钾长石半脆性-塑性流变实验研究

K-feldspar is one of the major rock-forming minerals of the crust.The rheological behavior of K-feldspar may have important influence on rheology of crustal rocks,especially in the brittle-ductile transition zone. However, data of semi-brittle to plastic deformation of K-feldspar are very limited. The project plans to perform semi-brittle to plastic creep tests in a gas medium traxial mechine under high temperature condition using hot-pressed K-feldspar aggregates with different grain sizes and water contents, and obtain the mechanical data and flow laws of the K-feldspar aggregates in semi-brittle to plastic deformation with different grain sizes and different trace water contents. Microstructures, trace water and chemical composition in experimental samples will be analyzed under SEM, EBSD, TEM，microprobe and FTIR. Effects of grain size and trace water to rheology of the K-feldspar aggregate will be quantitatively determined. By comparing with creep data of plagioclase and deformation of natural K-feldspar and natural plagioclase, effects of K-feldspar deforamtion in brittle-plastic transition and rheology of the crust can be analyzed. The result can help us to understand the deformation mechanism of the brittle-plastic transition zone and the rheological strength of the crust.

钾长石作为地壳的重要造岩矿物，其流变行为对于地壳岩石，尤其是地壳岩石的脆-韧性转变表现有着重要的影响，但对于其半脆性-塑性流变实验数据非常有限。本项目拟采用天然钾长石集合体热压合成样品，在不同粒度和微量水含量的条件下，在气体介质三轴流变仪上开展高温高压实验，获取脆塑性转化和塑性流变的力学特征，以及不同粒度和微量水含量的钾长石的流变方程；利用扫描电镜、电子背散射、透射电镜、电子探针和傅里叶变换红外光谱仪，研究实验样品的微观结构、微量水和化学成分变化；定量研究粒度与微量水含量对钾长石变形机制与流变强度的影响。通过与斜长石流变实验对比、与天然钾长石和斜长石变形对比，分析钾长石变形对地壳脆塑性转化和塑性流变强度的影响。本研究将会加深对地壳流变强度的认识、增进我们对脆塑性转化带变形机制的理解。

为了探查花岗岩中钾长石的变形特征，本项目针对采自于四川泸定地区的钾长花岗岩进行了高温高压变形实验研究。实验样品主要由石英、斜长石和钾长石组成。使用Paterson型气体介质三轴高温流变仪进行了三组变形实验：①围压300MPa和温度850、900、950、1000和1050℃条件下的压缩实验，应变速率为10-5s-1；②围压为100MPa、1atm和温度950℃的条件下的压缩实验，应变速率为10-5s-1；③400MPa和950℃温压条件下的扭转实验，剪应变速率为1.8*10-5s-1。实验前后的样品均在光学显微镜和扫描电镜下进行了微观结构分析，利用能谱分析了实验样品中矿物的成分变化。实验力学数据显示除100MPa和1atm条件下的变形样品外，其它样品随应变增加均出现了强度弱化，同时强度达到峰值的应变量随温度升高或围压降低而减小。微观结构分析显示实验样品变形随温度升高从脆性逐渐转化为塑性；在300MPa、850℃和1atm、950℃实验样品变形表现为脆性破裂；在100-400MPa、900-1050℃条件下，钾长石的变形以晶内微破裂和碎裂流动为主，在1000-1050℃出现了位错滑移，斜长石变形机制由膨突重结晶逐渐过渡为颗粒边界迁移重结晶，石英变形以亚颗粒旋转重结晶为主。在100-400MPa、900-1050℃条件下，石英、斜长石和钾长石的颗粒边界均发育有扩散边。温度为1000-1050℃时，石英、斜长石和钾长石均发生不同程度的部分熔融。在100MPa、950℃条件下，钾长石发生出溶形成了钠长石。综上所述，斜长石和钾长石进入脆塑性转化域的温压条件明显不同，钾长石强度明显高于斜长石和石英。因此，钾长石对花岗质岩石的脆塑性转化域特征具有重要作用，如果花岗岩中钾长石含量增加其脆塑性转化深度将明显加深。