大别山六安-黄石断面岩石-地球化学剖面图
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发布时间：2022-04-21 01:23
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时间：2022-06-17 02:17
地壳岩石-化学结构（断面）模型的建立，是以地震测深成果构筑的地壳波速结构和泊松比（图4-22）为基础，通过开展大别苏-鲁地区60件基底各类变质岩石和花岗岩样品地震波速（Vp和Vs）高温高压下实验测定（在德国基尔大学H.Kern教授领导的高温高压岩石物性实验室进行），进而采取岩石实验测定值与地震剖面观察值相互匹配拟合为主要途径而完成的，当然其中还结合考虑了有关的地质因素（高山等，1997；Gao et al.，1998；2001；Kern et al.，1999，2002）。
图4-21 大别-苏鲁已发表的5条折射地震测深剖面揭示的地壳Vp波速（km/s）结构及与中国东部和全球*地壳的对比
其中下划线数字为平均地壳Vp
图4-22 大别晓天—宿松一线Vp和泊松比（分别为括号内第一和第二个数字）结构
（据王椿庸等，1997）
4.4.2.1 地壳深部岩石类型的确定
在岩石波速实验测定成果的基础上，高山等（2002）研究了岩石地震波速的一般特性，并提出了深部岩石原位波速的估算和岩石类型确定的以下途径 高山，2002，大别-苏鲁地区岩石物理性质与地壳结构-岩石模型（自然科学基金课题结题报告）。
（1）在恒定温度下，岩石Vp和Vs在p＜200MPa（约8km）时均表现出随压力升高呈非线性迅速增加，随后表现出呈近于线性缓慢增加。这一特性与体积变化特征对应，证明低压下非线性段主要反映了岩石中微裂隙的闭合效应，而线性段则代表岩石的本征特性。同一岩石在浅部由于微裂隙的存在（往往是定向排列的），表现出明显波速各向异性，随深度增加各向异性明显降低。因此，在地壳浅部地震测深解释中必须考虑岩石微裂隙的影响。为了消除浅部低压条件下岩石微裂隙对波速的影响，求得深部岩石原位波速计算的方法，高山等研制和提出了以下计算式：
V（z）=V（0）+［（dV/dp）Tp+（dV/dT）pT］dz （1）
图4-23即为根据大别-苏鲁地区现今热流值和实测的波速随温度和压力的变化系数，由（1）式计算出的超高压岩石及有关岩石在不同深度的Vp和泊松比。
（2）地壳深部岩石组成的制约。根据所获得的不同岩石的平均地震波速与其随温度与压力变化的系数，以及大别-苏鲁地区的平均地表热流等，由（1）计算了大别-苏鲁中地壳和下地壳三种可能的主要岩石作为端元混合物的VP等值线（图4-24）。该图可用来定量估计区域中、下地壳的岩石组成。
（3）榴辉岩的泊松比。前人获得的地幔橄榄岩的泊松比（0.26）和榴辉岩（0.27）是不可区分的。通过大别-苏鲁地区地表榴辉岩的系统研究，发现随折返过程温度和压力的降低，榴辉岩常发生退变质作用，岩石中常伴有含水矿物（含结晶水）的产生，如角闪石和绿泥石，因此岩石结晶水（H2O+）直接指示了榴辉岩退变质的程度，即退变程度越高，H2O+越高。同时通过岩石波速对比证明，退变作用可使榴辉岩的泊松比增加，并确定H2O+＜1%、未退变质的新鲜榴辉岩的泊松比为0.24～0.25，该比值明显低于橄榄岩的泊松比。因此，泊松比为区别深部榴辉岩和橄榄岩提供了一种有效的途径。有关详细讨论见Gao et al.（2001）。
4.4.2.2 大别造山带六安-黄石断面地壳结构-岩石和化学组成模式
以上述地壳波速结构与岩石波速实验测定数据研究的成果为基础，沿袁学诚等完成的六安-黄石地震测深剖面建立了由图4-25所示的大别碰撞造山带岩石-地球化学剖面图。该图表示了：①Vp等值线分布情况；②地壳各结构层的可能岩石组成，特别是榴辉岩的含量范围；③由于SiO2含量决定了岩石的主量和微量元素特征，本图又给出了各层的平均SiO2含量。其中对上地壳岩石组成的推测主要依据图4-23，对中、下地壳岩石组成的推测主要依据图4-23和图4-24。对各层SiO2含量的计算根据以上推测的各层岩石组成和相应化学成分获得。现进一步说明如下：
（1）由图4-25可见，该断面范围内中地壳为一低速带，Vp为5.6～5.9km/s，该波速甚至低于中地壳条件下长英质片麻岩的Vp（6.30km/s），说明榴辉岩（Vp=7.7km/s）即使存在，其量也是非常少的。同时表明该层是一构造薄弱带或含有流体，使其波速甚至低于长英质片麻岩。对大别地区北淮阳、北大别、南大别和宿松4个构造带燕山期花岗岩Pb和Nd同位素的研究表明（见图4-14和张宏飞等，2001），尽管这4个单元构造属性十分不同，但它们燕山期花岗岩Pb-Nd同位素组成却表现出惊人的一致性，即均与北大别片麻岩十分一致，而与南大别超高压单元截然不同，证明它们的源区由类似大别杂岩的岩层石。由于花岗岩来自中下地壳，这又很好地证明了，南大别超高压单元是一个仅限于地壳浅部的薄皮构造单元。因此，岩石物性对地震资料的制约和花岗岩源区同位素示踪均证明，大别中地壳已不含有榴辉岩。
图4-23 计算的不同深度大别-苏鲁超高压岩石及有关岩石的Vp和泊松比
（2）大别下地壳上部Vp介于长英质麻粒岩和镁铁质麻粒岩之间，更接近镁铁质麻粒岩，其Vp可由80%镁铁质麻粒岩+20%长英质麻粒岩拟合。
（3）大别下地壳下部Vp和泊松比与镁铁质麻粒岩一致，因此基本由镁铁质麻粒岩组成。全球下地壳包体的研究及对汉诺坝和女山等地产于新生代火山岩中的下地壳包体的研究一致证明，来源于下地壳的镁铁质麻粒岩包体主要为幔源玄武质岩浆底侵作用的产物，其年龄要明显晚于地表出露麻粒岩的年龄。例如，汉诺坝地区地表出露的麻粒岩年龄为2.5～2.7Ga，而麻粒岩包体的年龄为120～140Ma，为中生代底侵作用的产物（樊祺诚等，1998；Liu et al.，2001）。对华北、扬子和华南的下地壳包体和岩浆岩的研究已表明，120～140Ma的幔源岩浆底侵作用在中国东部广泛存在。大别造山带时代为120～130Ma（Hacker et al.，1998；Jahn et al.，1998）的镁铁—超镁铁质侵入岩的发育，说明这一时代的底侵作用可能在大别造山带也是广泛存在的。因此，地球物理、地质和年代学研究均表明，大别现今下地壳下部最可能是由中生代幔源底侵作用形成的镁铁质麻粒岩组成。当然对于大别低侵发生的时代的推断尚缺乏直接证据的支持，还有待于进一步研究。
图4-24 大别-苏鲁中地壳和下地壳可能的三种主要组成岩石端元混合的VP等值线
图4-25 大别六安-黄石断面地壳结构及岩石-化学组成模式图（Vp结构据袁学诚等未发表资料）
（4）大别造山带下地壳和上地幔的泊松比为0.265～0.280，明显高于榴辉岩，甚至高于退变榴辉岩的泊松比，因此下地壳和上地幔中即使有榴辉岩存在，其含量也是非常少的。
