应力场与物理场相关性

如题所述

如果说某一岩体的岩相带和岩石类型组合与控岩构造应力场条件存在某些相关性,可视作一种偶然巧合或例外现象。但诸多岩体同样具有类似特征,那就不能不引起人们关注。这正像王恒升(1978)对国外一些岩体对比研究后提出了“各岩体的岩石组合随岩体形态不同而不同……是什么原因使母岩浆分异演化为不同岩石组合或亚建造呢”的问题。宏观上,由上述岩体实例研究表明:在不同控岩构造形式中,随着应力场条件或分布状态的不同,相应也就出现岩体类型、岩石组合、岩石化学成分及相关矿物相的各种变异。其中的普遍现象是:富橄榄石矿物相的岩石组合,多出现在同一构造形式中应力相对松弛的地带。诸如压扭性构造的外旋层或弧形构造外突部位;而富辉石类矿物的岩石组合(如辉橄岩、橄榄岩、辉石岩等),则多出现在应力相对较强的旋扭性和弧形构造的内旋层或构造层中。与此相关的相带岩石化学成分SiO2、TFeO及少量的TiO2、Cr2O3、CaO,通常有朝压力相对较高部位或岩石相带迁聚,MgO、Al2O3及Na2O、K2O等组分则向压力相较低的部位集聚的特征。而且,在主要造岩矿物——橄榄石的成分上也就出现了低压地带较之高压地带相对富镁而低铁的特征。

如上矿物相与T-P条件的关系,经D.H格林等(1964)熔融拉斑玄武岩的高温高压实验研究证明,当温度1200~1300℃,压力小于1000 MPa时,原始结晶相为橄榄石,斜方辉石很少;压力增至1250 MPa,斜方辉石已多于橄榄石结晶;压力增至1500 MPa以上,主要为斜方辉石结晶,只有少量单斜辉石和橄榄石;压力达2000 MPa以上时已全部为斜方辉石。这就证明,在相同的温度条件下,斜方辉石的晶出需要比橄榄石更高的压力条件。这同岩体控岩构造应力场条件与岩石相带产出实际情况相一致。反过来可说明,一个岩体中的岩相分带性实际上也是一种应力场分布状态的反映。

其实,矿物相与应力场和压力条件的关系,不仅仅是一种矿物相的晶出与一定压力的关系,某些方面还可涵盖着一些离子或“群聚态组”间的交换反应过程。特别是由于[SiO24-、[Si2O64-的有效电价不同(前者为1,后者为2/3),以及高温高压下硅与氧间有更强的亲和力(王嘉荫,1980),O2-和Si4+在高压下还可通过配位体数的改变而具一定的顺磁性。从而使得位于不同构造部位或应力场条件下的岩浆熔体,在其相应的空间范围,随着某些组分的相对迁移集聚并通过内部的离子或离子团聚合反应,相应形成和出现与构造环境或压力场条件相适应的岩石矿物组合。

例如,处在压性或压扭性构造部位的岩浆熔体,由于硅和氧的顺磁性和某些压磁效应,在岩浆熔体的演化过程中,有向压力较高部位(如压性断裂或压扭性构造的内旋层)迁移汇聚的能力,从而使氧分压有所增高。在此情况下,除辉石结构的[Si2O64-链状硅酸盐络阴离子之外,还可通过Si4++2O2-+[SiO44-⇌[Si2O64-转变,使[Si2O64-更相对富集在应力较高的地带中,形成以富辉石矿物相的岩石组合或相带(可称辉石化)。而原存在于相对低压部位的[Si2O64-络阴离子,由于氧分压相对较低而似一个还原环境,便可通过[Si2O64--Si4++2O2-⇌[SiO44-转变,使相应地段中的岩浆熔体的[SiO44-相对富集,而形成富橄榄石类的矿物岩石组合或相带。意义上很似一种橄榄石化过程。很显然,这样一些微观现象,在宏观上也就造成低压或应力松弛地带(弧形构造的外旋层或张性断裂)相对富集[SiO44-和Mg2+,出现以镁橄榄石为主的富橄榄石型岩石组合(纯橄岩),而在应力或压力较强地带则相对富[Si2O64-和Fe2+离子,出现富含辉石类矿物的岩石组合(辉橄岩、橄榄岩、辉石岩)。且其中的橄榄石成分总是相对富铁的,这同前述岩浆不同运动形式对元素有不同选择性的物理场效应有某些相似性,两者都起因于应力作用方式的不同。

实际上,造岩矿物的某些物理性能,在一定程度上,也是物理场效应的某种反映,如矿物电磁性、比磁化率和偏离电位差,等等。其中的电磁性有从单斜辉石→紫苏辉石→铬铁矿→斜方辉石→橄榄石依次减弱的特点,比磁化率也有从角闪石→橄榄石依次降低的趋势,而偏离电位差却相反,从单斜辉石→橄榄石逐渐增高。反映出富辉石和富橄榄石两类岩石组合有不同场性条件。具体说,富辉石类矿物可能更代表一种偏磁性的场源环境,这与此类矿物所含Fe、Ni、Mn等的高原子磁矩的元素或它的富铁性密切相关,而偏离电位差的增高,可能在于它的富MgO 性,因为镁不仅是一种无磁矩元素,且它的负电性比Fe2+高[Mg2+为-2.7、Fe2+为-2.5],与磁场没有密切的场源关系。这就是说,矿物中的镁、铁的分布趋势,在一定程度上可代表不同构造形式中应力场与物理场间的某些统一性。

