青藏高原东南缘深源岩石包体组构及地震波各向异性约束的地壳各向异性

青藏高原东南缘深源岩石包体组构及地震波各向异性约束的地壳各向异性

0地壳变形、地震波各向异性和地壳浅部定向排列取代印度大陆和欧亚大陆的冲突导致青藏高原的强烈地壳变形和缩短。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（研究表明，上地壳地震波各向异性主要由地壳浅部定向排列的裂隙引起（迄今为止，已有学者在青藏高原东南缘开展了大量的Pms震相测量（1中、下地壳最重要的矿物cpo和地震波的各向异性1.1角闪石的cpo类型随着地壳深度增加，角闪石矿物含量增加，作为下地壳的主要矿物，角闪石在构造变形的过程中形成了特定的组构并在宏观上显示出强烈的各向异性（在地壳水平剪切的条件下，在低应力低温情况下，角闪石Type-I型CPO形成最大剪切波各向异性方向平行于流动方向，对于近垂直传播的P波和S波，其显示较低的V1.2斜长石的cpo类型和各向异性斜长石是中、下地壳最主要的造岩矿物，约占地壳总重量的51%（1.3云的cpo类型和各向异性富含云母的岩石常常表现出较强的各向异性特征，所以云母常常主导着中地壳长英质岩石的各向异性（1.4弹性波速度高、晶圆级差异辉石是组成地壳高温变质岩石的主要矿物之一．斜方辉石的V岩石的宏观各向异性是由组成岩石的矿物含量及其分布决定的．在构造应力作用下，云母和角闪石弹性波速度最快的晶格方向倾向于分布在宏观构造面理内，而斜长石弹性波速度较低的晶格方向则倾向于沿宏观构造面理的方向分布，具有削弱岩石各向异性的作用．因此，地壳岩石最终显示出的宏观各向异性强度比单一矿物的各向异性强度要低得多（2岩石学和矿物学特征研究区位于青藏高原东南缘，哀牢山—红河剪切带西北部，扬子块体西缘（图1a）．沿着哀牢山—红河剪切带发育了早晚两期新生代高钾岩浆活动：（1）早期高钾岩浆（42～24Ma），分布于哀牢山—红河剪切带西北部，岩石类型主要为正长岩、粗面岩、粗安岩和钾玄质煌斑岩，岩浆岩中发现含有大量的镁铁质深源包体（本次研究样品为采自云南省鹤庆县六合乡河东村正长斑岩中的深源岩石包体（图1b），寄主岩石岩性为正长斑岩、二长斑岩等（图1c,d）（岩石包体样品主要为石榴石透辉岩，斜长角闪岩，角闪石岩．选取3件斜长角闪岩，3件角闪石岩，3件石榴透辉岩进行研究．斜长角闪岩（Y16-79、Y16-85和Y16-88），直径约8cm，包体呈椭圆状，灰黑色，主要矿物为角闪石和斜长石，角闪石呈定向排列（图2a），含少量单斜辉石、白云母和黑云母；角闪石含量约27%～63%，绿色，柱状或宽板状晶体；斜长石含量约为33%～71%，风化较严重．样品Y16-88含单斜辉石约25%，副矿物可见磷灰石、榍石等．角闪石岩（Y16-89、Y16-90、Y16-107），墨绿色，直径约5cm，风化程度不同，包体呈椭圆状，角闪石含量>90%，含少量单斜辉石和斜长石，副矿物为绿帘石、榍石等．石榴石透辉岩（Y16-75、Y16-91和Y16-98），灰绿色，直径约4cm，包体呈椭圆状，主要由石榴石和透辉石组成，含石榴石7%～28%，透辉石47%～77%，含少量角闪石、白云母和黑云母；透辉石呈定向排列（图2b），显微镜下可见透辉石波状消光（图2c,d），石榴石内部包含角闪石、石英、榍石等矿物（图2e），可见小颗粒石榴石呈串珠状定向排列（图2f），单斜辉石、角闪石呈筛网状，副矿物为榍石（图2e）、金红石（图2f）等．3岩石包体中矿物的cpo检测岩石包体样品中矿物的主要元素分析在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成，采用配备4道波谱仪的JEOLJXA-8230电子探针进行测试分析．所有测试数据均进行了ZAF校正处理．利用角闪石-黑云母（岩石包体样品中矿物的CPO测量在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成，使用ZeissEVOMA15扫描电镜及OxfordAztec软件进行EBSD测量分析．采用岩石包体薄片大面积自动扫描技术，扫描步长约18～30μm，利用PFctf＿PC2软件计算矿物CPO极图．由于岩石包体样品来源于地壳深部，并被正长斑岩捕获携带至地表，无法直观地获得岩石包体样品的宏观面理和线理．深源岩石包体中的主要矿物为角闪石和单斜辉石，已有研究表明单斜辉石的CPO多表现为[001]轴近似平行于拉伸线理方向，（010）的法线近于垂直面理（4研究结果4.1岩石层的平衡、压力和来源深度利用角闪石-黑云母（4.2岩石包体中单斜辉石的cpoEBSD测量结果显示地壳岩石包体中角闪石的[001]轴的极密平行于由单斜辉石确定的线理方向（图3、图4）．样品Y16-79、Y16-85、Y16-75和Y16-91显示（100）面的法线形成垂直于面理的点极密，（010）面的法线在面理内形成极密或环带，显示（100)[001]滑移特征．样品Y16-88、Y16-89、Y16-90、Y16-107和Y16-98显示（100）面和（010）面的法线形成垂直于线理方向的环带，为Type-IV型角闪石CPO.地壳岩石包体中单斜辉石的CPO主要为2种类型（图4）．