根据岩浆弧内各种作用速率推断深成岩体侵位和围岩变形的时限和性质

岩浆弧建造和大多数深成岩体侵位主要发生在构造活动区.因此,要想了解岩浆弧及相伴的深成岩体-围岩系统的发展演化历史,关键是估算构造和岩浆作用速率.对地壳浅部到中等深度岩浆弧的各种作用持续时间和平均速率的最佳估算结果如下:(1)岩浆晶体生长速率为10~(-4)cm/a;(2)变质变斑晶的生长速率在10~(-5)～10~(-2)cm/a之间;(3)岩浆长期补给率10~(-1)km~3/a,短期补给率350km~3/a;(4)铁镁质深成岩体底辟上升速率1～3m/a;(5)深成岩体冷却到围岩的温度需10~5～10~6a;(6)深成岩体在短期内最终结晶需要完全冷却;(7)断层位移速率3cm/a;(8)在断裂带内产生劈理需小于10~6a的时间、10~(-13)s~(-1)或更高的应变速率;(9)产生区域劈理需要10~6a、10~(-14)s~(-1)的应变速率.从这些速率看出,出现在岩浆弧内的各种作用进行的相对较快:深成岩体侵位、劈理发育等仅用了几万年到几百万年的时间.然而,地壳浅部深成岩体的上升和结晶速率一般小于断裂大位移或普遍发育劈理所需的速率.在地壳深部或在经历了快速应变的带内,各种作用的时间间隔相接近.因此,侵位于经历过快速应变的地区或较深地壳层次的深成岩体与侵位于地壳浅层次或经历过缓慢应变地区的深成岩体相比,虽然在其它方面具有类似的特征,但构造型式则完全不同.对比这些资料发现,如果不考虑快速应变率或复杂变形机制,围岩交形速率是深成岩体侵位期间其它构造作用速率的控制因素.我们赞同岩浆在10~5～10~6a内缓慢迁移的侵位机制,但需要进一步考虑.最后,我们证明了深成岩体-围岩系的构造和其它特征与包含的各种作用速率有关,而这些速率对我们和他人共同提出的定时性准则影响很小或不影响.     

花岗岩侵位及其相关构造的述评

花岗质岩浆是在重力和水平构造活动的综合作用下侵位于上部地壳的。自然界侵入体具有与其上升和侵位的动力学历史密切相联的各种构造型式。为了系统解释所包含的侵位机制,就必须将自然界的构造型式与实验和数值模型进行对比。根据对自然界的、实验的、数值模型和理论方面的研究,我们得到了有关地壳内花岗质岩浆上升和最终定位问题的重要结论。本文将评述有关文献曾提到过的主要侵位机制,即穹窿作用、底辟作用、气球膨胀作用、岩浆顶蚀作用、破火山口陷落和岩脉扩展作用。岩脉扩展是岩浆从地壳深部和上地幔向上迁移的最有效的作用。根据现代岩脉扩展理论,在地壳深部也能发育使岩脉扩展和岩浆上升的张性断裂。在造山区,如果在岩浆侵位期间有区域变形作用同时活动,岩浆将通过狭窄的通道或容脉裂隙到达上部地壳,并呈不整合的上地壳深成岩体或气球膨胀深成体的形式聚积于最终的储存库内。     

关于花岗岩内岩浆流面和构造面理区分准则的评述

花岗岩内的面理形成于岩浆流动,“准岩浆流动”、高温固态变形及中,低温固态变形.关于花岗岩内的面理是由岩浆上升期的流动和底辟侵位及侧向扩张时的流动形成的,还是在与区域变形同时,侵位过程或在侵位之后的区域变形中形成的,在过去的文献中,没有提出过有效的区分准则。然而由自形岩浆矿物定向排列而厘定的面理,尤其当这种面理平行于岩体的内外接触带时,可以证明是岩浆成因的。岩浆底辟的“气球膨胀”或扩张期间形成的面理,也可确定为岩浆成因的,虽然有些学者指出可能有固态变形出现。如果如此,我们将希望能找到晶体-熔体系的变形及高温条件下固态变形的证据。同构造面理的有力证据是岩浆流面与高温固态变形面理近于平行.这些面理与围岩中的区域面理一致,并在围岩内存在同构造变斑晶,火成矿物与伴随区域劈理产生的变质矿物同期生长。如果花岗岩内的面理是由变质矿物厘定的,而火成矿物无定向排列,且面理与侵入体接触界面局部以高角度斜交,而与围岩中的区域性劈理相连时,则说明该面理是构造成因的。     

