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Journal of Asian Earth Sciences:花岗岩脆塑性转化的高温高压实验研究

2017-06-05

花岗岩脆塑性转化研究对认识中地壳断层强度、变形机制和地震孕育具有重要意义。大量研究表明,天然样品和实验研究表明,石英与长石的脆塑性转化不同步,新的研究发现斜长石和微斜长石的脆塑性转化和变形机制也有很大差别。中国地震局地质研究所构造物理实验室党嘉祥助理研究员与导师周永胜研究员和合作者开展了高温高压流变实验,研究花岗岩在脆塑性转化过程中石英、斜长石和微斜长石这三种主要矿物的变形特征。实验在德国地球科学研究中心的气体介质高温流变仪上完成,实验应变速率 10-5 s-1、温度 850-1050 ℃、围压100 kPa、100 MPa、300 MPa、400 MPa。

微观结构分析表明,在850 ℃、300 MPa和950 ℃、100 kPa条件下,花岗岩为碎裂变形;在900–1050 ℃、100-400 MPa条件下,微斜长石以碎裂为主,但在1000-1050 ℃条件下出现位错滑移,局部发现钠长石出溶;斜长石以膨凸重结晶和颗粒边界迁移重结晶为主;石英以亚颗粒旋转重结晶为主,电子背散射(EBSD)分析显示石英的c轴定向随温度发生了变化。在 900–1050 ℃条件下石英、斜长石、微斜长石边界发现扩散,在1000 -1050 ℃发现微量熔体。

实验结果表明,微斜长石是花岗岩中强度最大的矿物,其脆塑性转化温度最高,实验是强度最小最易塑性变形的矿物。微斜长石的脆塑性转化特征对中地壳断层脆塑性转化带的强度和变形机制有显著控制作用。


图1、高温高压条件下花岗岩的应力-应变曲线与实验变形样品微观结构


以上研究结果发表在国际知名地学期刊Journal of Asian Earth Sciences上(Jiaxiang Dang, Yongsheng Zhou, Erik Rybacki, Changrong He, Georg Dresen. An experimental study on brittle-plastic transition deformation of granite. 2017, 139: 30-39).  
http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2016.08.023