松辽盆地南部岩石圈地幔变形特征及各向异性分析——来自橄榄岩包体的约束.pdf

书书书（）：岩 石 学 报：商 咏 梅，周 永 胜，马 玺 松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来 自 橄 榄 岩 包 体 的 约 束岩 石 学 报，（）：，：松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来 自 橄 榄 岩 包 体 的 约 束商 咏 梅，周 永 胜 马 玺，中 国 地 震 局 地 质 研 究 所，地 震 动 力 学 国 家 重 点 实 验 室，北 京 吉 林 师 范 大 学 地 理 科 学 与 旅 游 学 院，四 平 吉 林 长 白 山 火 山 国 家 野 外 科 学 观 测 研 究 站，长 春 ，收 稿，改 回，：，（）：，：，（），（）（），；摘要 测 量 结 果 显 示 松 辽 盆 地 快 波 方 向 分 布 较 为 复 杂，由 于 缺 乏 深 部 岩 石 变 形 资 料 约 束，制 约 了 地 震 波 各 向 异 性 成因 解 释。本 文 通 过 对 松 辽 盆 地 南 部 双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 进 行 详 细 的 岩 石 学、地 球 化 学、显 微 结 构、各 向 异 性 研 究，结 果 显 示 双辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 的 平 衡 温 度 为 ，来 源 于 岩 石 圈 地 幔。橄 榄 岩 中 橄 榄 石 的 晶 格 优 选 方 位（）类 型 主 要 为型、型 和型，其 中，型 和型可 能 形 成 于 西 太 平 洋 板 块 向 欧 亚 大 陆 俯 冲 回 撤 导 致 的 岩 石 圈 变 形，型 橄 榄 石也 可 能 形 成 于 熔 体 存 在 下 的 橄 榄 石 变 形。基 于计 算 获 得 的 橄 榄 岩 包 体 全 岩各 向 异 性（）为 ，最 大 剪 切 波 各 向 异 性（）为 。结 合 地 球 物 理 测 量 结 果，推 断 松 辽 盆 地 南 部 复 杂 的各 向 异 性 的 主 要 贡献 可 能 来 源 于 面 理 陡 倾 或 直 立 的 岩 石 圈 地 幔。本 文 受 地 震 动 力 学 国 家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 课 题（）资 助第 一 作 者 简 介：商 咏 梅，女，年 生，博 士，构 造 地 质 学 专 业，：通 讯 作 者：周 永 胜，男，年 生，研 究 员，主 要 从 事 高 温 高 压 岩 石 流 变 学 实 验 研 究，：关 键 词 地 震 波 各 向 异 性；橄 榄 岩 包 体；晶 格 优 选 方 位；岩 石 圈 变 形；松 辽 盆 地中 图 法 分 类 号 松 辽 盆 地 是 中 国 东 部 晚 中 生 代 裂 谷 盆 地 群 中 发 育 最 早（，）、保 存 最 完 好 的 盆 地，是 中 国 东 部 岩 石 圈减 薄 的 中 心 之 一（，）。围 绕 松 辽 盆 地 的 地 震 波各 向 异 性 测 量 结 果 为 研 究 松 辽 盆 地 岩 石 圈 地 幔 变 形 提 供 了条 件，以 往 多 采 用波 分 裂（为 剪 切 波、为 穿 过 外 核 的纵 波，）研 究 大 陆 上 地 幔 的 各 向 异 性 特 征，远 震波 穿 过 下 地 壳 和 地 幔 各 向 异 性 层，分 裂 成 不 同 速 度传 播 的 快 波 和 慢 波，快 波 偏 振 方 向 平 行 于 地 幔 流 动 方 向，快波、慢 波 延 迟 时 间 差 依 赖 于 上 地 幔 的 各 向 异 性 强 度 与 各 向 异性 层 的 厚 度。已 有 研 究 表 明，地 震 波 各 向 异 性 主 要 由 岩 石 圈内 造 岩 矿 物 的 晶 格 优 选 方 位（，）引 起。在 构 造 应 力 作 用 下，矿 物 发 生 塑 性变 形 形 成，导 致 岩 石 圈 具 有 地 震 波 各 向 异 性。因 此，通过波 分 裂 测 量 结 果 可 建 立 起 岩 石 圈 变 形 与 各 向 异 性 之间 的 关 系（，；，；，）。围 绕 松 辽 盆 地 已 进 行 的 大 量波 分 裂 测 量，获 得 了 地幔 变 形 结 构 特 征（，；，；强 正 阳和 吴 庆 举，；，；，；，；鲁 明 文 等，；，）。