构造差应力与构造附加静水压力关系研究

构造差应力究竟能够产生多大的附加静水压力在地学界一直有很大争议。本文通过大别山东端郯庐韧性剪切带中糜棱岩的构造差应力测量和同构造新生白云母的电子探针分析，对这一科学问题进行了初步探讨。对该断裂带12个糜棱岩样品进行了20次构造差应力测量，获得了114．6—149．6MPa的差应力值；对同构造新生白云母的电子探针分析获得岩石的形成时的围压为291．7—531．3MPa。通过构造差应力与岩石围压的对比分析，笔者认为岩石中的“构造超压”并不完全是构造差应力产生的附加静水压力造成的，还应包括了岩石中流体压力的贡献。在中-上地壳，附加静水压力主要由流体压力构成；而在下地壳和岩石圈深部，岩石的构造超压主要来自于由构造差应力产生的附加静水压力。但由于岩石圈深部构造差应力的急剧减小，产生的构造附加静水压力对围岩的贡献量极小，并不能使超高压岩石的形成深度明显变浅。

构造附加静水压力研究及其应用

本文明确提出“构造附加静水压力”概念，认为地壳任一点静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成。通过有限元模型数学模拟实验证实，处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带（ 及地域） 中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性。构造附加静水压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因。通过构造校正测算方法，得出胶东“玲珑—焦家式”金矿成矿深度仅３ｋｍ 左右，并得到区内找矿工程的初步验证。以此方法还测得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度≥３２ｋｍ 。

“构造附加静水压力”及其应用

提出地壳任一点静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的。处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带（及地域）中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性。构造叠加致使同一地壳深度的水平面上静水压力值不相等，这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因。建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法，并提出构造物理化学成矿的新认识。

构造附加静水压力理论研究及应用

地壳应力状况主要是由重力和构造作用力引起的 ,本文明确提出“构造附加静水压力”概念 ,指出地壳任一点静水压力是由重力附加静水压力和构造附加静水压力叠合而成 ,构造叠加致使同一地壳深度的水平面上静水压力值不相等 ,这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因 ;利用成矿深度构造校正测算方法 ,得出胶东“玲珑 -焦家式”金矿成矿深度仅 3km左右的数据 ,进而测得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅≥ 32 km,认为可能是壳内构造物理化学过程的产物 ,逐步形成构造物理化学成矿的新认识 ,进而预测了未知区隐伏矿床。

构造物理化学研究的一个重要问题——“构造附加静水压力”及其应用

用有限元模型数学模拟实验证实,处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带（及地域）中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性。指出,构造静水压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因;建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,得出胶东“玲珑—焦家式”金矿成矿深度仅3km左右、大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度≥32km;逐步形成构造通过影响物理化学环境的方式影响成岩成矿地球化学过程,即构造物理化学成矿的新认识,探讨应用构造物理化学场结构与界面成矿的分析方法,实测重建玲珑金矿田阜山矿区成矿构造物理化学参量分市场,提出参量在场强高值区与低值区转化过渡区带（及阶段）有利成矿,并预测了未知区隐伏矿床。

构造物理化学的理论纲要和应用前景

构造物理化学是地质力学在“构造结合建造”领域兴起的研究方向,发展为探讨构造作用过程中岩石物理变化与化学变化相关性的交叉学科领域。针对“构造力能否影响化学平衡”的地球科学难题,作者开展矿田地质构造的深入研究,进行构造力影响压力的探索。构造应力场可以分解为两部分:一部分是应力差,使岩石发生变形;另一部分是平均应力部分,即各向相等的正压应力状态,使岩石体积变化。后者称为“构造附加静水压力”。“构造附加静水压力”叠加在其地质作用引起的压力之上,改变该点的压力并影响其他物理化学条件,由此控制成岩成矿地球化学过程。构造物理化学是研究“构造力改变物理化学条件进而影响化学过程”,即研究构造引起的构造附加压力、温度等物理化学条件及其控制物理化学过程的领域。构造物理化学和“成矿深度构造校正”等理论方法预测胶东金矿深部存在“第二富集带”已得到证实,为胶东成为全球第三大金矿区提供了理论和方法方面的支撑。经过30多年科研和找矿实践,构造物理化学产生了广泛学术影响;中国地质学会地质力学专业委员会1996年设立“构造物理化学专业学组”,中国地球物理学会2018年批准成立“构造物理化学专业委员会”。构造物理化学需继续深入研究的问题有:构造附加静水压力问题,构造作用影响温度问题,构造作用改变岩石物理性质问题,构造作用影响地质P-T相图问题,还要发展“构造结合建造”的构造变形岩相观测研究方法等。构造物理化学在地壳异常压力和地壳深部压力状态、构造对油气的驱动和圈闭问题、成岩成矿深度的构造校正测算和隐伏矿床预测、超高压变质带的“构造增压壳内成因”问题、煤变形-变质作用的物理化学条件、临界成矿的热力学分析、地震灾害流体对于岩石系统的构造物理化学约束以及构造变形岩相基础上的地球物理勘查等方面推广应用已取得长足进展,且具有广阔的发展前景。

