干钾长石多晶集合体的高温高压流变学实验研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pisahaochima
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随着大陆表壳岩石中超高压指示矿物柯石英的发现,大陆深俯冲成为了研究大陆岩石圈结构、特性、行为的重要窗口之一。大陆俯冲带超高压变质岩中主要岩石类型为长英质片麻岩,其流变学性质决定了大陆深俯冲和折返动力学过程,具有重要科学研究意义。钾长石是长英质片麻岩中的的重要组成矿物,其流变学研究程度相对长英质片麻岩中另外两种主要矿物—石英和斜长石,研究程度很低,迄今为止,中下地壳主要的造岩矿物钾长石还没有流变学的定量参数。本论文以天然钾长石为实验起始样品,通过高温高压流变学实验和EBSD/TEM变形显微构造分析,系统开展了“干”钾长石多晶集合体的轴向压缩变形实验以及变形显微构造分析,并对比分析了来自苏鲁造山带威海地区超高压片麻岩的变形显微构造,获得如下新的认识:1)首次获得了“干”(含水量约22 ppm)钾长石多晶集合体在位错蠕变域的流变学本构方程为:ε=102.4σ3.0exp(-(368±32)/RT)在压力1.5 GPa、温度950–1100℃、应变速率10-4–10-5s-1条件下,利用5 GPa改进型Griggs流变仪进行稳态蠕变实验,实验结果表明,在“干”条件下,斜长石力学强度最大,钾长石次之,两者强度均远大于石英。对比分析俯冲带长英质片麻岩的显微结构,发现弱变形样品以长石碎斑环绕有强晶内变形及强SPO的石英为特征,强变形样品以长石的塑性变形为特征,表明长石的流变学强度明显大于石英,但当长石的变形机制变为由亚颗粒旋转重结晶调节的位错蠕变时,其流变学强度降低,与石英共同承担应变。2)发现钾长石在900℃的条件下发生了脆性破裂,提出“干”钾长石多晶集合体在1.5 GPa时脆塑性转换温度为900-950℃。该温度高于石英和斜长石的脆塑性转换温度,所以长英质岩石中钾长石的含量对其脆塑性转换影响较大。推测富钾长石的长英质岩石的脆塑性转换可能是中-深源地震的合理解释之一。3)发现钾长石的主要变形机制均为亚颗粒旋转重结晶作用调节的位错蠕变,重结晶作用是导致细粒化的首要原因。实验样品的TEM和EBSD结果显示钾长石变形过程中主导滑移系为[100](010),而天然样品中强烈的动态重结晶作用导致仅存很弱的CPO。4)发现天然应变速率(10-14s-1)条件下钾长石多晶集合体的强度介于干橄榄石岩和石榴角闪岩之间。比榴辉岩和“干”橄榄石多晶集合体低1个数量级,是麻粒岩强度的4-5倍,比石榴角闪岩的强度高1-2个数量级。差异悬殊的流变强度可以使得俯冲板片在力学结构上会产生明显的纵向分层,橄榄岩上地幔或者榴辉岩上地幔都显示出很大的力学强度,那么若中下地壳中钾长石含量越高,则其流变强度越大,与下伏上地幔强度差异越小,力学耦合越好,反之,中下地壳角闪岩含量越高,其流变强度越弱,与下伏上地幔强度差异越大,则力学耦合越差。上述钾长石实验成果为完整认识大陆俯冲带板片的岩石力学强度分层和大陆中下地壳岩石的流变强度变化以及脆塑性转换提供了实验的定量依据。
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