结 果 显 示 在松 辽 盆 地 内 部，以 为 界，其 南 北 两 侧 的快 波方 向 不 同，在 北 侧，的 快 波 方 向 为向，与 其 东侧 的 三 江 盆 地 一 致；在 中 部（），快 波 方 向 近向；而 在 南 侧，的 快 波 方 向 既 有向，又 有向（，；，；鲁 明 文 等，）（图）。固 定 台 站 的 观 测 结 果 显 示 松 辽 盆 地 各 向 异 性 强 度表 现 为 西 部 较 弱，而 中 部 和 东 部 相 近 且 较 强（鲁 明 文 等，）。不 同 学 者 对 围 绕 松 辽 盆 地 的 地 震 波 各 向 异 性 的 来 源 存在 争 议。部 分 学 者 提 出，岩 石 圈 早 期 伸 展 变 形 导 致 的 残 留 各向 异 性 可 以 解 释 中 国 东 北 地 区 的向 的测 量 结 果（，；强 正 阳 和 吴 庆 举，；，）。（）认 为测 量 结 果 可 以 由 太 平 洋板 块 内 亚 稳 态 的 橄 榄 石 的解 释，也 可 以 由 板 块 之 上 地幔 楔 中 的 弧 后 软 流 圈 的 流 动 来 解 释。对 于 大 兴 安 岭 南 侧，松辽 盆 地 西 南 部 的 复 杂观 测 结 果，（）认 为 是由 于 长 白 山 火 山 下 面 的 地 幔 上 升 流 触 发 了 松 辽 盆 地 南 部 的地 幔 下 沉，（）认 为 是 该 区 域 下 方 正 在 进 行 的岩 石 圈 拆 离 引 起。由 此 可 见，松 辽 盆 地 的 地 震 波 各 向 异 性 具 有 复 杂 的 特性，由 于 缺 乏 深 部 岩 石 变 形 方 面 的 研 究 来 约 束 地 球 物 理 测 量结 果 解 释 的 合 理 性，制 约 了 人 们 理 解 该 地 区 的 岩 石 圈 变 形 动力 学 过 程。变 形 导 致 的 橄 榄 岩 各 向 异 性 是 上 地 幔 各 向 异 性的 主 要 来 源（，；，）。橄 榄 石 作为 上 地 幔 最 主 要 的 矿 物，其 发 生 塑 性 变 形 形 成 的是 解释 上 地 幔 地 震 波 的 各 向 异 性 的 基 础。野 外 观 察 和 实 验 研 究表 明，橄 榄 石 作 为 控 制 上 地 幔 变 形 速 率 的 矿 物（，），其 不 同的 形 成 可 能 与 上 地 幔 地 球 动 力 学 过 程 密切 相 关。研 究 表 明 橄 榄 石 的可 以 分 为、和六 种 主 要 类 型（，；，；，），主 要 受 应 力、水 含 量，温度，压 力 和 熔 体 的 影 响（，；，；，；，；，；，）。其 他 因 素 也会 影 响 橄 榄 石的 形 成，如 应 变（，；，；，）、变 形 历 史（，）和 变 形 机 制（，）。因 此，研 究 橄 榄 石 的可 为 上 地 幔 的 变 形 环 境 和变 形 特 征 提 供 指 示。由 碱 性 岩 浆 快 速 上 升 携 带 至 地 表 的 地 幔 包 体 能 够 很 好地 保 留 深 部 岩 石 圈 地 幔 的 变 形 特 征，研 究 这 些 包 体 的 成 分 和显 微 构 造 可 以 为 岩 石 圈 深 部 岩 石 学 和 构 造 变 形 的 研 究 提 供最 为 直 接 的 信 息 和 证 据。已 有 报 道 在 松 辽 盆 地 南 部 双 辽 火山 群 中 产 出 大 量 的 地 幔 橄 榄 岩 包 体（于 宋 月 等，；，；，），研 究 多 以 地 球 化 学 为主，缺 乏 来 自 构 造 变 形 方 面 的 研 究。基 于 此，本 文 拟 以 松 辽盆 地 南 部 双 辽 火 山 群 中 地 幔 橄 榄 岩 包 体 为 研 究 对 象，对 其 进行 详 细 的 岩 石 学、地 球 化 学、显 微 结 构、各 向 异 性 研 究，来 约束 新 生 代 松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 的 变 形 环 境 及 运 动 变 形特 征，结 合 地 球 物 理 测 深 资 料，为 松 辽 盆 地 复 杂 的 地 震 波 各向 异 性 解 释 提 供 约 束。地质背景双 辽 火 山 群 位 于 松 辽 盆 地 南 部，由 八 座 盾 状 火 山 组 成，包 括 大 吐 尔 基 山、小 吐 尔 基 山、敖 宝 山、勃 勃 图 山、玻 璃 山、大哈 拉 巴 山、小 哈 拉 巴 山 和 石 头 山，火 山 岩 主 要 为 碧 玄 岩 和 碱性 橄 榄 玄 武 岩，其 中 敖 宝 山、勃 勃 图 山 和 玻 璃 山 普 遍 包 裹 大量 的 地 幔 橄 榄 岩 包 体（高 金 亮 等，；郭 鹏，）。本 次研 究 的 样 品 采 自 双 辽 火 山 群 勃 勃 图 山（、）和 玻 璃 山（、）碧 玄 岩 中（图），火山 围 岩 年 龄 集 中 于 始 新 世（）（刘 嘉 麒，；，）。