当然,在另一方面,侵位于某一构造空间的岩浆熔体,尽管外部压力条件和作用方式不同,其内可通过某些组分迁聚、扩散和离子变换反应,形成与应力场相匹配的岩石矿物组合。但这仅局限于同一空间熔体的演化过程,而对那些同属一个岩带或同一岩体群的不同岩体,却出现某些隔山式的成分演化关系,就难从单一和应力场和物理场的相关性来解释了。如大道尔吉岩体群的三个岩体,空间上为不相互连接的同一岩体,但在成分上却出现岩石的基性度(B/S)从野人沟向小道尔吉岩体逐渐降低,而MgO则从小道尔吉向野人沟岩体增高,Cr2O3、Al2O3、TFeO成分却又向中间的大道尔吉岩体迁移富集。又如由南、中、北三个独立岩体构成的玉石沟岩体群,空间上并未见到彼此相连接的关系,但产出上近似一个岩盆的南北两边岩石类型组合却完全不一样。南为纯橄岩组合,北以橄榄岩类岩石组合为主。然而,在岩石化学成分却出现一种相互过渡关系(见图1.5)显然,这种岩体间的“隔山式”亲缘演化关系,可能还涉及深源岩浆的分熔问题或是一种深部分熔先后侵入的成岩演化关系。但不管从何种角度解释,一定的构造应力场和相关物理条件控制下的岩浆熔体,通过分异演化最终成岩的模型是可认定的。

到此,便向人们提出一个十分具有挑战性的问题。如上这些岩体到底是否像板块构造学说或蛇绿岩观点那样是一种涸竭的地幔变质橄榄岩残块?如按板块构造理论,蛇绿岩产于大洋中脊或弧后扩张盆地,在岩石学上,构成蛇绿岩剖面层序下部的镁铁—超镁铁岩,可分具有堆晶结构的堆晶杂岩带和下部变质橄榄岩层序。且认为下部变质橄榄岩是选择熔融后的地幔涸竭物,即是一种没有被熔融的残余物(Hopson和Palliser,1979)并普遍把斜辉辉橄岩当作是变质橄榄岩的典型代表性岩石。

事实上,依照上述诸岩体的岩石组合,主体都是由斜辉辉橄岩类岩石构成的。纯橄岩和橄榄岩类大都只为其中的异离体或分异体。实际资料表明,这些岩体却是典型岩浆成因的,且无论在岩体、岩石类型或是在岩石、矿物成分及结构上都与产出的空间构造或应力场条件有着十分密切的相互匹配关系,同所谓涸竭的地幔变质橄榄岩残块完全是一种不同概念。

对蛇绿岩层序中变质橄榄岩成因,王恒升等(1983)也曾提出过“与铬铁矿有关的阿尔卑斯型岩体和蛇绿岩都是岩浆流动产物”的看法。并解释道“大洋中脊上地幔可以完全熔融或大部熔化……根据地幔岩P-T图(略),温度在1800℃时,大约可使200km深度以上的上地幔岩熔化50%,所以增生板块边界可形成一个宽200km熔化(柱)。这个熔化柱同样发生了液态重力分异,岩石亦具有层状的特点……除蛇绿岩套外,阿尔卑斯型超镁铁岩体的形成是在岩石板块移动过程中,由于运动速率的不同,在远离中脊部位产生了拉张断裂,沿这些张断裂镁铁岩浆和超镁镁铁岩浆上升并侵入到海盆和洋盆地层中”。与此同时,夏林圻等(1984)、彭礼贵(1985 ,1986)通过岩浆包裹体的研究,也同样得出新疆萨尔托海和青海玉石沟含铬岩体是岩浆成因的结论。

不过,这些具典型岩浆成因的超基性岩体,到底是什么构造体制下的产物呢?这里有两点是值得深究的。一是一些岩体(如玉石沟、萨尔托海)内发育一种特殊的超基性砾岩类岩石。如见于玉石沟北岩体北侧的超基性砾岩,在靠岩体段砾石成分单一,全为北岩体同类岩石,且与岩体无明显分界线。沿走向短距离内靠围岩段,砾石成分较杂,含有大量围岩砂砾成分。有意义的是,在20世纪60年代曾在该超基性砾岩中发现过Ogmαsαphus sp.、Cαrαurus sp.等三叶虫化石印模,时代为中晚寒武世,说明它是一种典型的海底水下浪蚀砾岩。而获得的蛇绿岩上部枕状熔岩的Sm-Nd等时代年龄为522 Ma,时代为早中寒武世,这就表明玉石沟岩体确实是一个海底环境下的岩浆侵入产物。但另一方面,控岩构造系统的本底岩石却又是前寒武纪古老变质岩系,又非典型的洋壳岩石结构,而更似一种古大陆地壳性质。且按构造应力场与岩石相带的相互关系,它应是一种海底陆壳环境的构造-岩浆作用事件产物。

照此,能否将它们归入到洋中脊或弧后盆地的蛇绿岩套组合呢?那些以此为基础所建立起来的板块构造体制。以及沟-弧-盆系构造格局,其真实性和可信度到底有几成呢?那么,大陆造山带是否有可真正代表和分割板块构造意义的蛇绿岩或缝合带存在呢?等等,这一系列问题。对存在于大陆造山带的超基性岩成因和环境或构造体制,还仍然是个具有挑战性的问题。

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