水对名义无水矿物变形的影响.pdf

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1、卷(Volume)37，期(Number)1，总(SUM)136页(Pages)138—163，2013，2(February，2013)大地构造与成矿学GeotectonicaetMetallogenia水对名义无水矿物变形的影响邵同宾，宋茂双，嵇少丞，李建峰，王茜(1．中国科学院广州地球化学研究所，同位素地球化学国家重点实验室，广东广州510640；2．中国科学院大学，北京100049；3．加拿大蒙特利尔大学工学院民用、地质与采矿工程系，蒙特利尔H3C3A7)摘要：在固体地球中，水虽微量，但对众多地质过程(例如，岩石部分熔融与火山喷发、地震活动等)和岩石的

2、物理化学性质(例如，电导率、滞弹性、地震波性质、相变动力学等)影响重大。更为重要的是，水能通过影响矿物的变形机制来控制岩石的流变强度，进而制约着地球动力学的过程。名义无水矿物(NAMs：Nominalanhydrousminerals)即为分子式中不含氢的矿物，其晶格的容水量远小于正常含水矿物(如，角闪石，蛇纹石等)的容水量，但由于NAMs在固体地球中体积比例甚大，仅上地幔的橄榄石中所能溶解的水可能比全部地表水还多。因此了解水对NAMs(尤其是分别作为地壳和上地幔主要组成矿物的石英和橄榄石)变形的影响对于精确地构建岩石圈强度剖面和深刻理解构造地质学与地球动力学

3、过程至关重要。本文将系统地回顾水对NAMs变形的影响，首先通过回顾水在固体地球内部的存在形式提出了NAMs是固体地球中的重要水库，接着阐述了NAMs中水的存在形式、溶解机制、溶解度影响因素及扩散动力学，最后着重论证了水致弱化在石英和富镁石榴石中最强，然后依次是单斜辉石、长石、橄榄石，瓦德利石和林伍德石。关键词：水；名义无水矿物；水致弱化；流变学；构造地质学；地球动力学中图分类号：P313；P542文献标志码：A文章编号：10011552(2013)01-0138-026a1．，1986；HirthandKohlstedt，1996；Jungand0引言Kara

4、to，2001；Karato，2006a)和相变动力学(Kubo在固体地球中，水虽微量，但它不仅能影响火山eta1．，1998；OhtaniandLitasov，2006；Inoueeta1．，作用(VanKekeneta1．，2002)和地震(Meadeand2010)等亦具有十分重要的影响。特别是，水通过Jeanloz，1991；Zhaoeta1．，2002；Zhoueta1．，改变矿物变形机制降低岩石流变强度(Kavner，2008)等许多地质过程，而且对地壳和上地幔的许2003；Karato，1998；MeiandKohlstedt，2000a，b)，

5、多物理性质如熔融温度(Kushiro，1972；Holloway，进而控制地球上的构造地质与地球动力学过程。水1973；MysenandBoettcher，1975)、电导率(Karato，在地球内部的存在形式与深度(压力和温度)有关，1990；Huangeta1．，2005；Karato，2006a)、地震波在地球浅部水主要赋存于各种含水矿物(如角闪性质(Karato，1995；Inoueeta1．，1998；Kavner，石、蛇纹石等)中，而在深部水主要以结构水的形式2003；Wangeta1．，2003；Jacobseneta1．，2004)、滞赋存于名

6、义无水矿物(NAMs：Nominalanhydrous弹性(Karato，1995)、流变性(Griggs，1967；Chopraminerals)之中。andPaterson，1984；Mackwelleta1．，1985；KaratoetNAMs是指那些分子式中不含氢的矿物。首先收稿日期：2012—05—31；改回日期：2012—11—14项目资助：国家自然科学基金项目(批准号：41174072，41090373，40772029，41102139)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(编号：KZCX2Yw．QO84)34)、中国科学院“百人计划”项目(编

7、号：KZCX-0733221A07)、青藏高原东部和东南部岩石圈流变学及地球物理性质研究项目(编号：1212011121274)联合资助。第一作者简介：邵同宾(1988一)，硕士，主要从事构造地质学和岩石流变学研究。Email：stb558069@126．eom第1期邵同宾等：水对名义无水矿物变形的影响139发现NAMs及其集合体的水致弱化效应的是美国加有许多水残留在地球内部。州大学洛杉矶分校的DavidTGriggs教授和他的博水在地球内部的存在形式一般与深度有关。在士生JamesDBlacic(GriggsandBlacic，1964，中地壳环境中，长英质

8、岩石中的水主要以结合水的1965)。最