橄 榄 岩 包 体 呈 椭 球 形 或 扁 圆 形，包 体 长 轴 约，块 状 构 造，中 细 粒中 粗 粒 结 构，肉 眼 可 见 鲜 绿 色 的橄 榄 石，未 见 明 显 蚀 变。本 文 共 分 析 了件 包 体 样 品，橄 榄岩 含 橄 榄 石（）、斜 方 辉 石（）、单 斜 辉石（）和 尖 晶 石（）（表），根 据 包 体 样 品 矿 物含 量 确 定 的 岩 性 为 二 辉 橄 榄 岩 和 方 辉 橄 榄 岩。岩 石 学 报，（）：表双 辽 地 区 地 幔 橄 榄 岩 包 体 岩 石 显 微 结 构、主 要 矿 物 含 量（）、值、值 和值 参 数 ，（），样 品 号 岩 性显 微 结 构主 要 矿 物 含 量（）值值类 型值二 辉 橄 榄 岩粗 粒残 斑 状 结 构 方 辉 橄 榄 岩粗 粒残 斑 状 结 构 二 辉 橄 榄 岩扁 平等 粒 状 结 构 二 辉 橄 榄 岩粗 粒残 斑 状 结 构 方 辉 橄 榄 岩 粗 粒原 生 粒 状 结 构 二 辉 橄 榄 岩粗 粒残 斑 状 结 构 二 辉 橄 榄 岩 粗 粒原 生 粒 状 结 构 方 辉 橄 榄 岩扁 平等 粒 状 结 构 方 辉 橄 榄 岩粗 粒残 斑 状 结 构 注：（）（，），（）为 在 取 向 方 向处 的（，取 向 分 布 函 数）密 度，（，）为 欧 拉 角（）（），为 任 意 组 构 的 取 向 差 角 的 理 论 分 布，为 测 量 到的 取 向 差 角 的 分 布，为 最 大 理 论 取 向 差 角，为 数 据 组 的 数 量（，）样 品 的值、值 和值 参 数 由软 件 计 算 获 得（，；，；：）图中 国 东 北 地 区 构 造 分 区 简 图（据 ，；，；，修 改）绝 对 板 块 运 动 （，；，；，）研究方法本 次 研 究 对 所 采 集 的 地 幔 橄 榄 岩 包 体 样 品 进 行 了 详 细的 电 子 探 针 测 试 分 析。电 子 探 针 测 试 分 析 在 吉 林 大 学 地 球科 学 学 院 自 然 资 源 部 东 北 亚 矿 产 资 源 评 价 重 点 实 验 室 完 成，矿 物 成 分 测 试 仪 器 为型 电 子 探 针，加 速 电 压 和 电子 束 电 流 分 别 为和 ，束 斑 直 径，采用 美 国公 司 的 硅 酸 盐 矿 物 及 氧 化 物 标 样，应 用氧 化物 修 正 法 校 正。主 要 测 试 分 析 矿 物 为 橄 榄 石、单 斜 辉 石、斜方 辉 石 和 尖 晶 石，各 种 矿 物 的 电 子 探 针 测 试 结 果 见 表。岩 石 包 体 样 品 中 矿 物 的测 量 在 中 国 地 震 局 地 质 研究 所 地 震 动 力 学 国 家 重 点 实 验 室 完 成，使 用 扫 描电 镜 及 软 件 进 行测 量 分 析。将 岩 石 薄 片精 细 抛 光 后 置 于的 扫 描 电 镜 电 子 束 电 压 下，采 用 岩 石包 体 薄 片 大 面 积 自 动 扫 描 技 术，扫 描 步 长 约 。本次 研 究 样 品 均 为 地 幔 岩 石 包 体，无 法 直 观 地 获 得 宏 观 面 理 和线 理。在 标 准 矿 物 的 选 择 上，已 有 研 究 表 明 自 然 界 中 斜 方 辉石 存 在种类 型，分 别 为、和型，并 存 在 斜 方 辉 石 的“模 仿”橄 榄 石 的情 况（，），结 合 双 辽 地 区 地 幔 橄 榄 岩 存 在 熔 体交 代 作 用（，），熔 体岩 石 反 映 结 构 指 示 存 在 熔 体（）熔 体（）（于 宋 月 等，），故 本 次 研 究 没 有 选 择 以 斜 方 辉 石 或 单 斜 辉 石 的为 标 准 进 行 组 构 旋 转。在 数 据 处 理 时 结 合 岩 石 薄 片 的 线 理方 向 进 行 参 考，选 择 以 橄 榄 石 的为 参 照 矿 物 进 行极 图 旋 转，使 橄 榄 石 轴 的 极 密 平 行 于（）方 向，橄榄 石 的 轴 的 极 密 平 行 于（）方 向。岩 石 包 体 样 品 中 矿 物 百 分 比 由图 像 计 算 得 出（表）。地 幔 橄 榄 岩 中 矿 物 组 构 强 度 以值（，）和值（，）表 征，以值 来 表 征 橄 榄 石对称 性（，），商 咏 梅 等：松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来 自 橄 榄 岩 包 体 的 约 束表双 辽 地 区 地 幔 橄 榄 岩 包 体 的 主 要 矿 物 电 子 探 针 成 分 分 析 结 果（）（）样 品 号 样 品 号 矿 物矿 物 矿 物矿 物 （）（）（）（）注：（）；（）；（）和（）：地 质 温 度 计（，）()()()其 中和是 用 来 描 述 和 轴 分 布 参 数（表 示 点，表 示 环 带）（，）。