東昆侖中段輝石巖物性各向異性及其地質意義

朱建　宋偉　董建輝　劉莉

(長江三峽勘測研究院有限公司湖北武漢430074)

東昆侖中段輝石巖物性各向異性及其地質意義

朱建宋偉董建輝劉莉

(長江三峽勘測研究院有限公司湖北武漢430074)

輝石巖對于理解地幔不均一性非常關鍵，是殼幔過渡帶的重要組成物質。對于地球深部的了解，我們只能靠地球物理探測，而地球物理探測結果的地質解釋，需要以巖石物理研究成果為基礎。對輝石巖物性各向異性的研究對于地球物理探測成果的地質解釋具有指導意義。通過東昆侖輝石巖的波速和電性特征測試表明，輝石巖具有明顯的電性和波速的各向異性，與巖石中斜方輝石和單斜輝石具有較強的結晶學優選方位是一致的。

輝石巖波速電性各向異性東昆侖

0　引言

輝石巖是一種特殊的巖石，化學成分上屬于基性巖，礦物成分上屬于超鎂鐵質巖。輝石巖的成因一直倍受關注[1-3]，近年來，人們認識到輝石巖對于理解地幔不均一性非常關鍵，其可能是除橄欖巖之外另一個重要的玄武巖源區，這為玄武巖成分的多樣性提供了合理解釋[4-8]。輝石巖還是殼幔過渡帶的重要組成物質。對于地球深部的了解，我們只能靠地球物理探測。而地球物理探測結果的地質解釋，需要以巖石物理研究成果為基礎。對輝石巖物性各向異性的研究對于地球物理探測成果的地質解釋具有指導意義。

1　巖石物性測試方法

用于巖石物性測試的樣品是從大的巖塊中切割出來的近立方體巖塊，在拋光機上對巖塊的六個表面進行拋光，打磨光滑，然后進行測試。

巖石波速的測定是在干燥條件下，采用中科院武漢巖土力學研究所研制的RSM-SY5聲波檢測儀進行測定的。RSM-SY5聲波檢測儀采用雙通道最小采樣間隔0.1μS、12位A／D轉換器，多種觸發方式及電平選擇，發射電壓800V／300V可調，發射脈寬連續可調，放大器增益為：-20～80db，頻帶寬為：1kHz～500kHz，具有前置模擬高通及低通濾波器，每道采樣點數0.5K～16K，延遲或前置時間可預設或自動尋找初值。對巖塊對應的三對面進行分別測量，以A、B、C表示這三對面，分別夾持長、寬、高三組棱。

輝石巖電阻率的測定在長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室完成：首先將標本放置在12%的鹽水里浸泡24小時，浸泡完成后采用美國New England Research公司研制的AutoscanⅡ巖樣電性參數掃描系進行測定。同波速測定一樣，也是對近立方體標本的三組對應面A、B、C進行多點測量，每組對應面測量2個點以上，如果兩個測試結果數值相差較大，增加測試點數，以便求取的平均值具有代表性。測試環境溫度為14.7～14.9℃，測試用電磁波頻率采用低頻為主。此外，采用AutoscanⅡ巖樣電性參數掃描系測定巖石電阻率之前，先用萬用表對干燥標本進行了三組對應面的電阻率測定，以便與鹽水浸泡條件下結果對比。

2　輝石巖波速特征

常溫干燥條件下聲波速度的測定對巖塊對應的三對面進行分別測量，以A、B、C表示這三對面，分別夾持長、寬、高三組棱，其結果列于表1中。

標本Bgnl-1的波速在各組對應面之間略有差別，B面Vp最高，C面Vp最低，二者比值1.17，A面Vs最高，B面Vs最低，二者比值為1.25。其中B面在三組面中Vp最高而Vs最低。標本Bgnl-2的波速測定結果A面Vp最高，B面Vp最低，二者比值為1.24，A面Vs最高，C面Vs最低，二者比值為1.07。從測試結果來看，輝石巖標本的聲波速度具有一定的各向異性。

