《蛇紋石化作用對超鎂鐵岩地震波性質的影響及意義》是依託西北大學，由孫聖思擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：蛇紋石化作用對超鎂鐵岩地震波性質的影響及意義
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫聖思
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
過去對於上地幔地震波資料的解釋大多建立在超鎂鐵岩高壓物性實驗數據的基礎上，而忽略了蛇紋石化作用的影響。蛇紋石作為上地幔最主要的水化礦物，具有很低的地震波速、高的波速各向異性和剪下波分裂，能夠顯著地改變超鎂鐵岩的地震波性質。本項目擬開展陝西商南縣東秦嶺松樹溝的蛇紋石化橄欖岩的地震波性質研究工作，以高壓岩石物性實驗和電子背散射衍射技術（EBSD）為主要實驗手段，試圖建立蛇紋石化作用（蛇紋石類型、含量，晶格優選定向等）與超鎂鐵岩的地震波性質（縱波和橫波速度、各向異性、剪下波分裂、泊松比、彈性模量等）的定量關係，為上地幔地震資料的正確解釋提供必不可少的、定量的實驗支撐和理論約束，推動岩石圈地幔成分、結構、流變學和動力學研究的定量化發展。
結題摘要
地震波資料是了解上地幔物質和結構的最重要的途徑，而對於地震波數據的解釋是建立在超鎂鐵岩地震波性質的基礎上的。蛇紋石作為上地幔最主要的水化礦物，具有很低的地震波速和高波速各向異性，能夠顯著地改變超鎂鐵岩的地震波性質。本項目以陝西省商南縣松樹溝超鎂鐵岩和西藏自治區曲松縣羅布莎超鎂鐵岩為研究對象，主要研究蛇紋石化作用、礦物晶格優選定向和熔-岩反應對地幔岩地震波性質的影響。組構測試顯示，松樹溝超鎂鐵岩中存在橄欖石的A型、B型和C型晶格優選定向（CPO），羅布莎超鎂鐵岩的橄欖石則主要是A型CPO。地幔岩的P波波速各向異性主要由橄欖石的組構控制：由(010)[100]位錯滑移形成的A型組構導致Vp(X)>Vp(Y)>Vp(Z)。由於A型CPO是正常上地幔最流行的組構，天然橄欖岩樣品主要都是這樣的波速各向異性。B型組構會形成Vp(Y)>Vp(X)>Vp(Z)，C型組構會形成Vp(Z)>Vp(X)>Vp(Y), E型組構會形成 Vp(X)>Vp(Z)>Vp(Y)，而D型組構會導致 Vp(X)>Vp(Y)≈Vp(Z)。在高溫塑性變形導致的橄欖石的CPO被“凍結”後，溫度降低到~800-970 °C，松樹溝和羅布莎的超基性岩都與玻安質熔體發生反應，溶解斜方輝石，生成橄欖石新晶。由於熔-岩反應生成的橄欖石沒有發生位錯蠕變，其晶格優選定向是隨機的，所以，熔-岩反應會削弱橄欖石的CPO並降低地震波各向異性。在溫度低於300 °C的環境中，地幔岩的水化會生成低溫蛇紋石：利蛇紋石和纖蛇紋石。超鎂鐵岩的蛇紋石化作用遵從Birch定律，即波速與密度呈線性相關。超鎂鐵岩波速隨低溫蛇紋石含量的增加線性降低，其的經驗公式為：Vp=-3.09ϕ+8.17和 Vs=-2.23ϕ+4.56。由於低溫蛇紋石化在橄欖岩中形成了三維網狀結構，地震波速在X、Y 和Z方向降低的程度相當，所以，低溫蛇紋石化對超鎂鐵岩波速各向異性影響不大。本研究可以為上地幔地震資料的正確解釋提供必不可少的、定量的實驗支撐和理論約束，其成果已經在《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》發表一篇論文，另一篇論文正在投稿中。
