池 顺 良 的 博 客 分享 http://blog.sciencenet.cn/u/池顺良

博文

一次对“大陆深俯冲-快折返”说“不”的学术研讨会 精选

已有 10213 次阅读 2015-12-14 09:03 |系统分类:观点评述

2015年11月22日-24日,“陆内造山带形成演化与动力学机制学术研讨会”在合肥召开。会议由安徽省地质局和中国地质学会地质力学专业委员会主持,会议有六十多名代表参会,会上有18个报告。两院院士常印佛先生参加了会议。

常印佛院士对于会议提出了殷切希望。他指出,板块登陆后的构造研究,板内的变形和地质成矿作用,目前得到了广泛的重视和研究,取得了大量成果。但是,面对中新生代以来的构造岩浆作用和资源环境效应的重要意义,许多理论方法都不成熟,值得不断研究、推动和发展。其中心问题是陆内造山带研究,例如中国东部的苏鲁-大别高压变质带的构造成因研究。中国东部大约230万平方公里,李四光研究过新华夏构造体系问题,陈国达提出了地台活化的“地洼”理论,朱夏强调陆内变形及其成岩成藏意义,奠定了区域地质研究的基础。本次会议秉持百花齐放,百家争鸣方针,围绕高压-超高压“深俯冲-折返模式”和“构造增压壳内成因”等的不同认识,结合区域地质调查新资料,进行交流研讨,推动和发展陆内造山带形成演化及成矿理论和研究方法。

会议两位发起人是安徽省地质局汤家富教授级高工和地质力学所吕古贤研究员。

 

汤家富90年代时起先参加大别山深俯冲的地质实证研究,但他在认真研究了大别山形成演变的地质过程后,成了“大陆深俯冲”反对派。汤用了多年时间对大别山和邻区进行1:5万地质填图。实地调查取得了重要发现:超高压变质带内新元古代浅变质岩层与榴辉岩及其它超高压岩石,共同经受两期褶皱变形,形成早期为伸展拆离,主期为收缩挤压叠加褶皱变形带,而非外来构造残片或俯冲过程铲刮下来的“构造加积楔”;大别造山带经历了裂解成盆、伸展拆离、收缩挤压、热隆成山,由多阶段构造运动所完成,而非“板块碰撞造山”;超高压变质岩形成于中深层到中浅层伸展拆离构造带内。可以用“构造附加应力”、“地壳超常压力”或“高压釜”机制解释,无需俯冲到地幔深度形成等。这些地质事实是当前流行的“板块碰撞造山”、“深俯冲形成超高压变质带”理论无法解释的。

汤家富还从地质科学研究方法论高度明确提出:造山带形成演化的研究,应采用“历史地质”与“构造地质”结合,通过详细地质填图查明地质客体的真实分布及时空关系来实现。而不应用想象的“板块碰撞”、“深俯冲-快折返”等不切实际的“假说”来阐明。

 

二十年前正当“大陆深俯冲-快折返”也成为我国地学研究热点时,吕古贤、刘瑞珣等指出,按照静水压力计算柯石英形成深度没有考虑构造附加应力的影响。地壳岩石不是流体,用流体静压力计算岩石中的压力值在力学上不严谨。以为均匀压力就只是重力的贡献,而用压力除以比重求深度,那一定人为地夸大了深度值。但吕古贤的观点未被深俯冲派接受。

吕古贤在这次会上的报告提出:大别超高压变质岩形成深度介于23-55km,“大陆深俯冲-快折返”模式不能成立。

吕古贤、刘瑞珣认为,岩石若用弹性体近似,弹性模式能够反映构造应力作用,但也不够完善,因为缺少时间因素。用流变模型代替弹性模型是更好的近似,随着岩石流变化其波松系数由常速条件下的0.2-0.25,逐渐变成极低速应变条件下的接近0.5。当波松系数增大时,意味着在围限条件下,一个方向的压力在其侧向也产生同样大的压力,而不是岩石正常条件下侧压仅为正压的1/31/4。这时,在测到的总压力中,构造力(也包含其他力)的贡献比例也更大。重力的比例更小,就更不能用压力/比重法求深度了。总的讲,用弹性力学方法比用流体静力学方法求算深度是认知上的进步,用流变学本构关系比用静力学方法求算深度则是更大的进步,但这方面的研究因识别变形产生的起始时间还有困难,正在探索中。总之,“大陆深俯冲”派用流体静压计算超高压变质深度的方法既不符合地质实际,也过于粗糙。

 

从事无机合成与超高压实验凝聚态物理研究的哈工大苏文辉研究组,在自然科学非共识基金支持下(2003),从微观角度研究柯石英在相对较小静岩压力下快速形成的可能。会议邀请他参会,不幸的是他已于去年辞世。

