华北克拉通麻粒岩和橄榄岩的地震波性质和导电率

华北克拉通是研究大陆岩石圈形成与演化的热点地区。对华北克拉通麻粒岩和橄榄岩进行地震波性质和导电率的综合研究不仅为根据地球物理资料建立岩石圈成分模型和流变学结构提供可靠依据，而且为研究大陆岩石圈的物理性质和变形机制提供新的约束。本项目包括以下研究内容：（1）使用电子背散射技术测量麻粒岩和橄榄岩的显微组构，并根据矿物的晶格优选定向计算岩石的波速和各向异性；（2）将计算结果与高温高压下的实测波速和各向异性对比，定量研究温度、压力、矿物组成和显微构造对麻粒岩和橄榄岩地震波性质的影响；（3）测量麻粒岩和橄榄岩主要矿物的结构水含量和高温高压下的岩石导电率，定量研究矿物组成、温度、压力和含水量对导电率的影响；（4）根据物性研究成果，对地震、重力和大地电磁测深资料进行综合解释，建立华北克拉通地壳-上地幔成分模型和流变学结构，探讨岩石圈减薄的过程和机制。

对华北克拉通麻粒岩和橄榄岩进行地震波性质和导电率的综合研究不仅为根据地球物理资料建立岩石圈成分模型和流变学结构提供可靠依据，而且为研究克拉通岩石圈的变形机制提供新的约束。本项目的主要研究内容和进展包括：（1）测量华北克拉通麻粒岩和橄榄岩的显微组构，并根据矿物的晶格优选定向计算岩石的波速和各向异性，发现麻粒岩的地震波各向异性整体较低，主要受角闪石的晶格优选定向控制，而汉诺坝橄榄岩包体发育了B型组构，P波最快波速方向垂直面理。（2）测量了麻粒岩和榴辉岩主要矿物的结构水含量和岩石导电率，发现榴辉岩相和麻粒岩相辉石岩中单斜辉石的铁含量和水含量影响了二者的活化焓。石榴石的含量越高，辉石岩的电导率越低，暗示了石榴辉石岩和榴辉岩将成为下地壳的高阻层。（3）对新生代玄武岩携带的橄榄岩包体的含水量和导电率进行了系统研究，发现橄榄石含水量非常低，全岩的结构水含量由辉石控制，而全岩导电率由橄榄石控制，主控的导电机制是小极化子跃迁和质子导电。与大地电磁测深资料对比，发现在华北克拉通大部分地区，浅部岩石圈地幔同时包括富水和贫水的橄榄岩，但是下部的岩石圈地幔已强烈脱水。根据上地幔含水量的不均一分布，提出华北克拉通东部岩石圈经历了古太平洋板块俯冲导致的加水软化、白垩纪-早第三纪岩浆作用导致的热侵蚀和脱水硬化。该脱水过程伴随着岩石圈减薄和流变强度的增高，最终使东部块体的岩石圈在中新世和第四纪增厚。该工作不仅提供了追踪大陆上地幔含水量分布的实例，而且指出岩浆作用导致的脱水硬化对克拉通演化的影响。（4）总结了主要矿物和岩石的地震波性质和导电率性质，研究岩浆底侵、下地壳榴辉岩化、橄榄岩蛇纹石化、流体活动等因素对Moho面物理性质和壳幔相互作用的影响。（5）开展中俄合作，将西伯利亚克拉通、扬子克拉通与华北克拉通对比，发现岩浆底侵作用导致了下地壳和上地幔中的高速层。如果地幔柱不能使克拉通岩石圈分裂，其导致的大规模部分熔融和随后的变质作用将加强壳-幔耦合和岩石圈地幔的黏度，从而促进克拉通的长期稳定。