东昆仑中段辉石岩物性各向异性及其地质意义

朱建　宋伟　董建辉　刘莉

(长江三峡勘测研究院有限公司湖北武汉430074)

东昆仑中段辉石岩物性各向异性及其地质意义

朱建宋伟董建辉刘莉

(长江三峡勘测研究院有限公司湖北武汉430074)

辉石岩对于理解地幔不均一性非常关键，是壳幔过渡带的重要组成物质。对于地球深部的了解，我们只能靠地球物理探测，而地球物理探测结果的地质解释，需要以岩石物理研究成果为基础。对辉石岩物性各向异性的研究对于地球物理探测成果的地质解释具有指导意义。通过东昆仑辉石岩的波速和电性特征测试表明，辉石岩具有明显的电性和波速的各向异性，与岩石中斜方辉石和单斜辉石具有较强的结晶学优选方位是一致的。

辉石岩波速电性各向异性东昆仑

0　引言

辉石岩是一种特殊的岩石，化学成分上属于基性岩，矿物成分上属于超镁铁质岩。辉石岩的成因一直倍受关注[1-3]，近年来，人们认识到辉石岩对于理解地幔不均一性非常关键，其可能是除橄榄岩之外另一个重要的玄武岩源区，这为玄武岩成分的多样性提供了合理解释[4-8]。辉石岩还是壳幔过渡带的重要组成物质。对于地球深部的了解，我们只能靠地球物理探测。而地球物理探测结果的地质解释，需要以岩石物理研究成果为基础。对辉石岩物性各向异性的研究对于地球物理探测成果的地质解释具有指导意义。

1　岩石物性测试方法

用于岩石物性测试的样品是从大的岩块中切割出来的近立方体岩块，在抛光机上对岩块的六个表面进行抛光，打磨光滑，然后进行测试。

岩石波速的测定是在干燥条件下，采用中科院武汉岩土力学研究所研制的RSM-SY5声波检测仪进行测定的。RSM-SY5声波检测仪采用双通道最小采样间隔0.1μS、12位A／D转换器，多种触发方式及电平选择，发射电压800V／300V可调，发射脉宽连续可调，放大器增益为：-20～80db，频带宽为：1kHz～500kHz，具有前置模拟高通及低通滤波器，每道采样点数0.5K～16K，延迟或前置时间可预设或自动寻找初值。对岩块对应的三对面进行分别测量，以A、B、C表示这三对面，分别夹持长、宽、高三组棱。

辉石岩电阻率的测定在长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室完成：首先将标本放置在12%的盐水里浸泡24小时，浸泡完成后采用美国New England Research公司研制的AutoscanⅡ岩样电性参数扫描系进行测定。同波速测定一样，也是对近立方体标本的三组对应面A、B、C进行多点测量，每组对应面测量2个点以上，如果两个测试结果数值相差较大，增加测试点数，以便求取的平均值具有代表性。测试环境温度为14.7～14.9℃，测试用电磁波频率采用低频为主。此外，采用AutoscanⅡ岩样电性参数扫描系测定岩石电阻率之前，先用万用表对干燥标本进行了三组对应面的电阻率测定，以便与盐水浸泡条件下结果对比。

2　辉石岩波速特征

常温干燥条件下声波速度的测定对岩块对应的三对面进行分别测量，以A、B、C表示这三对面，分别夹持长、宽、高三组棱，其结果列于表1中。

标本Bgnl-1的波速在各组对应面之间略有差别，B面Vp最高，C面Vp最低，二者比值1.17，A面Vs最高，B面Vs最低，二者比值为1.25。其中B面在三组面中Vp最高而Vs最低。标本Bgnl-2的波速测定结果A面Vp最高，B面Vp最低，二者比值为1.24，A面Vs最高，C面Vs最低，二者比值为1.07。从测试结果来看，辉石岩标本的声波速度具有一定的各向异性。

表1　辉石岩标本声波速度测试结果

3　辉石岩电性特征

岩石标本在干燥条件下，用万用表测量了标本的三组对应面之间的电阻率，结果列于表2中。两个样品A、B、C三个对应面的表面积和距离测量精确到毫米级。对每组对应面连续在不同点上测量三次，三次的测量结果在误差允许范围内一致，取其平均值作为各组对应面在干燥条件下的电阻值，然后根据各组对应面的表面积S和面距D进行计算，得出电阻率。电阻率计算公式是：电阻均值（KΩ）×表面积（mm2）÷面距（mm）×1000=电阻率（Ω·m）。

表2　辉石岩干燥条件下电阻率测试结果

从表2中可以看出，干燥条件下岩石标本的电阻率值均在十万数量级，不同组对应面之间的电阻率数值有差别，但同在一个数量级，且同一标本三组对应面电阻率相差不大，但两个标本之间的电阻率差别较大，Bgnl-2的电阻率大致是Bgnl-1电阻率的两倍。表2中测量值由于是简单的用万用表在干燥条件下直接测量的结果，只能作为岩石电性特征的参考值。

