青藏高原东南缘岩石圈变形特征及各向异性成因分析

发布时间：2020-07-29 16:20

【摘要】：新生代印度大陆和欧亚大陆的碰撞引起了青藏高原强烈的变形和隆升,青藏高原东南缘作为在板块碰撞作用下高原物质向东南扩展的重要场所,其结构和动力学过程对于了解青藏高原的构造演化至关重要。地震波各向异性是了解地球内部物质变形方式的重要手段,近年来在青藏高原东南缘开展了大量的地震波各向异性测量,包括Pms(莫霍面Ps转换波)、SKS(剪切波分裂)等,并针对相应的地球物理测量结果提出了构造模型,然而这些构造模型缺乏来自深部岩石学方面的约束来确定地球物理测量结果解释的合理性和可靠性。已有研究表明地震波各向异性主要受矿物晶格优选(CPO)方位的影响,中下地壳的各向异性主要由岩石中矿物(云母及角闪石)的晶格优选(CPO)形成。变形导致的橄榄岩各向异性是上地幔各向异性的主要来源。因此需要对青藏高原东南缘的深部岩石变形的研究来约束青藏高原东南缘的岩石圈地震波各向异性成因及变形特征。本文通过研究青藏高原东南缘被新生代钾质超钾质岩捕获并携带至地表的深源岩石包体的岩石学、地球化学、显微构造和地震波各向异性特征,结合现今青藏高原东南缘的地球物理测量结果,建立青藏高原东南缘岩石圈各向异性模型,并约束新生代青藏高原东南缘的岩石圈运动变形特征。出露于哀牢山红河剪切带西北部的深源岩石包体主要为石榴石透辉岩、斜长角闪岩和角闪石岩。斜长角闪岩、角闪石岩包体的来源深度为28 36 km,属于中下地壳岩石包体。石榴石透辉岩包体的来源深度为46 104 km,源于下地壳底部至上地幔。EBSD研究结果显示地壳包体中角闪石主要为Type IV型和(100)[001]滑移的CPO组构,为高温强变形的组构特征,Type I型CPO较少见。斜长石显示Axial B型和(100)[001]滑移的CPO组构,单斜辉石显示(100)[001]滑移和SL型CPO组构,石榴石并未见明显的CPO组构特征。说明在始新世渐新世,青藏高原东南缘中下地壳的变形具有高温强变形的特征。中下地壳岩石包体的P波各向异性(AV_P)为1.9% 13.3%,最大剪切波各向异性(AV_S)为1.17% 8.01%。当中下地壳岩石的面理高角度倾斜近直立时,约15 km厚的中下地壳各向异性层可以解释由Pms测量获得的云南六合地区的0.54 s的分裂延迟时间。出露于哀牢山红河剪切带东南端的深源岩石包体主要为尖晶石二辉橄榄岩和尖晶石方辉橄榄岩。橄榄岩包体的平衡温度为1016 1148°C,平衡压力(来源深度)为15.6 22.2 kbar(51 71 km)。主要矿物橄榄石、斜方辉石和单斜辉石的含水量分别为5 21 ppm、66 207 ppm、136 357 ppm wt H_2O。岩石圈地幔橄榄岩经历了不同程度的部分熔融,显微结构特征显示橄榄岩在位错蠕变变形后经历了静态重结晶和富硅流体的渗透。EBSD数据显示橄榄石为A型和AG型CPO组构特征,斜方辉石的CPO类型为AC型和ABC型,单斜辉石的主要CPO类型为S型和SL型。橄榄岩包体的全岩P波各向异性(AV_P)为8.13% 4.41%,最大剪切波各向异性(AV_S)为7.03% 2.91%。橄榄石和辉石的CPO组构显示岩石圈地幔橄榄岩在高温、高压和干燥条件下变形。AG型橄榄石CPO形成于始新世中新世岩石圈地幔在转换挤压环境或熔体存在下的变形。通过与SKS测量获得的地震波各向异性对比,推断青藏高原东南缘SKS各向异性由面理高角度倾斜近直立的岩石圈地幔橄榄岩和定向排列的熔体(MPO)共同提供。基于以上研究,青藏高原东南缘大规模分布的走滑断裂带内的强烈剪切使中下地壳岩石中云母、角闪石等矿物定向排列,可以解释由Pms观察到的N S向近NW SE向的各向异性。而青藏高原东南缘自新生代以来的岩石圈地幔变形受控于软流圈的上涌和挤出流动,以26°N为界,软流圈的流动方向由NW SE向转为近E W向。由此推断,在青藏高原东南缘26°N以北,地壳和岩石圈地幔垂直连贯变形,而在26°N以南,地壳和岩石圈地幔为解耦变形。
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P31
【图文】：

青藏高原,青藏高原东南缘

1. 选题依据及研究意义新生代(~55 Ma)印度大陆和欧亚大陆的碰撞引起了青藏高原强烈的变形和隆升(图1 1)，青藏高原东南缘作为在板块碰撞作用下高原物质向东南扩展的重要场所，其结构和动力学过程对于了解青藏高原的构造演化至关重要。在青藏高原东南缘发育大量了NW向、NE向和近N S向的深大断裂带，如小江断裂、金沙江红河断裂带、澜沧江断裂、鲜水河断裂等，断裂带将青藏高原东南缘分割为许多块体，如川滇块体、松潘甘孜块体等。对于青藏高原东南缘的构造变形模式仍存在许多争议，前人提出了许多模型，如刚性块体挤出模型(Tapponnier et al.,2001)、岩石圈连续变形模型(England and Houseman, 1986)、中下地壳韧性通道流模型(Royden et al., 1997, 2008)。在地球物理方面，中下地壳通道流模型被广泛接受(Bai et al., 2010; Yao et al., 2010; Bao et al., 2015; Li et al., 2016; Kong et al.,2016)

青藏高原东南缘,各向异性,测量结果,地壳

2. 青藏高原东南缘岩石圈地震波各向异性研究进展2.1 地壳地震波各向异性研究进展在青藏高原东南缘，多利用Pms的方法来获得地壳各向异性参数(图1 2)。Sun等(2012)的研究结果显示地壳的Pms分裂延时平均约0.53 s，分裂延时和快波方向与SKS/SKKS (Lev et al., 2006)的结果对比显示地壳各向异性是剪切波分裂的主要贡献，暗示青藏高原东南缘上地幔变形较弱或者为垂直流动变形；由地壳较高的VP/VS(约1.79)推断地壳中基性物质较多，中下地壳需要较强的剪切变形来达到观察到的各向异性程度，因此研究结果支持下地壳流模型，即地壳与之下的岩石圈地幔发生解耦变形。孙长青等(2013)利用Pms方法获得云南地区由地壳各向异性产生的延迟时间为0.125 0.45 s，平均0.25 s，各向异性方向与断裂走向近似平行，认为是由大型断裂控制着下地壳流的构造变形。Chen等(2013)的研究表明

研究思路,包体

图 1 3 研究思路图具体工作首先是在了解研究区地质背景和地震波各向异性测量结果的基础上，对所采集的地壳岩石包体和地幔橄榄岩包体分别进行显微结构观察、矿物成分测试分析、EBSD 测量及地震波各向异性计算，来获得地壳岩石和岩石圈地幔

【参考文献】