部分样品（Y16-88、Y16-89、Y16-90、Y16-75和Y16-98）显示[001]轴形成与线理方向一致的点极密，[010]轴形成面理法线方向的点极密，为SL型CPO特征（图4）；部分样品（Y16-79、Y16-107和Y16-91）中单斜辉石显示[001]轴形成与线理方向一致的点极密，[100]轴形成面理法线方向的点极密，为（100)[001]滑移的CPO特征．斜长角闪岩和角闪石岩包体中部分斜长石的CPO显示[100]轴和[001]轴在面理内形成环带，[010]轴形成面理法线方向的极密，为Axial-B型CPO特征（样品Y16-85、Y16-89和Y16-107）（图5）；部分斜长石的CPO特征不明显，仅见[001]轴形成与线理方向近似平行的极密（样品Y16-79、Y16-88和Y16-90）（图5).地壳岩石包体中仅斜长角闪岩样品中云母含量较高，但黑云母的CPO特征不明显，样品Y16-79中白云母的CPO特征较典型，表现为（100）面和（010）面的法线在面理内形成环带，[001]轴形成垂直于线理方向的环带（图6）．尽管石榴石透辉岩中石榴石的含量较高且定向排列（图2f），石榴石并未显示明显的CPO特征，其特征结晶学方位[100]、[111]和[010]轴基本表现为无序排列．4.3地震波各向异性计算结果根据矿物的弹性参数、体积百分比及CPO数据计算，使用Voigt-Reuss-Hill平均可获得岩石包体样品的全岩地震波参数（表2）．地壳岩石包体样品的全岩快剪切波（V地壳岩石包体样品除Y16-85、Y16-75、Y16-91和Y16-98外，全岩最大剪切波各向异性（AV计算获得地壳岩石包体中斜长角闪岩的全岩P波各向异性（AV5讨论5.1不同地质温度下的构造变形由岩石包体样品的平衡压力计算可知，六合地区斜长角闪岩、角闪石岩和石榴石透辉岩包体的平衡压力介于8.0～10.4kbar之间，来源于地壳28～36km深处，这与由前文可知，角闪石的CPO显示（100)[001]滑移和Type-IV型CPO特征．利用T(Hbl-Pl）地质温度计计算获得的斜长角闪岩和角闪石岩的平衡温度为661～894℃（表1），利用T(Gt-Cpx）地质温度计计算获得的石榴石透辉岩的平衡温度为605～762℃（表1），该计算结果与角闪石的Type-IV型CPO形成于高温下（>700℃）的条件一致．而本次研究的深源岩石包体样品均经历了不同程度的风化和退变质，其中斜长角闪岩和角闪石岩样品风化较严重，矿物成分受到风化的影响变化较大．因此，我们认为利用T(Hbl-Bt）地质温度计计算获得的平衡温度较低可能代表了退变质温度或受风化作用的影响，矿物成分发生变化，而利用T(Hbl-Pl）和T(Gt-Cpx）地质温度计的计算结果代表了中-下地壳的温度．由此可见，六合地区的深源岩石包体的变形特征和平衡温度显示该地区中-下地壳为高温环境．对显示（100)[001]滑移的两种分类命名的角闪石CPO的滑移系均为（100)[001]滑移，Type-I型CPO为实验条件下温度低于600℃、低应力条件下的分类（单斜辉石显示（100)[001]滑移表明其为高温（800～900℃）变形特征（5.2石包体全岩与地壳厚度前人在青藏高原东南缘利用Pms震相测量获得地壳各向异性参数并对研究区的壳幔变形进行了分析（青藏高原东南缘地区近NW-SE向的Pms快波方向与主要断裂走向一致，但是与水平主压应力方向（σ地震波计算结果显示，深源岩石包体全岩沿线理方向的AV由于印度板块与欧亚板块的碰撞，青藏高原东南缘早期中-下地壳中韧性变形的富含角闪石、云母的岩石沿着喜马拉雅东构造结顺时针旋转，走向从最初的E-W向旋转至现今的近N-S向（本次研究显示，云南六合地区中-下地壳岩石（角闪石岩、斜长角闪岩、石榴石透辉岩）与地表岩石相比变形较弱，在地壳深部岩石中云母含量相对较少（<11.68%）（表1）．最大剪切波各向异性（AV本次研究以中-下地壳富含角闪石的岩石为主，未考虑中地壳中富含云母的岩层对地震波各向异性的贡献．将本次研究结果与由前文知，六合地区的地壳的深度约50km，排除上地壳（<15km）对Pms分裂延时的贡献，中地壳15km的片岩层可产生约0.3s的分裂延迟时间（5.3青藏高原东南缘岩石圈变形方式转换对比青藏高原东南缘SKS与Pms测量结果有可能对认识该地区的岩石圈变形提供启示（图8）．在26°N以北，SKS快波方向为近NW-SE向，与断裂带的走向（金沙江断裂）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，与板块的绝对运动方向（APM）一致，但是与地表构造带的走向、GPS、地表变形场以及Pms的快波方向呈大角度相交（图8)(在26°N以北，Pms的平均分裂延迟时间（δt）约0.51s(26°N—32°N,96°E—106°E;但是在26°N南部，缅甸板块向NE的俯冲影响了地幔物质的流动方向（6地壳变形的构造背景通过对云南六合地区斜长角闪岩、角闪石岩和石榴石透辉岩包体样品的岩石学、显微组构和地震波各向异性研究，获得如下结论：(1）斜长角闪岩、角闪石岩、石榴石透辉岩包体的来源深度为28～36km，属于中-下地壳岩石包体．(2）岩石包体中角闪石显示Type-IV型和（100)[001]滑移的CPO特征，单斜辉石显示SL型和（100)[001]