地学前缘 ›› 2017, Vol. 24 ›› Issue (2): 23-30.DOI: 10.13745/j.esf.yx.2016-12-9

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地质学中的压力与深度关系讨论： 颗粒尺度压力差到岩石圈构造超压研究新进展

周永胜，何昌荣   

  1. 中国地震局 地质研究所 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
  • 收稿日期:2016-06-24 修回日期:2016-09-03 出版日期:2017-03-15 发布日期:2017-03-15
  • 作者简介:周永胜(1969—)，男，博士，研究员，主要从事构造物理实验研究。E-mail:zhouysh@ies.ac.cnDOI: 10.13745/j.esf.yx.2016-12-9
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(41374184)；地震动力学国家重点实验室自主课题(LED2013A05,LED2015A04)

  • Received:2016-06-24 Revised:2016-09-03 Online:2017-03-15 Published:2017-03-15

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摘要： 地质学中普遍采用的压力与深度转化方法是基于阿基米德定律，该定律适用于重力场中的静流体压力条件下的压力与深度关系。然而，由于岩石圈的高黏度与各向异性特性和构造差应力作用，决定了岩石圈内的压力分布和应力分布受多种因素影响。基于近期新发表的研究成果，介绍了从颗粒尺度压力差到岩石圈构造超压研究新进展，讨论了地质学中的压力与深度关系问题。近期研究表明，与静压状态下获得的压力分布与深度关系相比，在差应力条件下获得的变质反应压力和相变压力要复杂得多。在差应力条件下，从微观尺度的变质反应和岩石颗粒间尺度到不同地质体之间、地壳内部构造带和岩石圈尺度都存在局部压力非均匀分布(构造超压)。在强烈隆升的高原地区，在高程差的重力势作用下也可以出现构造超压。这种压力非均匀的存在决定了变质反应压力和矿物相变压力不等同于静岩压力。热力学耦合数值模拟结果显示，由于偏应力作用，在大陆碰撞造山带42 km深度，构造超压达到2.2 GPa，局部压力达到3.4 GPa，远高于平均静岩压力。由此推测，在40~50 km深度，就有可能出现高压超高压变质作用。因此，根据变质反应和矿物相变确定的压力不能直接换算成岩石圈深度。

关键词: 压力差, 构造超压, 压力, 深度, 静岩压力, 差应力

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