胶东金矿成矿深度的构造校正测算方法研究

深部找矿是我国保障能源矿产安全的重要任务。深部找矿勘查的一个重要前提是矿床形成深度测算。然而成矿深度研究和测算是地质科学领域的难题,目前尚未很好的解决。成矿深度测算的方法当前存在的主要问题是:成岩成矿深度计算中使用重力除以岩石密度(简称“重力/比重”)的测算方法基本都是建立在地下岩石“静流体压力”假设之上。但是“静流体压力”理论假设及其深度测算方法,存在理论缺陷。2000年召开的“地壳异常压力学术研讨会”,专家对上述岩石压力来自“静流体压力”假设和岩石形成深度的“重力/密度”测算方法提出了不同见解:浅部地壳直至地幔深处的岩石都是固体状态,开展地质作用深度的测算必须把地壳岩石看作固体,在计算成岩成矿深度时,除重力之外需要考虑构造力的作用。在上述专家学者的研讨基础上,出现了对成矿深度理论的新思考和新的测算方法。研究提出构造应力场的“各向等压应力部分”,即是“构造附加静水压力”的概念,建立变形比-古差应力的联立方程,计算三维主应力,从而获得“构造附加静水压力”。在此基础上,提出“构造力复合重力的岩石压力”新模型,形成先去掉“构造附加静水压力”,再推算成矿深度的“构造校正测算”方法。开展成矿深度构造校正测算需要以下条件:(1)确定成矿模式;(2)开展野外构造变形岩相测量;(3)测量岩石矿物应变,恢复成矿构造应力场,计算构造附加静水压力;(4)测算成矿深度。据“成矿深度构造校正测算”方法,获得胶东多个典型金矿成矿深度的测算结果:夏甸金矿成矿深度为–1 979.5~–3 014.72 m、焦家金矿成矿深度为–1 632.4~–2 331.6 m、大尹格庄金矿成矿深度为–2 775.4~–4 164.5 m、新城金矿成矿深度为–1 781.29~2 750.0 m、玲珑金矿成矿深度为–7 20.55~–3 454.97 m。据以上典型金矿成矿深度的测算结果认为,胶东金矿属深–1000~–4500m的浅成热液剪切带型矿床,胶东典型金矿矿体主要部分仍赋存在深部。按照“构造校正测算”方法得到的成矿深度,结合地质、物探和化探信息,预测金矿发育“深部第二富集带”,已得到胶东金矿勘查工作的证实。

关于成岩成矿深度构造校正测算的理论基础、方法和实例

成岩成矿深度的构造校正测算方法 ,是从测算压力中先消除掉构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度 ,即成岩成矿深度的方法。该方法基于对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上 ,采用弹性固体模型代替静止流体模型 ,对“上覆岩石重力在数值上等同于该点所承受的静水压力”这一通常的认识提出了不同见解 ,比沿袭至今单纯用压力 /比重 (或密度 )方法得出深度更符合于实际情况。本文介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法———开展变形岩相形迹填图 ,在室内利用三维变形和古差应力测量 ,根据样品所处构造部位和性质 ,选择不同的参数换算成矿时差应力的众值。以胶东玲珑—焦家式金矿床为例 ,求得成矿深度仅3.5km或更浅 ,进而提出更深部位存在深部金矿富集带的预测意见。胶东几个大型金矿深部第二富集带已揭露的勘探资料证实这一认识比较符合实际情况。用这一方法测算出大别超高压带含柯石英榴辉岩形成深度仅 32km多 ,而不是用压力 /比重方法估算的 1 0 0多公里 。