深成岩体膨胀和非共轴构造变形之间干涉作用的三维计算机模拟及野外意义

深成岩体侵位使造山带内构造复杂化的原因是由于区域构造应变场和局部岩体膨胀应变场之间相互干涉控制构造的几何形态。关于这类构造的产生仍存在许多疑问,如,(1)与岩体有关的应变在多大范围内促使这些构造形成?(2)构造的三维几何形态如何?(3)构造几何形态如何随递进变形而交化?本文介绍了在非共轴构造环境中膨胀岩体周围构造在三度空间上的位置、样式及运动学演化的计算机模拟。模拟产生四个参数的图象:应变椭球体形态和量级、面理和矿物拉伸线理的方位。凹透镜状高应变区出现在岩体的两侧,而呈椭球体状的低应变区在岩体两端。面理、拉伸线理和压缩区在岩体周围构成不规则的三维环。较高的构造应变率促使该环向岩体方向迁移,而较高的岩体膨胀应变和应变率则使环向远离岩体方向迁移,但环的迁移率较之构造变形率或岩体膨胀率要缓慢得多。虽然天然应变场分析总是结合放射性年龄测定、构造和显微构造分析及应变测量进行的,但模拟应变图象还是可以为野外研究工作提供实际指导。特别是这些模拟图象可用于判断:(1)环绕岩体的构造的成因、几何形态和演化;(2)韧性剪切带的方位和三维运动方向;(3)造山带内与岩体有关的应变分布到围岩变形。     

加利福尼亚Bear山脉断层带中深成岩同构造侵入的证据

在加利福尼亚西变质带的Foothills地体中,Bear山脉断层带(BMFZ)为一复杂的多次变形带,它的活动使Guadalupe火成杂岩(GIC)和Hornitos深成岩的复式镁铁质—长英质花岗岩类在岩浆温度—高角闪岩相温度下发生变形.高温变形的证据包括,在GIC变形岩石中的同变形期重结晶集合体内有斜方辉石、单斜辉石和褐色角闪石产出,在BMFZ内接触变质围岩中董青石—钾长石混合岩的褶皱轴面内有熔融浅色体产出.远离BMFZ,GIC中的复式花岗岩类没有显示出岩浆流动的证据,因此,BMFZ中GIC花岗岩类的变形完全是由于固态流动引起的。这说明,在BMFZ糜棱岩化变形之前GIC就侵入了.在Hornitos深成岩中,复式花岗岩类显示出较弱的固态变形而其中的包体则强烈拉长,表明这是岩浆流动引起的.尽管在很多地区也出现了后来的固相线下的变形.支持Hornitos深成岩中有岩浆流动的证据还包括斜长石板状晶体和柱状角闪石颗粒具有空间取向,以及拉长状斜长石颗粒重结晶集合体的双晶具优选定向性.远离BMFZ,区域变质程度较低,表明高温变形与变质的热来自侵入体. U/Pb锆石年龄与GIC和Hornitos深成岩的侵位以及BMFZ中的变形是一致的,约为150Ma.变形花岗岩类叶理中角闪石的~(40)Ar/~(39)Ar年龄以及接触晕岩石叶理中黑云母年龄均表明,BMFZ中的深成岩和围岩仍保留了足以使角闪岩达到高绿片岩相的热条件.这种热条件在深成岩侵位后还可持续5～15Ma.     

