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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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紅河-哀牢山剪切帶巴羅型變質(zhì)系列溫壓、物性模擬及其對(duì)地殼流的啟示
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紅河-哀牢山剪切帶巴羅型變質(zhì)系列溫壓、物性模擬及其對(duì)地殼流的啟示 作者:冀磊 發(fā)布時(shí)間:2024-09-09 富含黏土的巖石在埋藏到中、下地殼的過(guò)程中表現(xiàn)出系統(tǒng)的礦物相轉(zhuǎn)變，隨地殼深度的增加（溫度、壓力增加）巖石的變質(zhì)程度逐漸遞增，由此形成空間規(guī)律性分布的一系列變質(zhì)巖石通常被稱為巴羅式變質(zhì)帶。地殼高應(yīng)變區(qū)折返抬升出地表的巴羅式變質(zhì)序列巖石為揭示造山過(guò)程中發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了絕佳的機(jī)會(huì)。以青藏高原東南緣為例，地殼尺度的剪切帶吸收了印度-亞歐板塊碰撞的30-40%的能量和變形（圖1a）。其中，紅河-哀牢山剪切帶作為印支地體東側(cè)邊界是造山帶側(cè)向最重要的構(gòu)造不連續(xù)帶之一。然而，相對(duì)于構(gòu)造變形方面的研究巖石變質(zhì)過(guò)程中礦物相轉(zhuǎn)變、不同變質(zhì)級(jí)別巖石的物理性質(zhì)和流變學(xué)特征并未系統(tǒng)研究。近年來(lái)構(gòu)造變形研究揭示紅河-哀牢山剪切帶漸新世曾發(fā)育大規(guī)模的地殼流。因此，系統(tǒng)紅河-哀牢山剪切帶內(nèi)變質(zhì)巖石分布規(guī)律，開展不同變質(zhì)程度巖石的溫壓、物性模擬并結(jié)合地球是深入揭示大陸地殼巖石變形、造山帶側(cè)向動(dòng)力學(xué)過(guò)程重要基礎(chǔ)。 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院冀磊副研究員與牛津大學(xué)Richard Palin副教授合作，在系統(tǒng)野外地質(zhì)填圖基礎(chǔ)上（圖1b-d），深入研究了紅河-哀牢山剪切帶的巴羅式遞增變質(zhì)帶巖石變質(zhì)變形過(guò)程及其相關(guān)物理性質(zhì)的變化，研究發(fā)現(xiàn)紅河斷裂附近在遞增變質(zhì)帶白云母脫水殆盡后形成夕線石+鉀長(zhǎng)石帶，帶內(nèi)存在以殘存藍(lán)晶石為特征的高壓麻粒巖。文章首次報(bào)道了青藏高原東南緣沿紅河斷裂附近產(chǎn)出有超過(guò)250 km的高壓麻粒巖帶，高壓麻粒巖帶自始新世從下地殼12-16 Kbar （~45-55km）、850℃的變質(zhì)峰期溫度折返至地表，而剪切帶西南邊緣巴羅式變質(zhì)帶中的云母片巖單元?jiǎng)t自中地殼7.0-8.0 Kbar （~25km）、650℃的變質(zhì)峰期溫度折返至地表，揭示紅河斷裂是剪切帶的折返與熱流中心。 圖1 (a)青藏高原東南緣構(gòu)造輪廓圖，(b)哀牢山地質(zhì)簡(jiǎn)圖，(c)哀牢山南段采樣位置，(d)元江、元陽(yáng)綜合地質(zhì)剖面 詳細(xì)的熱力學(xué)及物性模擬揭示白云母脫水分解反應(yīng)線與藍(lán)晶石向夕線石轉(zhuǎn)變線之間所夾區(qū)域巖石部分熔融程度可達(dá)到10%以上（圖2），此區(qū)域的巖石密度、波速及波速比明顯降低，與地球物理在深大剪切帶所推測(cè)的地殼流性質(zhì)較為吻合（圖3），為地殼流發(fā)育的有利區(qū)域。結(jié)合礦物相變導(dǎo)致的巖石熱物理性質(zhì)模擬揭示藍(lán)晶石→夕線石類質(zhì)同象轉(zhuǎn)變反應(yīng)的反應(yīng)自由能很小可以形成反應(yīng)過(guò)渡帶，并且由于藍(lán)晶石的密度大于夕線石反應(yīng)過(guò)程中變斑晶的體積會(huì)明顯增大導(dǎo)致熔體從巖石中擠出而是巖石的整體密度增加，因此藍(lán)晶石→夕線石的反應(yīng)可充當(dāng)下地殼剪切帶水平熔體運(yùn)移的頂部“封蓋”（圖4）。 圖2 紅河-哀牢山剪切帶遞增變質(zhì)帶巖石P-T軌跡。(a)石榴石帶內(nèi)石榴云母片巖，(b)十字石帶內(nèi)十字石榴石云母片巖，(c)藍(lán)晶石帶內(nèi)石榴藍(lán)晶石云母片巖，(d)夕線石-鉀長(zhǎng)石帶內(nèi)含藍(lán)晶石夕線二長(zhǎng)片麻巖 圖3 紅河-哀牢山剪切帶遞增變質(zhì)帶巖石P-T軌跡。(a)石榴石帶內(nèi)石榴云母片巖，(b)十字石帶內(nèi)十字石榴石云母片巖，(c)藍(lán)晶石帶內(nèi)石榴藍(lán)晶石云母片巖，(d)夕線石-鉀長(zhǎng)石帶內(nèi)含藍(lán)晶石夕線二長(zhǎng)片麻巖 文章系統(tǒng)的研究了遞增變質(zhì)帶巖石的空間分布、變質(zhì)時(shí)代、溫度、壓力、密度、波速和波速比的變化規(guī)律，研究揭示中地殼十字石出現(xiàn)的反應(yīng)巖石的密度、波速及波速比會(huì)發(fā)現(xiàn)較大的增加，夕線石的形成會(huì)降低巖石的密度和波速比，但巖石的縱波與橫波速度會(huì)發(fā)生跳躍式增加，綠泥石的脫水控制了上地殼巖石物理性質(zhì)的變化，是泥質(zhì)巖石密度和波速增加同時(shí)導(dǎo)致波速比降低的主要原因，該項(xiàng)研究為深入理解喜馬拉雅造山帶的側(cè)向動(dòng)力學(xué)及含礦熔體的賦存規(guī)律過(guò)程提供了重要的巖石學(xué)基礎(chǔ)。最終成果發(fā)表在Nature Index期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。 圖4紅河-哀牢山剪切帶新生代遞增變質(zhì)帶巖石構(gòu)造演化過(guò)程。(a)始新世，(b)漸新世，(c)中新世，(d)元江-墨江密度剖面圖(據(jù)石磊等，2015)，(e)臨滄-玉溪寬角反射剖面圖(據(jù)王夫運(yùn)等，2014) 文章鏈接https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JB027253 Lei Ji, Fulai Liu, Richard Palin, Fang Wang, Zaibo Sun. 2024. Thermal and Physical Properties of Barrovian Metamorphic Sequence Rocks in the Ailao Shan-Red River Shear Zone, and Implications for Crustal Channel Flow. https://doi.org/10.1029/2023JB027253 |
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