Carrara大理巖高溫高壓變形實驗研究*

宋茂雙 邵同賓,2 李建峰 嵇少丞 王茜

1. 中國科學院廣州地球化學研究所，同位素地球化學國家重點實驗室，廣州 5106402. 中國科學院大學，北京 1000493. 加拿大蒙特利爾綜合工學院民用、地質與采礦工程系，蒙特利爾 H3C3A71.

1 引言

在地球演化歷史過程中，海水通過有機沉積和無機沉積兩種方式形成了大量的碳酸鹽巖沉積物。即使在當今的海洋盆地、大陸架和濱海、淺海中碳酸鹽巖的沉積作用仍比較活躍，并且這些地區分布有大量的碳酸鹽巖礁石 (Oesterling, 2004)。因此，碳酸鹽巖是固體地球上-中地殼的一種重要組成巖石。

由于碳酸鹽巖沉積物為海相成因，處于板塊的邊緣地帶，因此其常常參與造山作用。此外，它經常和俯沖板塊一起被卷入增生楔且遭受變質和大量的變形作用。在中級變質條件下，碳酸鹽巖沉積物就會轉化為大理巖。細粒石灰巖的重結晶和生長亦可能形成粗粒大理巖。因此，方解石集合體在高溫高壓下的力學行為對于解釋自然界的許多地質現象至關重要。例如，在剪切帶和逆沖斷層中，方解石巖層能夠吸收大量的構造變形 (Bestmannetal., 2000; Burkard, 1993; Busch and van der Pluijm, 1995; Schmidetal., 1977)。大理巖作為一種典型的方解石巖石，其變形行為對我們理解地殼中的構造作用和造山事件具有重要的意義。

自巖石流變學實驗開展以來 (如Von Kármán, 1911)，人們對方解石集合體進行了大量的研究(如Griggsetal., 1951; Turneretal., 1956; Heard, 1968; Rutter, 1972, 1974, 1995; Schmidetal., 1977, 1980; Wenketal., 1987; Fredrichetal., 1989; De Bresser, 1991; Paterson and Olgaard, 2000; Renneretal., 2002; De Bresseretal., 2005)，已經提出了三種主要的塑性流動機制 (Rutter, 1974; Schmidetal., 1977, 1980; Walkeretal., 1990)：1) 低溫塑性或冪次律無效機制 (breakdown regime)；2) 中等溫度下的蠕變機制，此時恢復、交叉滑移 (De Bresser and Spiers, 1993) 和邊界滑移 (Walkeretal., 1990) 是非常重要的；……