西班牙加利西亚华力西造山带中逆冲断层、伸展断层与花岗岩侵位之间的构造关系

Hombreiro深成岩体位于西班牙华力西构造带北部,是同构造期侵位的花岗岩.我们从岩体内获得了新的构造和岩组资料.该深成岩体表现出两期塑性变形特征:第一期变形与Mondonedo推覆体运动有关,其剪切方向为顶部向东;第二期变形与比韦罗断层(Vivero)有关,为顶部向西的伸展剪切.这两期变形均形成于高温条件下,接近于花岗岩的固相线温度,表现出石英[c]轴滑移组构特征.由此证明,伸展断层是在Mondonedo推覆体逆冲之后不久即开始活动的,因为Hombreiro花岗岩在逆冲作用期间侵位.我们认为比韦罗断层的形成位置是由一组花岗岩体侵位引起的地壳不稳定性控制的,并对这条断层的下盘地块进行了详细研究.     

火成岩侵入作用的物理机制

火成岩有两种主要型式:深成岩和火山岩.深成岩是在挤压构造应力状态下侵位的侵入岩,火山岩则是大量的岩浆在引张构造应力状态下经由断裂控制的岩墙构造而喷发的.那些典型的侵入现象可根据岩石圈动力学-热力学状态、浮力性质和起源以及岩石半固相流动的力学性质等物理参数加以讨论.根据典型参数的技术要求并借助于动力学-热力学结合的物理近似法提出了二维数字模型.采用浮力驱动式底辟侵入体的模拟,以推导出那些能够控制侵入体在不同粘度条件下上升和侵位的主要参数.提出了岩床型和岩基型构造,并讨论它们对力学和物理条件的依赖性.     

关于花岗岩侵位空间的新发现

花岗岩侵入体在地壳内所占据的空间从何而来呢?这个问题长期困惑着地质学家们.认为侵入体侵位时推挤开围岩而取得空间的证据常常是缺乏的或者很少,而弯曲作用则能很容易地提供所需要的空间。在岩体顶部存在被捕获的围岩碎块,说明岩块是破碎后与上升岩浆对穿而下沉的。要想看到岩浆如何保持熔融状态,而冰凉的     

巴西东北部伯南布哥州的新法曾达和伯南布哥剪切带花岗岩的岩浆侵位、剪切带的成核作用及演化

新法曾达和塞拉达岩基以及托里塔马侵入体在巴西东北博尔博雷马省的东部形成了一个巨大的花岗岩地块。NE—SW走向的新法曾达左旋平移剪切带(FNSZ)切割了3个花岗岩体之间的接触带,3个岩体的内部及靠近它们附近的岩石发生了变形。塞拉达Japeganga的南边是右旋东西向的东伯南布哥剪切带(EPESZ)。新法曾达的塞拉达Japeganga杂岩向上长英质单元组分逐渐增多,杂岩的内部构造反映了岩浆房中垂向上呈展状的原始岩层。局部强烈不协调的接触关系,围岩中普遍缺失与剪切有关的变形,以及在远离FNSZ和EPESZ处侵入体的内部岩浆组构不受剪切带控制,这些特征表明岩浆侵位先于剪切带的活动。但是,岩浆的结晶与剪切带的活动同时,这可以从在靠近剪切带处岩浆叶理发生旋转以及岩浆逐渐过渡到固态变形组构中看出来。在侵入体结晶期间或之后,剪切带控制了后续岩浆囊的上升和侵位,然后在FNSZ和EPESZ中形成了岩脉群。岩脉中的镁铁质岩脉占主导,表明在剪切带的活动期间,剪切带向下延伸到了上地幔。以前的观点认为,断层带控制着侵入体的上升和就位方式。但是,本文报道了一个用于解释花岗岩与走滑断层普遍共生的新观点。博尔博雷马省的几个陆内剪切带的成核作用是由于与先存岩浆房伴生的热异常的结果。不完全结晶的岩浆体造成了地壳流变的明显不均一性,这可能引发了应变局部化和剪切带的成核作用。     