表1　輝石巖標本聲波速度測試結果

3　輝石巖電性特征

巖石標本在干燥條件下，用萬用表測量了標本的三組對應面之間的電阻率，結果列于表2中。兩個樣品A、B、C三個對應面的表面積和距離測量精確到毫米級。對每組對應面連續在不同點上測量三次，三次的測量結果在誤差允許范圍內一致，取其平均值作為各組對應面在干燥條件下的電阻值，然后根據各組對應面的表面積S和面距D進行計算，得出電阻率。電阻率計算公式是：電阻均值（KΩ）×表面積（mm2）÷面距（mm）×1000=電阻率（Ω·m）。

表2　輝石巖干燥條件下電阻率測試結果

從表2中可以看出，干燥條件下巖石標本的電阻率值均在十萬數量級，不同組對應面之間的電阻率數值有差別，但同在一個數量級，且同一標本三組對應面電阻率相差不大，但兩個標本之間的電阻率差別較大，Bgnl-2的電阻率大致是Bgnl-1電阻率的兩倍。表2中測量值由于是簡單的用萬用表在干燥條件下直接測量的結果，只能作為巖石電性特征的參考值。

鹽水浸泡條件下電阻率測試結果列于表3中，其中“測點坐標”是相對于測試標本面的左下角頂點為基準測量得到的。由于巖石標本先已在12%的鹽水中浸泡了24個小時，巖石表面打磨的非常光滑，測試時電極與巖石表面接觸情況能夠保證，減少了由于電極與標本接觸不良而導致電阻測試值過高的情況，這種條件下測試的結果，應該能代表輝石巖標本本身在常溫條件下（15℃左右）的電性特征。對比表2、表3中數據可以發現，鹽水浸泡后的電阻率比干燥條件下明顯降低，而且各組對應面降低程度不同。

從表3中可以看出，測試用電磁波的頻率不同，電阻率值不同，Bgnl-1A測試結果顯示高頻對應低電阻率，而低頻則對應高的電阻率，其他各組對應面的測試結果卻沒有類似規律，其中有個別的測試值還正好與之相反，例如Bgnl-2C的測試結果與頻率之間正好與上述規律相反。總的看來，電阻率測試值與測試頻率之間并不具有簡單的線性關系。不同頻率條件下測試的電阻率值的平均值可以代表巖石標本對應面之間的電阻率。

對于標本Bgnl-1來說，A面電阻率平均值為411.33Ωm，遠大于B面的28.21Ω·m和C面25.66Ω·m，A/B和A/ C的比值分別為14.6和16.0，電性各向異性非常顯著。標本Bgnl-2同樣具有各向異性的特點，B面的電阻率為500.4Ω·m，遠大于A面的29.71Ω·m和C面的69.70Ω·m，B/A和B/C比值分別為16.8和7.18。由于兩個標本的A、B、C三組對應面的方位未能對應于野外的產狀，電性各向異性的方位特征無法確定，但輝石巖具有明顯的電性各向異性特征是非常確定的，電性各向異性比聲波速度的各向異性要強烈的多。

表3　輝石巖標本鹽水浸泡后電阻率測試結果

4　討論與結論

常溫條件下測試結果顯示，輝石巖具有波速各向異性，其中Vp各向異性17%～24%，Vs各向異性7%～25%。在濕的狀態下，測得的輝石巖電性各向異性更為明顯，不同方向的電阻率數值相差可達一個數量級。對于標本Bgnl-1來說，A面電阻率平均值為411.33Ω? m，遠大于B面的28.21Ω?m和C面25.66Ω?m，A/B和A/C的比值分別為14.6和16.0，電性各向異性非常顯著。標本Bgnl-2同樣具有各向異性的特點，B面的電阻率為500.4Ω?m，遠大于A面的29.71Ω?m和C面的69.70Ω?m，B/A和B/C比值分別為16.8和7.18。由于兩個標本的A、B、C三組對應面的方位未能對應于野外的產狀，電性各向異性的方位特征無法確定，但輝石巖具有明顯的電性各向異性特征是非常確定的，電性各向異性比聲波速度的各向異性要強烈的多。

電性和波速的各向異性特征與輝石巖中斜方輝石和單斜輝石具有較強的結晶學優選方位是一致的。巖石是由礦物組成的，忽略孔隙和流體的影響，各組成礦物的各向異性的組合可以反映巖石整體的各向異性特征[9]。

總之，輝石巖具有明顯的電性和波速的各向異性，與輝石巖中斜方輝石和單斜輝石具有較強的結晶學優選方位是一致的。

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P61[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-55-2