晶质岩石的地震波性质及其地质地球物理意义.PDF
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地 质 科 学
2009年 10月 CHINESEJOURNALOFGEOLOGY
晶质岩石的地震波性质
及其地质 、地球物理意义 术
嵇少丞 王 茜 孙圣思
(1．加拿大蒙特利尔综合工学院民用 、地质和采矿工程系 蒙特利尔 H3C3A7；
2．中国地质科学院地质研究所 国土资源部大陆动力学重点实验室 北京 100037)
摘 要 人类有关地球 内部物质成份、结构和物理状态 的认识绝大多数来 自于地震波的资料 ，
而地震波资料的正确解释又离不开岩石地震波性质 的高温高压实验研究。地壳和地幔岩石 的
地震波性质和各 向异性是当今世界地学前沿研究的一项重要内容，该领域横跨 了地震学 、岩石
物理学和构造地质学 ，在过去一段时间里非常活跃并取得许多重要 的成果。本文仅将作者近
年来研究岩石地震波性质 (例如，岩石波速滞后性 ，地震波速随围压 的变化规律 ，纵、横波速之
间的关系，泊松 比等)的部分进展做一简扼 的综述 ，并谨 以此纪念 已故 中国科学院院士张文佑
先生诞辰 100周年 。
关键词 晶质岩石 高压实验 地震波速 泊松 比 各 向异性 地壳成份 构造变形
中图分类号 ：P313，P541 文献标识码 ：A 文章编号 ：0563—5020(2009)04—1113—23
1 引 言
人类有关地球 内部物质成份 、结构和物理状态 的认识绝大多数来 自于地震波 的资
料 ，而地震波资料的正确解释又离不开岩石地震波性质 的高温高压实验研究。1946年 ，
Bridgman教授 因对高压下岩石物理性质的开创性研究，获得 了诺贝尔物理学奖。此后 60
多年来 ，人类对弹性地震波在岩石中传播速度与各 向异性 的研究取得 了一系列重要 的进
展 ，为现代地震学奠定 了坚实的理论基础。本文仅将作者近年来研究岩石地震波性质 的
部分成果做一简扼的综述 ，以飨读者 ，并谨 以此纪念 已故 中国科学院院士张文佑先生诞
辰 100周年 (张文佑 ，1984，1986)。
2 岩石波速滞后性
我们的研究发现 ，采 自苏鲁一大别地表或浅表 (例如 ，中国大陆科学钻探 (CCSD)几
百米深的先导孔)的岩石标本常显波速滞后性 (Jieta1．，2007)。如 图 1a所示 ，在升压过
程中，岩石波速随围压逐渐升高先作迅速的非线性增加 ，然后在某一临界压力 (P一up)之
上再缓慢地近线性增加。在降压过程 中，波速首先作缓慢的近线性减小 ，然后在某一临
界压力(P．down)之下再作迅速的非线性减小。降压 曲线总是位于升压 曲线之上，P。一up
国家杰 出海外青年学者基金，中国科学院杰 出海外青年学者和加拿大 自然科学和工程研究基金联合资助的成果。
嵇少丞 ，男 ，1961年 1月生 ，留法博士 ，教授 ，球材料流变学 、岩石学和构造物理学专业。E-mail：sji@polymt1．ca
2009—06—20收稿 ，2009—08—18改 回。
l114 地 质 科 学 2009钽
压力 ／MPa
b
压力 Pa
图 1 典型地壳岩石的P波速度与围压的变化关系
a．采 自青岛仰 口的变辉长岩 (试样Sulu—YK1一X)；b．采 自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔
3Ol9．63m深处角闪石一多硅白云母榴辉岩 (试样B1536R6P41e—z)
Fig．1 V。～Pcurvesfortypicalcrustalrocks．(a)Metagabbro(sampleSulu—YK1-X)from Yangkou，Qingdao
(ShandongProvince)；(b)Hbl—Phneclogite(sampleB1536R6P41e—Z)from ade
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