滇西三江地区下地壳地震波速度横向不均一性研究－高温高压岩石弹性速度的制约

The lateral heterogeneity of the crust thickness and seismic wave velocity (Vp and Vs) in Sanjiang area is the key for investigating the crust structure and geodynamics in this area. The lateral heterogeneity of the crust thickness and seismic wave velocity has been interpreted based on the results of the field investigation and geophysical survey. However, there is no in situ elastic wave velocity measured at high pressure and high temperature for the lower crust rocks in this area to support these interpretations. Based on the field invetigation in the Binchuan-Jianchuan- Xiaguan-Baoshan area, western region of Yunan province, the possible lower crustal rocks in this area will be selected as the samples for the Vp and Vs measurement at high pressure and high temperature in this proposal. The rocks include the xenoliths entrained in the syenite-porphyrys, the amphibolites occurred in the metamorphic terrane of Cangshan group, and the gabbro-syenite which is an integral part of Zhoupan alkline complex in Yongping county. The Vp and Vs of these rocks will be measured by the combined transmission-reflection method and the experiments will be carried out using the elastic wave velocity measurement system set in the multi-anvil press, YJ-3000t, at 0.5 GPa to 2.0 GPa and room temperautr to 1050℃. The relationship of the Vp (Vs), temperature and pressure (Vp(Vs)-p-T) for each rock will be disscused. The Vp (Vs) of the rock at the pressure and temperature conditions in the lower crust will be calculated according to the Vp(Vs)-p-T relationship. The calculated Vp (Vs) will be compared with the seismic wave velocity profile of the lower crust gained by the geophysical survey in this area. This comparision will provide the evidence for constraining the rock structure modal of the lower crust in this area. Furthermore, the experimental results may also be used to discussed two key danymic issues: (1) the reason responsible for the lateral heterogeneity of seismic wave velocity in the lower crust; (2) the geological process in the low-velocity layer in the lower crust.

滇西三江地区下地壳厚度和地震波速度的不均一性特征是该区地壳结构及其动力学研究的热点问题。对这一问题的讨论缺乏该地区下地壳岩石高温高压原位弹性波速度研究结果的支持。本项目拟在野外地质调查以及地震测深研究成果的基础上，以集成于YJ-3000t压力机的六面顶高压装置之上的弹性波速度测量系统为技术平台，在0.5-2.0 GPa，室温-1050℃的条件下，测量滇西三江地区可能是下地壳的岩石－火山岩中的深源包体(角闪岩、斜长角闪岩，石榴透辉石角闪岩、斜长岩、斜长二辉麻粒岩、石榴透辉石岩、石榴石辉石岩)和地表出露的基性岩石（斜长角闪岩，正长辉石岩）的弹性波速度（Vp和Vs）。获得上述岩石Vp和Vs－温度－压力关系。以此计算上述岩石在相当于三江地区下地壳温压条件下的Vp和Vs，并将其与地球物理探测结果进行对比，限定该地区下地壳可能的岩石类型，讨论三江地区下地壳地震波速度横向不均一的成因。

在云南西部“三江”地区野外地质调查以及前人地震测深研究成果的基础上，以集成于YJ-3000t压力机的紧装式六面顶高压装置之上的反射-透射法弹性波速测量系统为技术平台，以云南西部“三江”地区火成岩中的岩石包体，地表出露变质岩为实验样品，在0.5-1.5 GPa，室温-1130℃的条件下，测量上述岩石的弹性波速度（Vp和Vs）。结果显示在常温，压力大于0.25 GPa的条件下，弹性波速度随压力增加线性增加，说明此时岩石中的微裂隙已经基本闭合，这时的弹性波速度为岩石的本征性质。利用0.25-1.0 GPa压力段的弹性波速度数据，对弹性波速度－压力进行线性拟合，获得了弹性波速度的压力系数。依据获得的弹性波速度－压力线性关系式，计算了在微裂隙闭合情况下岩石在常温常压条件下的弹性波速度。在1.0 GPa条件下，随温度升高，岩石弹性波速度逐渐减小，弹性波速度与温度呈线性关系。对弹性波速度－温度进行线性拟合，获得了岩石性波速度在1.0 GPa的温度系数。利用获得的岩石横波和纵波速度计算了样品的泊松比。结合“三江”地区的地温梯度获得了上述岩石的弹性波速度-深度剖面，并将实验结果与“三江”地区地震测深获得的地壳速度剖面进行了对比。实验所测量的各类变质岩的弹性波速度主要相当于“三江”地区中、上地壳的弹性波速度。与上地壳弹性波速度一致的岩石主要为古生界浅变质的千枚岩，片岩以及各类酸性侵入岩（花岗岩和花岗闪长岩），部分哀牢山岩群糜棱岩的弹性波速度与上地壳弹性波速度一致。与中地壳弹性波速度一致的岩石主要为片麻岩及偏中性的斜长角闪岩。与下地壳弹性波速度相当的岩石主要为基性-超基性变质岩和侵入岩（斜长角闪岩、角闪岩、正长辉石岩等），以及火成岩中的基性-超基性岩包体（斜长角闪岩、角闪岩、辉石岩、石榴辉石岩、角闪辉石岩、麻粒岩）。因此，哀牢山造山带的古生界浅变质岩系可能代表着本地区上地壳的岩石，元古界哀牢山岩群和苍山岩群可能主要代表着本地区中地壳的岩石。初步推测“三江”地区地震波速度横向不均一性可能主要是由于岩石成分不同引起的。此外，还进行了斜长角闪岩和黑云斜长片麻岩部分熔融过程中的纵波速度的研究，粗面玄武岩熔融-结晶过程的晶体生长动力学、矿物-熔体二面角演化以及元素配分的研究以及水锰矿、电气石以及钙铬石榴子石的PVT状态方程。