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MT约束的青藏高原东南缘上地幔热结构研究——以兰坪-贵阳剖面为例

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地球物理学报 2023年第8期66卷 3335-3352页

作者：王雪雨朱涛郭颖星中国地震局地球物理研究所北京100081

青藏高原东南缘是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其深部结构有助于理解青藏高原的扩张机制.本文利用穿过青藏高原东南缘的一条起始于兰坪—思茅块体,穿过川滇菱形块体,终止于华南块体的长约750 km的大地电磁测深(MT)剖面的电阻率... 详细信息

青藏高原东南缘是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其深部结构有助于理解青藏高原的扩张机制.本文利用穿过青藏高原东南缘的一条起始于兰坪—思茅块体,穿过川滇菱形块体,终止于华南块体的长约750 km的大地电磁测深(MT)剖面的电阻率结构,基于上地幔矿物和熔融体温度与电导率的关系,获得了研究区上地幔温度结构与熔融百分比分布.结果表明,采用随深度变化的含水熔融上地幔矿物组分模型才能合理地获得整个上地幔温度;上地幔全岩含水量约4.69(40 km深度)~0.13 wt%(150 km深度),矿物熔融百分比约0~1.4%之间,并在70 km深度附近出现了较明显的局部熔融带;上地幔温度位于400~1300℃之间,随深度加深而逐渐增加;70 km以浅的温度表现出相对强烈的横向变化,且川滇和兰坪—思茅块体的上地幔温度和矿物熔融百分比的深度平均值明显高于华南块体.

关键词：青藏高原东南缘上地幔热结构熔融百分比

上地幔电导率-温度关系及在大地电磁测深法中应用综述

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地球物理学报 2023年第5期66卷 1771-1795页

作者：雷璐璐金胜魏文博张乐天董浩叶高峰盛跃中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083

上地幔热结构的研究对探索地球内部物质状态和岩石圈形成演化过程,评估自然资源的存储状况,监控火山区岩浆活动从而降低自然灾害风险等有着重要的意义.本文概述了基于不同岩石物理学高温高压实验得到的上地幔矿物电导率-温度关系.通过... 详细信息

上地幔热结构的研究对探索地球内部物质状态和岩石圈形成演化过程,评估自然资源的存储状况,监控火山区岩浆活动从而降低自然灾害风险等有着重要的意义.本文概述了基于不同岩石物理学高温高压实验得到的上地幔矿物电导率-温度关系.通过分析并对比前人的实验结果,讨论了不同实验得到的同一矿物的电导率-温度经验关系中参数差异产生的原因.大地电磁测深法(MT)以其探测深度大,受浅部高阻体影响较小且对低阻体分辨率较高等特点,在研究壳幔电性结构、热状态和地球动力学机制中得到了广泛的应用.以MT得到的上地幔电阻率模型为基础,结合岩石物理学实验标定的矿物电导率-温度经验关系,建立上地幔的温度和熔融百分比模型,这项工作在研究上地幔热状态中起着不可或缺的作用.笔者总结并讨论了前人以MT方法获得电性结构为基础,利用电导率-温度经验关系评价上地幔热状态的应用实例,并对未来的研究工作做了展望,同时对其可行性做了评估.

关键词：上地幔热结构电导率-温度关系大地电磁法上地幔电性结构熔融百分比

基于MT的青藏高原东南缘上地幔热结构研究 ——以兰坪—贵阳剖面为例

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基于MT的青藏高原东南缘上地幔热结构研究 ——以兰坪—贵阳剖面...

作者：王雪雨中国地震局地球物理研究所

学位级别：硕士

地球内部的温度是地球物理学、岩石物理学和地球动力学等研究中的一个非常重要的物理参数。上地幔温度是其密度和强度(流变性)的主要控制因素,因而控制着对流地幔上部热边界层和力学边界层的动力学演化、以及板块俯冲的动力学过程,是岩... 详细信息