金伯利岩岩浆作用物理学

本文提出了金伯利岩岩浆作用的一种深成阶段底辟-裂隙模式.在地幔中由于化学对流形成了垂向延伸的热底辟上涌.这种底辟提供了在高压条件下裂隙形成和扩展的必要条件,即产生高的差异张应力和足够量的熔体.裂隙扩展是从200-300公里深处底辟顶部的岩浆房开始的.但只有在软流圈底辟体上部没有高程度部分熔融的地区,即只有在地盾区,裂隙才能到达地表.裂隙宽度大约是1-5米,裂隙中岩浆粘度η～10-10~3泊时,岩浆流动速度约为10-30米/秒,这样的速度足以使金伯利岩中的金刚石保持准稳态.岩浆的多次爆发特别是金伯利岩岩浆多次爆发可以由岩浆房围岩应力衰减过程来解释.本文也讨论了金伯利岩的侵入机理中挥发份的作用及受剪切的捕虏体的形成问题.     

深成岩体膨胀与共轴构造变形之间相互干涉作用的三维计算机模拟及其野外应用

与深成岩体有关的和与构造有关的应变场的相互作用,基本上控制了造山带的地质构造。不过,人们对这种构造的几何形态和演化却知之甚少。例如:(1)区域构造共轴变形时,这种构造的几何形态如何?(2)构造的几何形态又是如何随递进变形而变化的?对诸如此类的问题,本文进行了应变形态、应变量级的三维计算机模拟,演示了由深成岩体膨胀和均匀共轴构造变形产生的面理、线理图象。该模拟指出,深成岩体膨胀和区域单轴缩短作用相互作用所产生的应变图象,与区域单轴扩张或区域共轴变形产生的应变图象不同。例如,区域缩短作用在岩体周围产生油炸面圈状收缩环,区域扩张则在岩体周围产生苹果状的压扁区;缩短作用只产生一个围绕岩体的连续的油炸面圈状低应变区,扩张作用则在岩体两端产生两个独立的椭球状低应变区。另外,区域缩短作用产生有二维三角形切面的面理环,线理则呈同心状围绕最大缩短轴分布,区域扩张作用则在岩体两端产生两个独立的面理锥、线理锥。所有这些构造元素和应变元素都因岩体膨胀率增大移离岩体,因构造变形率增大移向岩体。尽管对岩体周围构造的研究通常都需要结合显微构造测量、辐向测量和野外测量,该模拟得到的构造模式图还是可以用来估计:(1)岩体周围构造的几何形态及其起源和演化特征;(2)变斑晶内包裹体痕迹的形成机理;(3)与岩体相关的应变对围岩内测得的应变的影响;(4)区域运动系统的类型及其定向。     

高压—低温变质岩的抬升

高压低温变质岩的抬升,归因于浮力、底辟或者水动力驱动的回流的作用。只要俯冲作用缓慢或者停止,向下的牵引减弱,浮力就可以使俯冲到地幔的物质回复。由于高压矿物组合的密度增加,地壳内的浮力将倒转,俯冲物质因此不能上升到地壳基底之上。底辟和水动力流作用要求介质密度低、粘度低,所以只能解释被带入流动物质中的较小的岩石块体的侵位。相关地区高压低温地体的构造环境,能够用屈服强度可以忽略的增生楔形体的力学行为来解释,此时,板底垫托作用是增生的主要方式.板底垫托作用从底部加厚了楔形体,并增加了它的表面坡度.即使聚敛作用正在进行,板底垫托作用也导致了楔形体上部的水平扩张。连续的底部板底垫托作用和上部扩张作用可以使最老的高压岩石在1000万年内上升到中等侵蚀的区域。只要楔形体底部的俯冲作用持续进行,地热梯度就不会松弛到正常值。增生楔形体的动力学过程解释:(a)高压-低温岩石在聚敛作用过程中常被抬升的证据。 (b)许多情况下没有高温组合显著的叠加。(c)最古老最高压的岩石位于造山楔形体后上部。(d)上覆岩石的构造厚度不足以解释变质作用。(e)切割部分变质带的变质后断层的常见产状。     