依 据值 将 橄 榄 石分 为 三 类：（）组 构（型），以 轴 点 极 密 和 和 轴 环 带 分 布 为 特 征（）；（）斜 方 对 称 型 组 构，以 、和 轴 呈 现 点极 密 为 特 征（）；（）组 构（型），以 轴 点 极 密，和 轴 环 带 分 布 为 特征（）（，）。依 据 岩 石 包 体 中 主 要 矿 物 的 单 晶 体 弹 性 常 量、和 矿物（橄 榄 石、斜 方 辉 石、单 斜 辉 石）百 分 比 来 计 算 地 震 波 性 质（，；，）。利 用软 件 计 算 地 幔 橄 榄 岩 中 主 要 矿 物极 图、值、值、值 以 及 地 震 波 参 数 包 括、，各 向 异 性 参 数（）（）、（）（）等（，；，；：）。研究结果 显 微 结 构 特 征在 偏 光 显 微 镜 下，橄 榄 岩 显 示 粗 粒残 斑 状、粗 粒原 生 粒状、扁 平等 粒 状 结 构（表）。橄 榄 石 和 辉 石 颗 粒 粒 径 一 般 在 之 间，大 者 可 达，裂 隙 发 育，有 些 矿 物 颗 粒出 现 压 扁 拉 长 定 向 的 变 形 特 征。在 粗 粒残 斑 状 橄 榄 岩 中，橄 榄 石 和 斜 方 辉 石 颗 粒 边 界较 平 直，可 见 不 规 则 形 状 橄 榄 石 和 辉 石，部 分 大 颗 粒 橄 榄 石和 斜 方 辉 石 拉 长 定 向，粒 径 约 。橄 榄 石 保 存 亚 颗粒 边 界（图），可 见三 联 点、大 颗 粒 斜 方 辉 石 包 裹 橄榄 石 小 颗 粒（图）、斜 方 辉 石 和 橄 榄 石 港 湾 状 颗 粒 边 界（图，），及 他 形 尖 角 状 斜 方 辉 石（图，）。在 扁 平等 粒 状 结 构 橄 榄 岩 中，橄 榄 石 和 辉 石 颗 粒 边 界较 平 直，部 分 颗 粒 拉 长 定 向 排 列，粒 径 约 。橄 榄 石保 存 少 量 的 亚 颗 粒 边 界，可 见三 联 点、大 颗 粒 斜 方 辉 石包 裹 橄 榄 石 小 颗 粒（图）。在 粗 粒原 生 粒 状 橄 榄 岩 中，静 岩 石 学 报，（）：图双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 正 交 偏 光 下 显 微 结 构 图（）粗 粒残 斑 状 橄 榄 岩；（）橄 榄 石 亚 颗 粒 边 界、三 联 点、斜 方 辉 石 包 裹 橄 榄 石 小 颗 粒 及 他 形 尖 角 状 斜 方 辉 石；（）橄 榄 石 亚 颗 粒 边 界、三 联 点；（）斜 方 辉 石 包 裹 橄 榄 石 小 颗 粒，橄 榄 石 港 湾 状 颗 粒 边 界；（）斜 方 辉 石 和 橄 榄 石 港 湾 状 颗 粒 边 界，及 他 形 尖 角 状 斜 方 辉 石；（）橄 榄 石 亚 颗 粒 边 界，三 联 点 及 大 颗 粒 斜 方 辉 石 包 裹 橄 榄 石 小 颗 粒；（）橄 榄 石 亚 颗 粒 边 界，三 联 点，大 颗 粒 橄 榄 石 包 含 斜 方 辉 石；（）三 联 点 和 四 联 点；（）橄 榄 岩 包 体 中 他 形 粒 状 尖 晶 石 颗 粒 橄 榄 石；斜 方 辉 石；单 斜 辉 石；尖 晶 石白 色 箭 头 代 表 亚 颗粒 边 界；黄 色 箭 头 代 表三 联 点；红 色 箭 头 代 表 四 联 点 （）；（），；（），；（），；（），；（），；（），；（）；（）；：；：；：态 重 结 晶 作 用 明 显，橄 榄 石 和 辉 石 颗 粒 边 界 平 直，粒 径 约，部 分 橄 榄 石 保 存 亚 颗 粒 边 界（图），可 见 大 颗 粒 橄榄 石 包 含 斜 方 辉 石（图）、三 联 点（图）和 四 联 点（图）。在 橄 榄 岩 包 体 中，单 斜 辉 石 和 尖 晶 石 颗 粒 较 小，多充 填 在 其 他 矿 物 粒 间。尖 晶 石 呈 他 形 粒 状（图），在 部 分 橄榄 岩 包 体 中 可 定 向 延 伸 形 成 线 理。地 球 化 学 特 征电 子 探 针 分 析 结 果 显 示，包 体 中 橄 榄 石 的 （）变 化 范 围 在 （表）之 间，含 （图）。斜 方 辉 石 含 有 、和 ，的 含 量 与的 含 量 呈 正 相 关（图）。单 斜 辉石 含 有 、和 ，与的 含 量 呈 负 相 关（图）。尖 晶 石 中和的 含 量分 别 为 和 （表），变 化 范 围 为 。橄 榄 岩 中 共 存 的 尖 晶 石 的和橄 榄 石 的值 关 系 以 及 较 高 的表 明 部 分 样 品 经 历 了 较高 程 度 的 部 分 熔 融（）（图）。