地球内部的温度是地球物理学、岩石物理学和地球动力学等研究中的一个非常重要的物理参数。上地幔温度是其密度和强度(流变性)的主要控制因素,因而控制着对流地幔上部热边界层和力学边界层的动力学演化、以及板块俯冲的动力学过程,是岩石圈减薄和地球深部构造演化等的可能原因,因此研究上地幔热结构具有重要的意义。然而,确定上地幔温度结构是一个挑战,目前主要利用地震波速度和电阻率结构,结合矿物物理学和地热学资料和方法来获得。与地震波速度相比,电阻率对上地幔温度、流体/熔融体更加敏感,因此在研究上地幔温度结构中占有重要的地位。青藏高原东南缘位于我国西南部,地壳变形强烈,强震活动频繁,是青藏高原软弱物质运移的关键位置,研究其上地幔温度结构不仅有助于理解青藏高原的扩张机制,还有助于理解块体之间的相互作用。因此,本论文基于一条穿过青藏高原东南缘的大地电磁测深(MT)获得的电阻率剖面,结合岩石物理学方法,获得了其上地幔的温度结构。该剖面长约750km,起始于兰坪-思茅块体、穿过了川滇菱形块体、终止于华南块体。虽然本论文的研究方法是成熟的,但是,与前人相比,本论文的研究思路是新颖的,获得的结果更加合理。主要体现在:(1)采用了更加合理的上地幔矿物组分模型。前人在研究大陆上地幔温度结构时,建立矿物组分模型的实验数据采集于大陆和俯冲带,这是不合理的。因此,在建立本论文的矿物组分模型时,完全采用了来自大陆的岩石样品的实验结果;(2)采用了随深度变化的全岩含水量。前人在确定上地幔的温度结构时,采用了均一的全岩含水量。本论文的研究发现,采用任何一个均一的全岩含水量,均无法完全解释电阻率结构。要完全解释电阻率结构且获得合理的温度结构,必须采用随深度变化的全岩含水量;(3)将克拉通和非克拉通区域分开。克拉通和非克拉通区域的矿物含水分配比例存在明显差异。前人的研究对这两个区域采用了相同的分配比例,这是不合理的。本论文的研究结果表明,不含水的或含水但无局部熔融的上地幔矿物组分模型无法解释全部的青藏高原东南缘的电阻率结构。含水且存在局部熔融的模型才能解释全部的电阻率结构;采用均一分布的全岩含水量模型获得的温度结构仅在某个深度范围是合理的,即采用均一分布的全岩含水量模型无法获得整个电阻率剖面的上地幔的合理的温度结构,须采用随深度变化的全岩含水量模型,其在40 km深度约为4.69 wt%,然后急剧下降,到80 km深度约为0.2 wt%,之后缓慢下降,到150 km深度约为0.13 wt%;采用该全岩含水量模型,在电阻率结构和前人获得的深度平均的全球温度结构的约束下,获得青藏高原东南缘上地幔温度位于400～1300℃之间,呈现出由浅至深逐渐增加的总体趋势。在70km以浅的区域,华南块体(克拉通地区)下的上地幔温度约为400～800℃,明显低于川滇和兰坪—思茅块体(非克拉通地区)的800～1000℃;与70 km以深的区域相比,温度的横向变化相对强烈。在70km以深的区域,华南块体与川滇和兰坪—思茅块体下的上地幔温度差异明显比70km以浅的小得多,并且温度的横向变化很小,表现出明显的分层特征。青藏高原东南缘的上地幔矿物熔融程度位于0～1.4%之间,且随深度增加呈现出了先增加后减小的总体变化趋势。在65 km以浅的区域,华南块体的上地幔矿物几乎未发生熔融;然后随深度加深逐渐增加,到70 km附近矿物平均熔融程度达到最高,约0.51%,而局部最强矿物熔融出现华南块体东部,约0.91%;此后矿物熔融程度逐渐降低。川滇和兰坪—思茅块体的上地幔矿物在约45 km以浅几乎未发生熔融;然后随深度增加到70 km左右,矿物熔融程度逐渐增强,最大矿物熔融百分比约为0.8%,明显比华南块体高。在攀枝花和龙蟠—乔后断裂带、鹤庆—洱源断裂带、程海断裂带下的Moho面附近出现局部强烈熔融区,最大值分别达到约1.4%和1.1%;此后矿物熔融程度则逐渐降低。本文的结果对于理解青藏高原东南缘的上地幔热结构具有积极的作用,但是来自上地幔的捕掳体的含水量远远低于本文所获得的全岩含水量,可能意味着需要进一步改进模型,这将是我们下一步的研究工作。

关键词：温度结构热结构上地幔含水量熔融百分比

基于Nernst-Einstein和Arrhenius方程的电导率-温度关系研究

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内蒙古工业大学学报（自然科学版） 2022年第5期41卷 475-480页

作者：李宝春孙少槐内蒙古工业大学矿业学院呼和浩特010051 沙旱区地质灾害与岩土工程防御自治区高等学校重点实验室呼和浩特010051

以Nernst-Einstein和Arrhenius方程为基础,利用岩石物理学实验测得的半定量关系中给出矿物组成和含水量等参数间的关系,使用Hashin-Shtrikman(HS)边界条件控制混合矿物的电导率范围。计算结果表明:矿物电导率和温度之间存在正向的指数... 详细信息

以Nernst-Einstein和Arrhenius方程为基础,利用岩石物理学实验测得的半定量关系中给出矿物组成和含水量等参数间的关系,使用Hashin-Shtrikman(HS)边界条件控制混合矿物的电导率范围。计算结果表明:矿物电导率和温度之间存在正向的指数增长关系,并且水在固态岩矿石和熔融体中分别起到质子传导和离子传导的作用,可以显著提高电导率。

关键词：电性结构热结构熔融百分比 Hashin-Shtrikman(HS)边界条件