岩浆活动是否影响低角度正断层作用

人们很早就认识到,美国科迪勒拉西部经历强烈伸展作用的地体普遍发生了同伸展期岩浆作用。岩浆侵位对围岩的局部应力场能产生重要影响。由于断层上盘的重量造成低角度断层上正应力增大,使这类断层运动越来越难以发生;但是主应力方位偏离垂直和水平方位时,将易于形成低角度断层面。作者认为,当中地壳岩浆膨胀速率大于区域伸展速率时,地壳内的水平应力将会增加,并使主应力的大小和方位发生变化。均衡力与持续的岩浆活动的共同作用,可以形成科迪勒拉西部变质核杂岩内常呈背形或穹窿的拆离面。随着正断层作用的进行,岩浆的热软化作用使中地壳均衡效应趋于活跃。     

韧性断层带内的脆性变形

性韧断层以下列塑性变形机制为特征:晶体塑性,物质迁移和晶界滑移。每种机制均可在显微构造特征上加以分辨。脆性变形是由于碎裂作用,以裂隙和碎片为特征。韧性断层带以糜稜岩为标志,而脆性带则以碎裂岩为特征。本文旨在研究韧性断层带内的碎裂作用,按其特性可以分为四种类型:1.软糜稜岩基质中的硬矿物碎屑的碎裂;2.碎裂应变,导致塑性流变机制并继之以糜稜岩的发育;3.广布的初始碎裂,伴随退化变质及塑性流动;4.周期性的碎裂流动和塑性流动。     

深成作用与变质核杂岩的成因

变质核杂岩的形成可能是由大陆伸展期间的深成活动引起的。韧性变形脉冲在由侵入的深成岩体、岩床或岩墙的热导入所引起的短期热事件期间已经发生。这种侵入作用可能是变质核杂岩构造剥蚀期间下盘差异抬升的根本原因。据~(40)Ar/~(39)Ar视年龄推断的快速冷却在岩浆到达期后可能已经发生,而并非快速侵蚀或者构造剥蚀的结果。~(40)Ar/~(39)Ar视年龄的不均匀性可以由形成于岩床(或岩墙群)的热晕内地壳浅层次的变形糜棱岩的快速冷却解释。在这种情况下,很清楚等温减压轨迹实际上可以连接在岩浆活动期以及期后的瞬变矿物生长记录的p-T点。     

地壳下部的增生作用

对地球科学家来说,深约20～40km的下陆壳是接触不到的。由于最深的大陆钻井只有12km,因此,已知的下地壳麻粒岩相高压岩石样品,或者是由构造作用露出地表,或者作为火山作用的捕虏体被带到地表。Voshage等报道了意大利阿尔卑斯山著名的Ivrea带上出露的深达8.5km剖面中下地壳麻粒岩新的分析结果。它们的成分说明:下地壳是通过地幔分异岩浆板底垫托作用增生的。由于Ivrea带的岩石在成分上含有大量铁镁质,这就十分类似麻粒岩捕虏体,因此和其它一些麻粒岩露头相比是独特的。Voshage等考察了这条剖面后认为,所含铁镁质麻粒岩是部分熔融变质沉积岩围岩的玄武岩熔浆侵入到现存地壳而后分凝的结果。作者认     

元古代—白垩纪金伯利岩中的上地幔包体成分

上地幔岩石是基性、超基性和某些其它成分岩浆的来源。岩浆熔体熔出并从上地幔区迁移到地壳,这是地球演化的相当长时期内才得以实现的过程。无疑,熔体从上地幔岩石中熔出和分离出来,不可能不影响到剩余残体的成分:地幔物质被熔出、分离出去愈多,则在岩浆熔体形成带进行的演变愈深刻。因此,研究上地幔岩随时间演化的情况,对于解决许多岩理学问题是特别重要的。用地球物理方法研究地球的深层,能确定地幔区的现时状态,但不能推测它过去的演化     