商 咏 梅 等：松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来 自 橄 榄 岩 包 体 的 约 束图双 辽 橄 榄 岩 包 体 的 矿 物 化 学 成 分 图（）橄 榄 石图 解（据 ，；，）；（）斜 方 辉 石关 系 图；（）单 斜 辉 石关 系 图（据 ，）；（）橄 榄 岩 中 共 存 的 尖 晶 石 的橄 榄 石 的关 系 图（据，）（）（，；，）；（）；（）（，）；（）（，）矿 物 微 观 结 构 和 化 学 成 分 显 示，双 辽 地 区 地 幔 橄 榄 岩 为平 衡 状 态，利 用 斜 方 辉 石 中 钙 地 质 温 度 计 获 得 样 品 的 平 衡 温度 为，利 用 二 辉 石 地 质 温 度 计 获 得 样 品 的 平 衡温 度 为（，）（表）。橄 榄 岩包 体 的 平 衡 温 度 结 果 显 示，本 次 研 究 计 算 结 果 与 前 人 的 研 究结 果 相 近（，；郭 鹏，；林 阿 兵，）。主 要 矿 物 的类 型双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 中 橄 榄 石、斜 方 辉 石 和 单 斜 辉 石 的测 量 结 果 见 图、图、表。由 测 量 获 得 的极 图 可知 双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 中 橄 榄 石 的分 为型、型 和型种 类 型。型 橄 榄 石表 现 为 轴 和 轴 在 面 理 内 形 成 环 带，轴 形 成 面 理 法 线 方 向（）的 点极 密（图、表）。型 橄 榄 石表 现 为 轴 形 成 与线 理（）方 向 平 行 的 点 极 密，轴 形 成 面 理 法 线（）方向 的 点 极 密，轴 形 成 面 理 内 与 线 理 方 向 垂 直 的 点 极 密（）（图、表）。型 橄 榄 石表 现 为 轴 形 成 与 线理（）方 向 平 行 的 点 极 密，轴 和 轴 形 成 垂 直 于 线理 方 向 的 环 带（图、表）。橄 榄 石 的 组 构 强 度值 和值范 围 分 别 为 和 （表），其 中 样 品的 橄 榄 石 组 构 强 度 较 强，可 能 源 于 样 品 中 粗 粒 橄 榄石 较 多（，）。本 次 研 究 中 显 示型、型、型的 橄 榄 石值 范 围 分 别 为 、，与 前 人 的 研 究 结 果 相 似（，；，；，）。双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 中 的 斜 方 辉 石 可 识 别 出 多 种 类 型。其 中、型 为 常 见 的类 型（，），与 橄 榄 石一 致，显 示 斜 方 辉 石 的 轴 和 轴（或 轴）的 极 密 分 别 平 行 于 橄 榄 石 的 轴和 轴 的 极 密 方 向，暗 示 斜 方 辉 石 和 橄 榄 石 同 期 变 形。部 分 样 品 中 斜 方 辉 石 的与 橄 榄 石 的不 一 致，显 示斜 方 辉 石 轴 或 轴 的 极 密 位 于 面 理 法 线 方 向，轴 的 极 密 与 线 理 方 向 一 致，近 似、型（，）（图）。由 于 样 品 中 单 斜 辉 石 含 量 较 少（表），单 斜 辉 石 相 对 比橄 榄 石 和 斜 方 辉 石 表 现 出 较 分 散 的 极 密 特 征。大 部 分 样 品中 单 斜 辉 石 的与 橄 榄 石 的的 变 形 一 致，显 示 轴 的 极 密 平 行 于 线 理 方 向，轴 的 极 密 位 于 面 理 法 线 方向（图）。样 品中 单 斜 辉 石 的 轴 的 极 密 位于 线 理 方 向，轴 形 成 面 理 法 线 方 向 的 点 极 密，显 示（）滑 移 特 征。岩 石 学 报，（）：图 测 量 获 得 的 双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 中 橄 榄 石 的图 像 表双 辽 地 区 地 幔 橄 榄 岩 包 体 全 岩 地 震 波 参 数 样 品 号 （）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）地 震 波 各 向 异 性 计 算 结 果由 橄 榄 岩 包 体 中 主 要 矿 物和 矿 物 含 量 百 分 比 计 算获 得 的 全 岩 地 震 波 各 向 异 性 参 数 见 图。橄 榄 岩 包 体 样 品中，波 速 度 最 大（）方 向 均 位 于 面 理 内 与 线 理 方 向 平行，波 速 度 最 小（）方 向 均 位 于 面 理 法 线 方 向。