华北克拉通典型岩石热导率实验与岩石圈热结构和流变结构研究

The lithospheric thinning of the North China craton(NCC) is always a hot research area in the solid geoscience since 1980s. It is significant to study rheological profiles of the NCC for constraining the destruction mechanism of the NCC lithosphere. Predecessors have carried out exploratory works on rheological structures of the NCC lithosphere, however because there is scarce for essential parameters (such as thermal conductivity and flow law parameters of wet/dry granulite), the empirical data was use to construct the thermal structure and rheological structure of the NCC lithosphere. In this project, the applicant will use the more advanced laser flash technique to measure the thermal conductivity of the typical rocks of the NCC at high temperatures. The fine thermal structures of the NCC lithosphere will be calculated using new data of the thermal conductivity gotten in this study, and combining with the surface heat flows, radiogenic heat production of crustal and upper mantle rocks. In addation, creep tests will be perform under high temperatures and high pressures in a Paterson-type gas-medium triaxial apparatus to set up the steady flow law of wet/dry intermediate granulite. Based on the thermal structures and the flow law of granulite gotten in this study, and combined with the latest crustal layered model, as well as rheological parameter of mafic granulite and olivine, the fine rheological profiles of different regions in the NCC (North China plain and the Bohai Bay Basin, Southern North China Basin, Shanxi rift system, Ordos block, etc.) will be established.

华北克拉通岩石圈减薄是20世纪80年代至今国内外固体地球科学研究领域中一个持久的研究热点，对华北克拉通岩石圈流变结构的研究对探索该区岩石圈破坏机制具有重要的约束意义。前人对华北克拉通岩石圈流变结构开展了探索性的研究工作，但由于缺少必要的实验参数（如岩石热导率与麻粒岩流变参数），在计算岩石圈热结构和流变结构时，只能采用经验参数。本课题拟通过使用较为先进的激光闪烁法原位测量华北克拉通地区典型岩石的高温热导率参数，结合地表热流密度，岩石生热率等参数，计算获得华北克拉通岩石圈的精细热结构。使用气体介质三轴流变仪在高温高压下测量中性麻粒岩在干/湿条件下的流变参数。利用本研究中获得的流变参数和岩石圈热结构，结合最新的地壳结构分层、基性麻粒岩和橄榄石低温流变数据，建立华北克拉通不同区域（华北平原和渤海湾盆地、南华北盆地、山西裂谷系、鄂尔多斯高原等）岩石圈精细的流变结构。

对华北克拉通岩石圈热结构和流变结构的研究对探索该区岩石圈破坏机制具有重要的约束意义。前人对华北克拉通岩石圈热结构和流变结构开展了探索性的研究工作，但由于缺少必要的实验参数（如岩石热导率），在计算岩石圈热结构和流变结构时，只能采用经验参数。本课题拟通过使用较为先进的激光闪烁法原位测量华北克拉通地区典型岩石的高温热导率参数，结合地表热流密度，岩石生热率等参数，计算获得华北克拉通岩石圈的精细热结构。结合基性麻粒岩的流变参数及最新的地壳结构分层，建立华北克拉通不同区域岩石圈精细的流变结构。主要研究内容有四方面：1、典型岩石的高温热导率实验及热导率的温度依赖性研究，2、华北克拉通岩石圈精细热结构的建立，3、华北克拉通岩石圈精细流变结构的建立，4、实验后天然麻粒岩的微观特征分析。获得的主要实验结果和研究结论如下：1、岩石的热导率随温度升高而反比例降低，在高温时有趋于常数值的趋势。2、岩石圈热导率越高，地温越低，计算获得的岩石圈厚度也越厚。3、当孔隙压为静水压时，华北盆地上地壳下部和中地壳由流变律控制，上地壳顶部和下地壳顶部强度由摩擦率控制，对于地表热流密度更低一些的华北克拉通其它次级板块，下地壳顶部强度均由摩擦率控制。4、组构分析显示部分单斜辉石的S型组构([010]方向点极密垂直于面理，[001]方向在面理内形成大圆环)被改造成了S-L型组构([010]方向点极密垂直于面理，[001]方向极密平行于面理)。斜方辉石和拉长石的组构未改变。