沿剪切带拉张侵位的Mortagne花岗岩深成体——构造的和重力证据及区域意义

通过对华力西期花岗岩构造的系统测量、相关显微构造的观测及详细的重力研究,对于华力西期Mortagne花岗岩侵入体的侵位机制、运动学及三维几何形状进行了解释。本文提出岩浆充填于NW-SE向左旋剪切带转折部位产生的拉分构造中。与侵位作用无关的第二期右旋剪切作用形成了花岗岩体边缘构造。联系Mortagne深成体的侵入时代(313±15Ma),对已证明为法国西部华力西期的相继发生的运动方式相反的两次剪切运动进行了讨论。     

辽宁金刚石中矿物包裹体标型特征及其意义

辽宁金刚石中矿物包裹体的化学成分和组合特征属于典型的橄榄岩型,具有重要标型意义的矿物包裹体主要有镁橄榄石、铬镁铝榴石、铬铁矿等。由单晶金刚石与微晶金刚石相互交替生长而构成的结构环带以及由成分复杂的壳源物质构成的成分环带,分别具有重要的成因意义,以EPMA、LRM及宝石显微镜为研究手段,从金刚石中矿物包裹体标型特征这一角度,揭示了辽宁部分金刚石的不平衡结晶作用过程具不连续性和多阶段性;金伯利岩岩浆在侵位过程中,其侵入速率曾发生过周期性变化,并发生再结晶而形成金刚石,进一步验证了辽宁大多数金刚石不属岩浆结晶产物而是地幔捕虏晶这一推论。     

板片脱落——阿尔卑斯山脉同碰撞岩浆作用和构造模式

板片脱落就是在大陆碰撞期间俯冲的大洋岩石圈在浮力趋动下同一起俯冲的较轻大陆岩石圈拆离。Davies和von Blanckenburg(1994)在他们近期的文章中通过热力学模拟估算了引起脱落的物理条件,并预言了造山带演化过程中的各种结果。脱落在涌升软流圈的作用下使得掩复岩石圈地幔加热,富集层熔融,形成了双峰态岩浆作用。脱落也导致俯冲地壳岩石圈的受热弱化,使得在地幔深部裂散的地壳碎片因浮力而上升。我们将板片脱落模式用于研究欧洲阿尔卑斯山脉在第三纪的演化。阿尔卑斯山脉玄武质和花岗质岩浆作用出现在42 Ma和45 Ma之间,是在俯冲和大陆碰撞引起洋盆封闭之后发生的。现在认为,花岗岩类是由玄武岩与同化的大陆壳混合而形成的。为了确定部分地幔熔体形成的构造决定因素,我们收集并分析了已发表的整个阿尔卑斯弧的大量镁铁质岩墙的地球化学和同位素数据。痕量元素和同位素成分表明,它们是通过力学上稳定的岩石圈地幔的低度熔融形成的。我们没有见到软流圈地幔熔融的证据。在不到50 km的深处,没有发生减压。板片脱落一旦开始,便迅速地侧向迁移,并在受热弱化的地壳处形成线式岩浆活动带。这解释了为什么所有的阿尔卑斯岩浆几乎同时沿环亚得里亚线性断裂带的走滑断层侵位。通过对俯冲到100 km深处的Penninic高压岩石年龄的分析,发现俯冲作用发生在约55～40 Ma间,隆升作用发生在40～35 Ma间。从隆升和岩浆作用开始的短暂时间间隔来看,我们推断这两个过程都是由脱落作用引起的。板片脱落模式在阿尔卑斯地区得到了验证,因此,也支持了建立在地质基础上设想的理论模式。我们认为,岩浆活动与高压岩石回升地表的特征性组合将可在地表造山带鉴别板片脱落作用。