苏文辉研究组把石英粉末和直径为515mm的钢球,放入充氩气的不锈钢球磨罐中作机械球磨处理。钢球碰撞所产生的局域高压和局域高温(3-6GPa600-900K)及剪切应力共同作用,降低了柯石英的静高压最小合成压力,还大大缩短了合成时间。因此,在地壳深度范围内,可以出现许多局域压力大于柯石英最小静态转变压力的、小尺度不均匀非平衡区域。在这些区域中就能形成柯石英微粒。研究组认为,强烈地震的地震波、断层间的剧烈撞击和摩擦能提供类似实验中的机械作用。

苏文辉认为,迄今为止,在世界各地发现的地表柯石英,不论在产地,还是周围应发生的现象等都未能很好符合大尺度板块折返形成地表柯石英假说的特征。陆壳折返,是一种能量变化很大、运动空间很大的小机率大事件,在地球构造中未能找到更多更确凿的证据以前,虽然可以认为陆壳折返是一种可以解释地表柯石英形成的可能机制,但是它只是一种可能性不大的机制。相反,已发现的地表柯石英的出产地(存有巨大挤压应力和剪切应力的断裂带和剪切带)、小尺度和不均匀分布等特征与小尺度不均匀局域高压微区形成地表柯石英新机制(非板块折返)十分符合。新的假说是一种可能性很大的产生地表柯石英的新机制。

物理学家加入到石英相变和陆壳俯冲的探讨,研究者的眼界更开阔了。苏先生虽然不在了,但苏文辉研究组这项工作引起了中科院地质地球物理所岩石学家杨建军研究员的关注。

这次会上临时增加的一个报告是杨建军研究员作的。报告题目是:“震击高压变质作用”。有关文章刚发表在2015年《岩石学报》第9期上。

杨建军谈到:“物理学家苏文辉等人通过实验论证了石英经过压致非晶化(或称“压玻化”)可以在柯石英稳定压力下迅速转变为柯石英,因此无需深俯冲,地壳内强地震波就可以引起超高压变质作用。这一论点突破了俯冲-折返和构造过压的传统思路。重新审视高压变质作用的两个重要方面,一是压力来源,一是相变机理。”杨建军等对中国苏鲁超高压变质带仰口榴辉岩的的工作结果,从地质观测角度为这一论点提供了证据。杨建军还介绍了国内外同行报道的发表在高压变质岩或低压地震岩内的非晶化现象,它们为地震引起高压变质作用的思路提供了部分证据。

杨建军的这项工作进一步说明,柯石英的形成途径是多样的。

这次会议秉持百花齐放,百家争鸣方针,围绕高压-超高压“深俯冲-快折返模式”的不同认识,结合区域地质调查的新资料,对陆内造山带形成演化动力机制及成矿理论和研究方法进行交流研讨。

 

2015年9月6日,中国科学院地质与地球物理研究所的新闻动态报道:“中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室牵头组织中、法、意科学家,于2010年至2013年期间开展了阿尔卑斯地区首个大规模流动地震台站观测实验,选取西阿尔卑斯俯冲带关键廊带密集布设了55台套先进的宽频带地震仪器,获取了大量高质量的地震观测数据。利用该数据,团队应用针对复杂构造边界的接收函数波形模拟新方法并结合重力观测联合反演,获得了观测台站下方高分辨率速度结构及重力模型,首次在阿尔卑斯山下75公里深处发现俯冲的欧洲大陆地壳,这一俯冲陆壳带与地表出露的含柯石英超高压变质岩带相连,给出了大陆深俯冲的直接结构证据。”

 

那么,到底是当前国内外流行的“大陆深俯冲-快折返”假说对,还是吕、汤、杨的认识符合客观实际呢?

我国学术界论争风气向来缺少。欧洲地质发展史上像“水成说”与“火成说”这样激烈争论以至拳脚相加的场面在我国殊难发生。然而地质学正是在这样激烈的学术论争环境中在欧洲催生。

在我国基础科学的发展中,对某些重大科学问题出现两派对立学术观点的争论和相互质疑,是我国基础科学研究逐渐成熟的标志。

相信我国科学家在科学质疑与争论启发下进行的调查、实验与分析会给出更接近真理的解答,甚至导致基础科学领域出现开拓性新观念。

 




https://blog.sciencenet.cn/blog-51667-943240.html

上一篇:汶川地震前的2000次静地震与海城地震前的500次小地震
下一篇:门源6.4级地震前,门源台分量应变仪曾经历三年半强烈压缩
收藏 IP: 42.239.209.*| 热度|

10 张晴 黄永义 吕洪波 杨学祥 吕喆 徐义贤 孟庆仁 陈辉 刘波 shenlu

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (20 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-13 23:15

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部