利用地球物理方法描绘地壳和岩石层地幔流体的分布

Mapping the Distribution of Fluids in the Crust and Lithospheric Mantle Utilizing Geophysical Methods

地球物理成像为交代作用的研究提供了独特的视角,因其能够描绘地壳和上地幔现今流体的分布。这与地质学的研究形成对照。地质学研究出露于地表的中地壳岩石,在交代作用过程中流体的作用没有得到体现。用于探测地壳上地幔流体分布的主要地球物理方法有(a)电阻率成像的电磁方法和(b)探测地震波速和相关参数如泊松比、地震各向异性的地震方法。对于深度超过几千米的研究,最有效的电磁方法是大地电磁(MT),它使用天然电磁信号作为场源。地壳岩石的电阻率对水溶液流体的数量、盐度和连通程度很敏感。部分熔融和氢的扩散作用也可导致低电阻率。流体和/或水对地震观测的影响可由岩石和矿物物理方面的研究来评估。这些研究表明水的存在一般会降低岩石和矿物的地震波速度。水在含水矿物中以流体的形式存在,或者在名义上无水矿物中作为氢的点缺陷。水可以进一步改变地震属性,如泊松比、品质因子和各向异性。多种地震分析方法被用来测量地壳和岩石层地幔中水溶液流体的原位作用,包括地震层析成像、地震反射、被动震源转换、散射波成像和横波分裂分析等。将大地电磁和地震数据联合起来已被证明是研究活动构造区如卡斯凯迪亚俯冲带流体分布的有效手段。在这个地点,可探测到流体从俯冲板块向上扩散并形成水化地幔楔。在陆—陆碰撞带,如青藏高原,在其一重要区域的中地壳深度处探测到广泛存在部分熔融和水溶液流体。这些地球物理的方法也被用来研究保存于太古代和元古代岩石层中的古老板块边界曾经发生的交代作用。