样 品的波 速 度 最 小（）方 向 位 于 面 理 内 与 线 理 方向 垂 直（图）。全 岩为 ，平 均 值 为 ，各 向 异 性（）为 ，平 均 值 约为（表）。全 岩 最 大 剪 切 波 各 向 异 性（）方 向 位 于 面 理 面 内，最 小 剪 切 波 各 向 异 性（）方 向 与 面 理 垂 直 或 斜 交商 咏 梅 等：松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来 自 橄 榄 岩 包 体 的 约 束图 测 量 获 得 的 双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 中 斜 方 辉 石（）和 单 斜 辉 石（）的图 像 （）（）（图）。样 品的方 向 位 于 面 理 法 线 方 向，位 于 面 理 内 与 线 理 方 向 平 行。橄 榄 岩 包 体 全 岩 最 大 剪 切 波 各向 异 性（）为 ，平 均 约 为（表）。全 岩 的 快 剪 切 波（）极 化 方 向 与 线 理 的 方 向 平 行（图）。岩 石 学 报，（）：图双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 全 岩 地 震 波 各 向 异 性 计 算 结 果（以值 排 序）（）商 咏 梅 等：松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来 自 橄 榄 岩 包 体 的 约 束讨论 松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 环 境双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 中 橄 榄 石 的值（）和 低成 分 暗 示 橄 榄 岩 包 体 来 源 于 上 地 幔（表）。橄 榄 岩 包 体 的 平 衡 温 度 为 ，位 于 尖 晶 石 稳 定 的地 温 梯 度 范 围 内。通 过 松 辽 盆 地 的 地 温 曲 线（，）推 测 双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 的 来 源 深 度 约 为。围 绕 松 辽 盆 地，接 收 函 数 结 果 显 示 松 辽 盆 地 的 岩 石 圈 厚 度 约（，；，），地壳 厚 度 约（，；，）。由 此 可 知，双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 来 源 于 岩 石 圈 地 幔。双 辽 地 区 岩 石 圈 地 幔 橄 榄 岩 中 橄 榄 石 和 辉 石 发 育 明 显的 亚 颗 粒 边 界 特 征，这 表 明 橄 榄 岩 的 主 要 变 形 机 制 为 位 错 蠕变（图）。橄 榄 石 和 辉 石 的 粗 粒、多 边 形 边 界 及三 联 点特 征 表 明，橄 榄 岩 在 变 形 后 经 历 了 较 强 的 静 态 重 结 晶。傅 里叶 变 换 红 外 光 谱 仪（）测 量 结 果 显 示，中 国 东 北 地 区 新生 代 岩 石 圈 地 幔 含 水 量 较 低（，）。双 辽 地 区岩 石 圈 地 幔 橄 榄 岩 中 橄 榄 石 的主 要 显 示型、型 和型（图）。橄 榄 石型作 为 上 地 幔 最 常 见 的橄 榄 石类 型，多 形 成 于 高 温、低 应 力 和 低 水 含 量 的 条 件下（，；，；，），由 此 推 测，双 辽 地 区 岩 石 圈 地 幔 处 于 高 温、低 应力 和 低 水 含 量 的 变 形 环 境，主 要 变 形 机 制 为 位 错 蠕 变。橄 榄 石的 形 成 机 制型 和型 橄 榄 石的 成 因 比 较 复 杂，其 中型橄 榄 石的 成 因 包 括：（）在 高 温高 压高 水 含 量低 应力 条 件 下（）和（）滑 移 系 的 同 时 滑 移（，；，；，；，）；（）轴 向 缩 短 或 转 换 挤 压 条 件 下的 变 形（，）；（）熔 体 存 在 条 件 下 的 变 形（，；，；，），（）静 态 重 结 晶（，；，；，）。型 橄 榄 石多 形成 于：（）岩 石 圈 剪 切 带 低 温、高 应 力、低 水 含 量 条 件 下（，；，；，）；（）转 换 伸 展 或 压 缩 变 形 体 系 下 的 变 形（，；，）。由 前 文 可知，双 辽 地 区 岩 石 圈 地 幔 处 于 高 温、低 应 力 和 低 水 含 量 的 变形 环 境，主 要 变 形 机 制 为 位 错 蠕 变，因 此，排 除型 和型的 第（）种 成 因 机 制。