橄榄石微页理结构的矿物化学及其地幔流变意义-地震地质.PDF

第 ３４卷　第４期 地　震　地　质 Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４ ２０１２年 １２月 ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．，２０１２ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０１２．０４．０１９ 橄榄石微页理结构的矿物化学 及其地幔流变意义 １） １） １） １） ２） 隋建立 　樊祺诚 　李　霓 　赵勇伟 　杜星星 １）中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京　１０００２９ ２）中国地质科学院地质力学研究所，北京　１０００８１ 摘　要　　橄榄石地幔流变同时包含物理和化学变化，但由于橄榄石位错的宽度通常＜０１ｍ，较难 μ 发现适合电子探针微区分析的样品（＞１ｍ），因此研究较少，并且对其成因机制存在重大分歧，有固 μ 溶体出溶、柯氏气团和蚀变反应等多种假说。在东北大兴安岭第四纪火山岩携带的地幔橄榄岩捕虏 体中，发现具有地幔流变特征的橄榄石，其中２个样品具有微页理结构，微页理宽度分别为 １ｍ和 μ １００ｍ以上，电子探针研究表明微页理的成分是相对富铁的橄榄石。从矿物成分变化特点可以排除 μ 流体蚀变或者岩浆熔体反应的可能性，从固溶体平衡理论的讨论，可以排除 Ｆｅ－Ｍｇ橄榄石固溶体出 溶的解释，因此认为元素气团理论的解释更加合理。位错引起橄榄石晶格畸变，从而导致元素选择性 富集（Ｆｅ富集、Ｍｇ亏损），而其他元素不变，这是元素气团的特征，与矿物反应边或者蚀变边明显不 同。柯氏气团能显著增强晶体强度，冶金工业普遍采用淬火工艺改善金属性能，而橄榄石位错的成分 变化对强度的影响、以及对于地幔流变的影响还需要进一步研究。 关键词　　地幔流变　橄榄石矿物化学　微页理结构　位错　柯氏气团 中图分类号：Ｐ３１７．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５３－４９６７（２０１２）０４－０７６８－１４ ０　引言 地幔流变（唐户俊一郎等，２００５；Ｋａｒａｔｏ，２０１０）旨在研究固体地球岩石圈地幔的塑性形变问 题，是板块构造、大陆漂移、地壳俯冲和地幔柱上升的地球动力学基础。通常而言，地幔流变特 指橄榄石矿物地幔流变，因为橄榄石是上地幔最重要的组成矿物，占体积份数＞６０％，直到 ４１０ｋｍ地幔过渡带橄榄石转变为尖晶石为止（Ｒｉｎｇｗｏｏｄ，１９６６；Ｉｒｉｆｕｎｅｅｔａｌ．，１９９８）；并且橄榄 石是地幔最 “软”的矿物，最容易发生塑性形变（Ｋａｒａｔｏ，１９９０；Ｋａｒａｔｏｅｔａｌ．，１９９３；Ａｎｄｏｅｔａｌ．， ２００１）。橄榄石地幔流变形成复杂的位错结构和多种晶体组构，位错的密度可以定量反演地幔 应力状态和黏度系数（Ｋｏｈｌｓｔｅｄｔｅｔａｌ．，１９７６；Ｋａｒａｔｏ，１９８７；Ｋｏｒｅｎａｇａｅｔａｌ．，２００８）；橄榄石晶格 优选方位（ＬＰＯ）和组构，则可以定性反映地幔应力状态与挥发份含量。目前已经发现５种不同 的橄榄石组构类型，分别用字母 ＡＣＤＥＦ顺序表示，分别代表了俯冲带、造山带、大陆裂谷等不同 的大地构造背景（Ｆａｂｒｉèｓ，１９７９；Ｉｓｍａｌｅｔａｌ．，１９９８；Ｍｉｚｕｋａｍｉｅｔａｌ．，２００４；Ｋｎｅｌｌｅｒｅｔａｌ．， ２００７）。 〔收稿日期〕　２０１２－０７－２６收稿，２０１２－０９－２９改回。 〔基金项目〕　国家自然科学基金资助。 ４期 隋建立等：橄榄石微页理结构的矿物化学及其地幔流变意义 ７６９ 橄榄石地幔流变同时包含矿物物理变化和化学变化。早在２０世纪７０年代，人们就发现橄 榄石位错结构相对富铁，