构造物理化学成矿理论问题探讨

构造物理化学成矿研究涉及以下新的认识:构造体制下矿源岩系演化序列,构造动力热液淬取成矿机制,构造附加动力驱动热液成矿机制,构造应力场转化成矿机制,成矿流体水-岩反应的浓缩成矿机制以及构造物理化学场结构与界面成矿特点。

大别——苏鲁高压-超高压变质带的“构造增压壳内成因”研究

研究发现,高压-超高压变质岩基本都发育于全球或区域规模的大型构造带,产于强烈构造变形带中相对较弱应变的部位。苏鲁—大别超高压变质岩具有明显的构造变形,这成为追索构造应力-应变作用和探讨形成构造环境与演化过程的重要线索。本研究用成岩成矿深度的"构造校正测算方法",进行野外观察、岩石变形-应力测算及构造校正测算。其结果显示,超高压变质岩形成深度在23~55km之间。大别—苏鲁超高压变质岩的锆石SHRIMP年龄显示,具有环带的内核高压矿物年龄大于680 Ma,而其含柯石英幔圈里超高压变质矿物在(231±4)Ma形成,角闪岩相等退变质矿物形成在(211±4)Ma,可见超高压变质发生在陆缘和陆内的地质环境。综合研究其岩石矿物的Sr-Nd、O和He同位素含量,有力证明了岩石的壳内成因特征。深钻孔岩心的岩石矿物学系统显示,超高压变质岩及其几公里宽范围里的各类围岩普遍含有柯石英等高压-超高压矿物包体。上述实际资料,用超高压变质的"深俯冲-折返"模式已经不能得到科学的解释。本文提出大别—苏鲁超高压变质岩"构造增压壳内成因模式",认为这些超高压变质作用可能发育在陆内地块之间的强烈构造挤压环境。在230Ma左右,由于构造压力与重力压力叠加致使局部达到超高压及相应温度等条件,特别是当p≥2.8GPa时,变质的物理化学条件得到满足,可以在23~55km深处发生超高压变质作用,之后经应力松弛和拆离构造,岩石又逐步抬升并发生退变质作用。也可以说,该超高压变质岩具有构造物理化学成因。

胶东大尹格庄金矿田成矿深度构造校正测算

对地壳深度的研究和探索是近年固体地球科学的前沿课题之一，以往很多方法都是将压力换算为上覆岩石重量再换算为深度的。吕古贤（1982，1995，1996）指出不是只有重力可以产生静水压力，构造力也会产生相应的静水压力，并称后者为“构造附加静水压力”。

构造动力成岩成矿和构造物理化学研究

“动力成岩成矿”的理论是地质力学构造控岩控矿研究方面的重要进展,是上世纪70—80年代初,在构造地球化学领域关于应力矿物、岩石变形-变质关系、构造控矿等研究基础上提出的。应用动力成岩成矿载体的“构造岩相带”,在新疆沙尔托海铬铁矿开展深部找矿取得重大突破。后续研究,从“动力成岩成矿”阶段,发展到现今的“构造物理化学”阶段。基于固体力学原理,研究认为变形岩石由偏应力场引起,偏应力场可分为差应力状态和各向等正应力状态两个部分,后者被命名为“构造附加静水压力”。“构造附加静水压力”不仅能引起岩石体积变化,也能影响其中化学平衡,是一个物理化学变量。结合胶东金矿的长期研究发现,元素地球化学分布是化学平衡的结果,物理化学环境才是化学作用的原因,提出“构造力改变压力温度等条件影响化学平衡”的认识。创建“成矿深度构造校正”方法,预测胶东金矿深部“第二富集带”得到证实,促进胶东从危机矿山重灾区转而成为全球第三大金矿区。经过40多年的理论研究、地质调查和找矿实践,构造物理化学取得显著进展,1996年地质力学专业委员会设立“构造物理化学专业学组”。2018年,中国地球物理学会成立“构造物理化学专业委员会”。

江西金山金矿成矿深度研究

构造附加静水压力的研究是构造物理化学研究的重要内容。本文运用构造物理化学的基 本理论，研究了江西金山金矿赋矿韧性剪切带的构造附加静水压力，测算了金山金矿的成矿深度。 研究表明，金山金矿的成矿深度在 ３１００～４３００ｍ左右，这对进一步在该区的找矿勘查工作具有 指导意义。