巖包體樣品的巖石學(xué)、顯微組構(gòu)和地震波各向異性研究，獲得如下結(jié)論：(1）斜長(zhǎng)角閃巖、角閃石巖、石榴石透輝巖包體的來(lái)源深度為28～36km，屬于中-下地殼巖石包體．(2）巖石包體中角閃石顯示Type-IV型和（100)[001]滑移的CPO特征，單斜輝石顯示SL型和（100)[001]