岩石圈流变学分层
发布网友
发布时间：2022-05-12 17:21
共1个回答
热心网友
时间：2023-07-22 16:34
1.岩石圈流变学分层
由于地壳在垂向上具有明显层圈结构的分带性，不同层圈的物质组成及温度、压力条件不同，形成岩石圈软硬相间的流变学分层结构。*岩石圈与大洋岩石圈结构（图2-3-1）有着明显的差别，大洋岩石圈的深度-强度剖面图中的屈服包络线较简单，即由岩石圈上部的脆性域通过一个脆-塑性过渡域，进入塑性域，包络线呈单峰式。*岩石圈的屈服包络线，即使在最简单的情况下，都是双峰式。大约在20～60km范围内的莫氏面附近，出现一个塑性域，它的上下各出现一个强大的脆性域及脆-韧性过渡域，这就是所谓的“三明治”式的流变学剖面模式（Ranalli and Murphy，1987；Ord and Hobbs，1989）。通过深部探测技术对下地壳的研究发现，地壳下部中存在着近水平地震反射层和与之伴生的低速高导层，普遍认为是地壳不同层次近水平黏塑性流动的反映，表明近水平构造是造山带形成和演化过程中深部地壳构造活动的一种重要构造形式。
人们普遍认为*岩石圈从地表向深部可概略地被分为沉积岩、长英质基底岩石、镁铁质＋长英质岩石和超镁铁质岩。有关的流变学分层一直存在争议（Ranalli and Murphy，1987；Carter and Tsenn，1987）。流变学的不连续应形成在主要岩石类型的分界面，如莫霍面及康氏面附近。较浅部位的断层为碎裂变形和摩擦滑动，很少出现晶内塑性流动，所以随深度增加上地壳的强度增加，并且对压力敏感。在中地壳深度温度足够高，发生了对温度和应变速率敏感的晶内塑性流动，这种趋势发生反转。岩石的摩擦滑动几乎与岩石类型无关（Byerlee et al.，l978），对温度和应变速率也相对不敏感。所以，由摩擦滑动引起的岩石变形行为可能是随深度增加的一个近似于简单的曲线。地壳剖面中，水平挤压与伸展的大小决定曲线的陡缓。假定地震仅发生在脆性、摩擦状态，从摩擦滑动占主导到塑性流动占主导的变形的转换深度，可能与现代热状态的浅震发生在典型的中地壳深度相对应。这种模式预示着在低热流状态下，通过脆性断裂的地震可能延伸到下地壳或上地幔，因为长石一镁铁质和超镁铁质岩石可能阻止塑性破坏，脆性断裂是更为接近的变形机制。脆—韧性“转换”是一个有用的概念，但转换可能非常宽，也许典型的可能超过5～10km。转换深度内，晶内塑性流动变形机制占主导。
图2-3-1 大洋岩石圈和*岩石圈深度强度剖面图
（据Davis et al.，1996）
2.大青山地区高级变质岩纵向分带特点
近年来研究表明地壳的双层结构是很不完善的，地球物理工作揭示出地壳内低速层和高速层多呈互层状，提出了复杂的地壳结构的三分模式（Fountain和Salisbury，1981；Percival，1992）：下部地壳为麻粒岩相岩石；中部地壳为角闪岩相岩石；上部地壳为绿片岩相岩石。苗培森（2003）认为大同—集宁麻粒岩区是下地壳的代表，恒山角闪麻粒岩相高级区可能是中下地壳的过渡带，五台山角闪岩相变质的五台岩群可能代表中地壳，五台山低绿片岩相变质的滹沱群是上地壳的代表。
大青山高级变质岩的物质组成和不同地质体在空间排列方式，在空间上表现出明显的成分纵向分带。下部为桑干群中基性麻粒岩以及侵入其中的石英闪长质-紫苏花岗质片麻岩，为厚度较大的刚性岩层是一套能干岩层；中部为黑云角闪片麻岩，似层状构造发育，其能干性为中等；上部为孔兹岩系，其原岩为一套陆源碎屑岩建造和碳酸盐岩建造，为相对软弱层，是一套非能干岩层。高级区不仅在宏观上具有这种明显的分带性，而且在微观上由于矿物组成和结构、构造上的差异，岩层也明显表现出纵向上不均匀性，刚性岩层和软弱岩层相间排列。由于物质组成造成岩层能干性在纵向上的差异，必然导致了岩层沿着能干性差的岩层发生顺层剪切滑动变形。此外，岩层能干性的差别不是固定，而是随着地质环境变化而变化。高级区位于地壳深部构造层次上，温度和围压相对较大，岩石部分熔融作用非常普遍，沿着不同岩性层之间形成一些部分熔融的花岗质片麻岩。一旦这些熔融层形成之后，易于产生巨大应变，发生流动变形，释放外施应力。所以，在研究高级区地壳构造变形时必须研究深熔片麻岩形成演化过程、变形特征和构造样式。
由于在纵向上这种分带性是造成下部地壳以水平运动变形机制为主的主要原因，一般情况下，下伏软弱层是上覆刚性层应力集中释放和应变的有利空间，上覆刚性层的构造变形，向下往往因其应力能量消耗于下伏软弱层中而消失、拆离，产生巨大应变释放外施应力。