盐水浸泡条件下电阻率测试结果列于表3中，其中“测点坐标”是相对于测试标本面的左下角顶点为基准测量得到的。由于岩石标本先已在12%的盐水中浸泡了24个小时，岩石表面打磨的非常光滑，测试时电极与岩石表面接触情况能够保证，减少了由于电极与标本接触不良而导致电阻测试值过高的情况，这种条件下测试的结果，应该能代表辉石岩标本本身在常温条件下（15℃左右）的电性特征。对比表2、表3中数据可以发现，盐水浸泡后的电阻率比干燥条件下明显降低，而且各组对应面降低程度不同。

从表3中可以看出，测试用电磁波的频率不同，电阻率值不同，Bgnl-1A测试结果显示高频对应低电阻率，而低频则对应高的电阻率，其他各组对应面的测试结果却没有类似规律，其中有个别的测试值还正好与之相反，例如Bgnl-2C的测试结果与频率之间正好与上述规律相反。总的看来，电阻率测试值与测试频率之间并不具有简单的线性关系。不同频率条件下测试的电阻率值的平均值可以代表岩石标本对应面之间的电阻率。

对于标本Bgnl-1来说，A面电阻率平均值为411.33Ωm，远大于B面的28.21Ω·m和C面25.66Ω·m，A/B和A/ C的比值分别为14.6和16.0，电性各向异性非常显著。标本Bgnl-2同样具有各向异性的特点，B面的电阻率为500.4Ω·m，远大于A面的29.71Ω·m和C面的69.70Ω·m，B/A和B/C比值分别为16.8和7.18。由于两个标本的A、B、C三组对应面的方位未能对应于野外的产状，电性各向异性的方位特征无法确定，但辉石岩具有明显的电性各向异性特征是非常确定的，电性各向异性比声波速度的各向异性要强烈的多。

表3　辉石岩标本盐水浸泡后电阻率测试结果

4　讨论与结论

常温条件下测试结果显示，辉石岩具有波速各向异性，其中Vp各向异性17%～24%，Vs各向异性7%～25%。在湿的状态下，测得的辉石岩电性各向异性更为明显，不同方向的电阻率数值相差可达一个数量级。对于标本Bgnl-1来说，A面电阻率平均值为411.33Ω? m，远大于B面的28.21Ω?m和C面25.66Ω?m，A/B和A/C的比值分别为14.6和16.0，电性各向异性非常显著。标本Bgnl-2同样具有各向异性的特点，B面的电阻率为500.4Ω?m，远大于A面的29.71Ω?m和C面的69.70Ω?m，B/A和B/C比值分别为16.8和7.18。由于两个标本的A、B、C三组对应面的方位未能对应于野外的产状，电性各向异性的方位特征无法确定，但辉石岩具有明显的电性各向异性特征是非常确定的，电性各向异性比声波速度的各向异性要强烈的多。

电性和波速的各向异性特征与辉石岩中斜方辉石和单斜辉石具有较强的结晶学优选方位是一致的。岩石是由矿物组成的，忽略孔隙和流体的影响，各组成矿物的各向异性的组合可以反映岩石整体的各向异性特征[9]。

总之，辉石岩具有明显的电性和波速的各向异性，与辉石岩中斜方辉石和单斜辉石具有较强的结晶学优选方位是一致的。

[1]Frey F A.The origin of pyroxenites and garnet pyroxenites from Salt Lake Crater,Oahu,Hawaii:trace element evidence.Am.J.Sci, 1980,280:427-449.

[2]Liu Y,Gao S,Lee C T A,et al.Melt-peridotite interactions: Links between garnet pyroxenite and high-Mg#signature of continental crust.Earth and Planetary Science Letters,2005,234(1):39-57.

[3]Downes H.Origin and significance of spinel and garnet pyroxenites in the shallow lithospheric mantle:Ultramafic massifs in orogenic belts in Western Europe and NW Africa.Lithos,2007,99(1-2):1-24.

[4]Blichert-Toft J,Albarède F,Kornprobst J.Lu-Hf isotope systematics of garnet pyroxenites from Beni Bousera,Morocco:implications for basalt origin.Science,1999,283(5406):1303.

[5]Carlson R W,Nowell G M.Olivine-poor sources for mantle-derived magmas:Os and Hf isotopic evidence from potassic magmas of the Colorado Plateau.Geochemistry,geophysics,geosystems.,2001,2 (6):1034.

[6]Hirschmann M M,Stolper E M.A possible role for garnet pyroxenite in the origin of the"garnet signature"in MORB.Contributions to Mineralogy and Petrology,1996,124(2):185-208.

[7]Lundstrom C C,Shaw H F,Ryerson F J,et al.Crystal chemical control of clinopyroxene-melt partitioning in the Di-Ab-An system: implications for elementalfractionationsinthedepletedmantle. Geochimica et Cosmochimica Acta,1998,62(16):2849-2862.

[8]Prinzhofer A,Lewin E,Allegre C J.Stochastic melting of the marble cake mantle:evidence from local study of the East Pacific Rise at 12 50'N.Earth and Planetary Science Letters,1989,92(2):189-206.

[9]章军锋,王永锋,金振民.变形组构引起的超高压榴辉岩地震波速各向异性.中国科学D辑,2007,37(11):1433-1443.

P61[文献码]B

1000-405X（2015）-7-55-2