高温高压条件下角闪岩脆-塑性转化实验研究.pdf

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1、第37卷第1期地震地质V01．37．No．12015年3月SEISMOLOGYANDGE0LOGYMar．，2015doi：10．3969／j．issn高．0253—4967．2015．01．007日古，皿同压条件下角闪岩脆一塑性转化实验研究宋娟周永胜钟柯。刘贵刘照星1)中国石油大学(华东)，青岛2665802)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京1000293)中国地质大学(北京)，北京1000834)中国科学院大学地球科学学院，中国科学院计算动力学重点实验室，北京100049摘要在高温高压条件下开展了天然角闪岩样品

2、的变形实验研究，并且利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察，研究了在不同的温压和应变速率条件下角闪石的变形机制。实验结果表明，随着温度升高，样品的应力一应变曲线由强化逐渐转化为屈服，并且出现弱化，样品强度显著降低，随着围压增加，样品强度增大，随着应变速率降低，样品强度降低，压缩方向与样品面理斜交的实验样品强度显著降低。实验变形样品在5o0℃时，角闪石表现为晶内破裂和碎裂变形，其变形以脆性为主导；在600~C时，样品中发育由角闪石残斑和碎裂基质构成的碎裂组构，部分角闪石晶体出现了波状消光，角闪石以碎裂变形为主，局部具有塑性变

3、形的特征；在700~C时，样品以晶体扭折变形为主，局部出现脱水和细粒微晶，并且含有微破裂，显示了样品以晶体扭折变形为主，含有微破裂，样品变形处于脆一塑性转换域；在800℃时，样品中基本没有发现明显的脆性变形，样品以动态重结晶作用为主，角闪石出现脱水。因此，在实验温压范围内，在5O0℃一600℃一7o0℃一800~C条件下，角闪石变形机制表现为脆性破裂一碎裂流动一晶体扭折一动态重结晶和脱水作用，显示了角闪石经历了脆性一脆一塑转化一塑性变形的变形机制。关键词角闪石高温高压脆一塑性转化微观结构变形机制中图分类号：P3l3文献标识码：A文章编

4、号：0253—4967(2015)O1—008卜130引言角闪石是主要造岩矿物之一，在绿片岩相至高角闪岩相的变质岩中和岩浆岩中普遍存在。研究角闪石的变形，对于认识地壳岩石变质变形、脆一塑性转化与流变具有重要的作用。角闪石结构复杂，并且具有类质同象。这种独特的矿物结构与成分特征，导致角闪石变形行为与变形机制表现出多样性，并且在变形过程中伴有成分的改变，因此，自然界的角闪石变形与变质反应共存。对地壳变形角闪石的研究表明，低温或高应变条件下，角闪石最主要的特征是碎裂变形，这是因为角闪石在变形过程中容易沿夹角为56。或124。的2组完全解理(

5、110)和(110)面滑动，如果存在流体作用时，伴有压溶与扩散蠕变(Passchiereta1．，2005)。角闪石沿{110}解理的脆性微破裂产生细粒化现象(Nyman，1992)，导致变形岩石中角闪石发育的核幔构造[收稿日期]2013-10-07收稿，2014-12-26改回。[基金项目]国家自然科学基金(41374184)和地震动力学国家重点实验室自主研究课题(LED201OB03，LED2013A05)共同资助。$通讯作者：周永胜，男，研究员，E一,nail：zhouysh@ies．ao．cn。82地震地质中，细粒角闪石主要由

6、碎裂而不是由动态重结晶作用形成。在高温或低应变条件下，地壳角闪石出现脱水与晶体塑性变形，表现为机械双晶与位错滑移。天然角闪石在相当于高角闪岩相一麻粒岩相的变质条件发生亚晶粒旋转重结晶和恢复作用等高温动态重结晶作用(苗培森等，2001；Passchiereta1．，2005)，在低角闪岩相的条件下，发生膨凸动态重结晶作用(曹淑云等，2007)。纪沫等(2013)在山西恒山和张晓丽等(2014)在北京市房山区东岭东万路出露的角闪岩中发现了低角闪岩相的角闪石出现了膨凸重结晶现象。另外，在变形过程中，角闪石伴有变质反应与脱水作用，普通角闪石经

7、常分解为组分不同的闪石(Imoneta1．，2002，2004)、黑云母、钠长石和绿帘石(Berfereta1．，1996)、绿泥石等(胡玲等，2009)。与天然角闪石变形研究相比，实验室研究角闪石变形比较少。Tullis(1983)研究表明，在实验室条件下，角闪石晶质塑性变形在温度超过450~C时开始出现，但Hacker等(1990)研究表明，在低于700~C条件下，角闪石仍然以碎裂变形为主，在760~C条件下，角闪石开始出现脱水。Passchier等(2005)认为，角闪石发生晶质塑性变形的难度较大，其塑性变形温度条件甚至比橄榄石

8、还要高。由此可见，角闪石的变形是一种复杂的过程，除了受温度、压力、应变速率等影响外，角闪石脱水、成分变化、变形方式与变形机制等多种因素也有重要影响。对于角闪石的天然变形研究仍然不太全面，实验研究更少，是主要造岩矿物中变形