在 岩 石 圈 相 同 的 变 形 结 构 背 景 下，如 轴 向 缩 短 或 转 换 挤压 下，地 幔 橄 榄 岩 中 橄 榄 石 和 斜 方 辉 石 的 变 形 一 致，导 致 橄榄 石 的 轴 和 斜 方 辉 石 的 轴 在 面 理 内 形 成 环 带（，；，；，；，；，）。在 本次 的 研 究 结 果 中 可 见型 和型 橄 榄 石 的 轴 和 其 对应 的 斜 方 辉 石 的 轴 或 轴 在 面 理 内 形 成 的 环 带 这一 现 象（图、图）。松 辽 盆 地 的 构 造 变 形 主 要 受 到 古 亚 洲洋 构 造 体 系 和 环 太 平 洋 构 造 体 系 的 影 响，在 中 新 生 代，西 太平 洋 板 块 向 欧 亚 大 陆 岩 石 圈 下 大 规 模 的 多 期 次、多 角 度 深 俯冲，导 致 松 辽 盆 地 经 历 了向 水 平 拉 张、向 水 平 挤 压、挤 压 或 伸 展 等 构 造 变 形（葛 荣 峰 等，；田 有 等，），为型 和型 橄 榄 石的 形 成 提供 了 可 能。双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 的 主 要 矿 物 成 分 显 示 橄 榄 岩 经 历了 不 同 程 度 的 部 分 熔 融（图）。于 宋 月 等（）研 究 表 明双 辽 地 区 的 岩 石 圈 地 幔 受 到 了 硅 酸 盐 熔 体 的 交 代。橄 榄 岩包 体 中 不 规 则 的 颗 粒 边 界、橄 榄 石 和 辉 石 的 镶 嵌 结 构、包 含结 构 以 及 亚 颗 粒 边 界 等 显 微 结 构（图）的 存 在 说 明 熔 体?岩 石 反 应 与 位 错 蠕 变 变 形 是 同 期 的（，）。斜 方 辉 石 显 示 轴 的 极 密 位 于 面 理 法 线方 向，轴 的 极 密 与 线 理 方 向 一 致 的型（图），可 能 源 于 斜 方 辉 石 在 熔 体 存 在 下 的 定 向 结 晶（，）。熔 体 存 在 下 的 变 形 可 以 使 橄 榄 石 的轴 和 轴 的 极 密 分 散，在 面 理 内 形 成 环 带（，；，）。（）的 研 究 表 明 挤 压 驱 动 下 熔 体 的 提 取 可 以 产 生 转 换 挤压 变 形，使 得 在 熔 体 区 形 成 橄 榄 石型（，）。由 此 推 测，型 橄 榄 石可 能 形 成 于熔 体 存 在 下 的 变 形 环 境。颗 粒 边 界 的 熔 体 促 进 颗 粒 扩 散 蠕 变、颗 粒 边 界 迁 移 和 静态 重 结 晶，从 而 弱 化 橄 榄 石 的特 征（，；，；，）。本 次 研 究 中显 示型特 征 的 橄 榄 岩 的 静 态 重 结 晶 程 度 弱 于 显 示型 和型的 橄 榄 岩（图），且 橄 榄 石 的值 和值位 于 中 等 范 围（表），故 认 为 静 态 重 结 晶 不 是 形 成型 橄榄 石的 主 要 形 成 机 制。松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 各 向 异 性 分 析将 由 地 幔 橄 榄 岩 包 体 计 算 获 得 的 岩 石 圈 地 幔 平 均 各 向异 性 与 地 球 物 理 测 量 结 果 对 比 可 以 估 计 松 辽 盆 地 南 部 岩 石圈 地 幔 各 向 异 性 的 来 源。利 用 公 式 （，），可 对 松 辽 盆 地 南 部 各 向 异 性 层 的 厚 度 进 行 估 算。松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 中 橄 榄 石 的主 要 为型、型 和型（图），其 中型 和型 橄 榄 石的 滑移 方 向 均 沿 轴 方 向，可 以 导 致 观 测 到 的快 波 方 向平 行 于 地 幔 流 动 方 向（，），而型表 现 出 滑 移 方 向 在 滑 移 面 上 均 匀 分 布。由 于 本 次 研 究 结 果显 示 松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 橄 榄 岩位 于 面 理 面 内（图），对 于 垂 直 入 射 的，剪 切 波 穿 过 水 平 面 理 的 岩 石 圈地 幔 时 观 察 到 的 各 向 异 性 较 小（，岩 石 学 报，（）：图松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 模 式 图（据，修 改）（）松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 面 理 陡 倾 或 直 立，线 理 水 平；（）松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 下 沉 部 分 岩 石 圈 地 幔 面 理 陡 倾 或 直立，线 理 垂 直 （，）（）；（）。当 岩 石 圈 地 幔 面 理 陡 倾 或 直 立 时 存 在 两 种 情 况：（）线 理 方 向 垂 直；（）线 理 方 向 水 平；剪 切 波 穿 过 面 理 陡 倾 或 直立，线 理 垂 直 的 岩 石 圈 地 幔 时 几 乎 观 察 不 到 各 向 异 性；当 线理 水 平 时，可 以 观 察 到 最 大 的 剪 切 波 各 向 异 性（图）。地 球 物 理 测 量 结 果 显 示 松 辽 盆 地 南 部的 快 波 方 向既 有向，又 有向，分 裂 延 迟 时 间 约 （、）（，；，；，；鲁 明 文 等，）。中 国 东 北 地区 利 用震 相 测 量 获 得 的 地 壳 各 向 异 性 快 波 方 向 大 致 为向，地 壳 各 向 异 性 产 生 的 分 裂 延 迟 时 间 约 （张 广 成 等，）。软 流 圈 流 动 方 向 通 常 平 行 于 绝 对 板 块运 动（，）方 向（，），利 用模 型（，）计 算 获 得 东 北 地 区方 向 为（鲁 明 文 等，；，），与各 向 异 性 快 波 方 向 存 在 较 大 差 异，由 此 推测 松 辽 盆 地 南 部 测 量 获 得 的各 向 异 性 主 要 来 源 于 岩 石圈 地 幔。在 松 辽 盆 地 南 部，由 岩 石 圈 地 幔 橄 榄 岩 包 体 中 矿 物估 算 双 辽 地 区 岩 石 圈 地 幔 平 均 各 向 异 性 约，接 收 函 数结 果 显 示 松 辽 盆 地 的 岩 石 圈 厚 度 约（，；，），当 岩 石 圈 地 幔 面 理 陡 倾 或 直 立，当 线 理 水 平 时，可 以 解 释 观 察 到 的分 裂 延 迟 时 间（图）；当 线 理 垂 直 时，可 以 解 释 在 松 辽 盆 地 南 部 中 间 部 分 未 观测 到 的分 裂 结 果（图）（，）。松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 的 面 理 陡 倾 或 直 立 这 一 结 论得 到 了 地 球 物 理 测 量 结 果 的 支 持。波 速 度模 型 显 示 在松 辽 盆 地 南 部，之 间，存 在 高 速 层，并 延 伸 至（，），为 长 白 山 火 山 下 面 的 地 幔 上 升 流触 发 了 松 辽 盆 地 南 部 的 地 幔 下 沉（，），由 地 幔 下 沉 形 成 的 垂 直 剪 切 流 动 使 矿 物 定 向 排 列，导 致（，；，）。综合 地 幔 橄 榄 岩 变 形 和 地 球 物 理 测 量 结 果，推 断 松 辽 盆 地 南 部岩 石 圈 地 幔 面 理 陡 倾 或 直 立，在 盆 地 南 部 中 间 地 幔 垂 直 流 动下 沉，而 在 盆 地 南 部 围 绕 地 幔 下 沉 部 分 的 岩 石 圈 地 幔 线 理 方向 近 水 平 流 动（图）。结论通 过 对 松 辽 盆 地 南 部 双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 的 岩 相 学、地球 化 学、显 微 结 构、各 向 异 性 研 究，获 得 如 下 结 论：（）双 辽 地 区 橄 榄 岩 包 体 的 平 衡 温 度 为 ，来 源 于 岩 石 圈 地 幔；微 观 结 构 分 析 表 明，松 辽 盆 地 南 部 岩 石圈 地 幔 处 于 高 温、低 应 力 和 低 水 含 量 的 变 形 环 境，橄 榄 石 的主 要 变 形 机 制 为 位 错 蠕 变；（）橄 榄 石 的主 要 为型、型 和型，其中，型 和型 橄 榄 石可 能 形 成 于 西 太 平 洋 板 块 向 欧亚 大 陆 俯 冲 回 撤 导 致 的 岩 石 圈 构 造 变 形，型 橄 榄 石可 能 形 成 于 熔 体 存 在 下 的 变 形 环 境；（）橄 榄 岩 包 体 全 岩各 向 异 性（）为 ，最 大 剪 切 波 各 向 异 性（）为 ；基 于 各 向 异 性 计 算，结 合 地 球 物 理 测 量 获 得 的 结 果，推 断 松辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 面 理 陡 倾 或 直 立 可 以 解 释 观 测 到 的复 杂 的各 向 异 性。致 谢 感 谢 俞 良 军 副 主 编 和 两 位 审 稿 专 家 认 真 审 阅 了 本文 并 提 出 了 宝 贵 建 议 和 修 改 意 见。，（）：，：，（），（）：，商 咏 梅 等：松 辽 盆 地 南 部 岩 石 圈 地 幔 变 形 特 征 及 各 向 异 性 分 析 来