变质反应对变质温度的缓冲效应

变质反应对变质温度的缓冲效应赵国春（长春地质学院，长春１３００６１）关键词变质反应，变质温度，缓冲效应变质作用温度除受区域热流值直接影响外，还常受变质反应的缓冲［’，’ｊ。缓冲程度可根据有关的矿物热力学数据进行定量或半定量估算。对于在变质作用过程中所...     

闽北麻源群变质流体对变质反应温度缓冲作用研究

闽北麻源群在空间上表现为巴罗式递增变质带：绿泥石带→黑云母带→石榴石带→十字石带→蓝晶石带→夕线石带。变质温度计算结果表明，区内蓝晶石带变质温度（４７０℃～５００℃）明显低于石榴石带和十字石带变质温度（５００℃～５５０℃），即蓝晶石带在石榴石带和十字石带之前出现。这显然与传统的递增变质带理论相悖。流体组成化学平衡计算和变质反应热力学分析研究表明，蓝晶石带较低的变质温度并非是压力或退化变质作用所致，而是低ＸＨ２Ｏ流体对形成蓝晶石的脱水变质反应温度缓冲的结果，缓冲温度值高达１００℃～２００℃。本文从热力学理论上解释了缓冲作用的机制并估算了缓冲的温度范围，据此讨论了变质流体在变质相带研究方面的重要意义。     

变质流体对变质反应温度缓冲作用实例研究及意义

有关闽北麻源群、浙西南陈蔡群、冀东麻粒岩和冀西南阜平群变质流体与变质反应温度关系实例研究表明，在变质作用过程中，变质流体对变质反应温度存在着明显的缓冲效应，缓冲的温度范围可超过某些变质相或变质带之间的温度差。因此，变质流体同变质温度、压力一样，是划分变质相带一个独立参数。本文从热力学理论上解释了变质流体对变质反应温度缓冲作用的机制，并对缓冲强度进行了估算，据此阐述了变质流体在变质相带研究中的重要意义。     

变质流体对变质反应温度缓冲作用实例研究及意义

有关闽北麻源群、浙西南陈葵群、冀东麻粒岩和冀西南阜平群变质流体与变质反应温度关系实例研究表明，在变质作用过程中，变质流体对变质反应温度存在着明显的缓冲效应，缓冲的温度范围可超过某些变质相或变质带之间的温度差。因此，变质流体同变质温度、压力一样，是划分变质相带一个独立参数。本文从热力学理论上解释了变质流体对变质反应温度缓冲作用的机制，并对缓冲强度进行了估算，据此阐述了变质流体在变质相带研究中的重要意     

变质流体对变质反应平衡温度的控制作用研究：以内蒙古东南…

根据内蒙古东南部早前寒武纪孔兹岩系研究，指出变质流体在变质作用过程中对脱水变质反应的平衡温度具有明显的控制作用，并以热力学理论对这种理论对这种控制作用的机制和程度加以解释和计算，据此阐明变质流体在划分变质相等方面的重要意义。     

变质流体对变质反应平衡温度的控制作用研究──以内蒙古东南部孔兹岩系为例

根据内蒙古东南部早前寒武纪孔兹岩系研究，指出变质流体在变质作用过程中对脱水变质反应的平衡温度具有明显的控制作用，并以热力学理论对这种控制作用的机制和程度加以解释和计算，据此阐明变质流体在划分变质相等方面的重要意义。     

区域变质型晶质石墨矿石墨生成的热力学分析

区域变质石墨矿是我国最重要的晶质石墨矿类型,其矿质来源于微体生物(藻类)。微体生物在元古代陆缘潮坪相和澙湖相中富集、埋藏,在缺氧环境下沥青化,经区域变质作用形成石墨。采用热力学方法对该类型石墨矿中石墨形成的一系列物理化学反应进行研究,根据热力学参数H、G、S确定有机碳转变成元素碳,进而结晶为石墨的反应的能量效应,并且根据碳相图和泥质变质岩成岩格子图推断矿床中石墨形成的温度和压力。     

变质地质学研究中的一些困难问题

变质地质学研究中,首先需要准确判明变质过程是属于多期或单期、多峰或单峰变质作用。研究中应该对同一研究区不同类型的变质岩石开展综合研究,查明各种变质反应结构,以期对变质反应结构的解释尽可能准确,并对变质反应进行定量论证。同一变质岩内前、后两个世代变质矿物组合之间,并不存在所谓的热力学局部平衡。在应用方面,矿物温度计与压力计属于反演方法,热力学视剖面图模拟属于正演方法。本文指出了它们之间的相同之处和各种区别。众所周知,目前反演出的变质作用压力并无方向性,差异应力对总应力的贡献尚不明朗。最好根据同一视域或同一块变质岩石,来反演变质作用P-T-t轨迹。实际上,P-T-t轨迹一般不应该是圆滑的曲线,其构造意义的解释也还存在不确定性。同一地区变质作用PT条件的突变、P-T-t轨迹的明显差异,表明地质体之间存在断层接触关系。变形作用与变质作用的耦合研究需要加强,变质作用的定年也不能仅仅局限于变质副矿物。特别值得注意的是,同一造山带内范围有限的地域,也未必属于同一变质相系。     

变质地质学的某些进展

在变质地质学１６０余年的研究历史中经历了从静态到动态两个思维发展过程。本世纪六十年代以前，变质作用的研究以静态思维方法为主，以深度带的概念为代表。六十年代初由于Ｍｉｙａｓｈｉｒｏ提出变质相系概念使变质地质学开始转向动力学方面，但由于变质相系未阐明变质过程中地热体制的变化，因此仍属于静态思维方面。七十年代以来，由于以下几个方面的进展，变质地质学开始以动力学方法为特征：（１）开展了世界范围内的小比例尺变质编图工作，以相组和相系为基础研究变质作用类型及其时空演化规律；（２）由于实验、测试技术和热力学理论的发展，使得人们不仅可以很准确地计算变质岩石的Ｐ－Ｔ条件，而且可以在实验室中模拟多数天然变质反应；（３）以深入的显微结构分析为基础，探讨变质过程中变质结晶作用和变形作用之间的关系；（４）根据热传导理论和现代热力学的原理，正演和反演变质作用的ＰＴｔ轨迹，研究变质作用的动力学过程及其与区域构造环境的联系。     

变质作用精细过程研究进展

主要总结了最近 5年以来，国内外在变质作用精细过程研究若干方面的进展：人们在更细微尺度上，对矿物成分环带、成分梯度等矿物微区成分变化情况有了更深入的研究；发现矿物中不同化学组分抵御变质峰期后降温过程的能力不同；利用矩阵奇异值分解等数学方法定量探讨矿物（组合）之间是否存在质量平衡关系，进而判断矿物（组合）之间的平衡-非平衡关系；开始尝试恢复变质峰期后发生分解反应或纯转换反应的变质高峰期矿物的原始成分；出现了不依赖于矿物热力学数据和矿物活度模型的高精度相对温压计；补偿规则引入了矿物速率计，速率计计算结果更直观；最近发展的 Ms sbauer谱新技术，可以在小至50×30μm²的区域里实现铁镁质矿物原位（insitu）Fe ^3＋含量的分析；使用激光探针等离子体质谱法、激光探针 ⁴⁰ Ar／³⁹ Ar法、电子探针测年法、二次离子质谱法等新方法，实现对常见变质矿物的原位定年，使得变质作用较完整过程的连续定年成为可能。今后的发展方向至少有四个方面：深化并且充分利用已有的矿物微区成分分析方法和放射性微区测年方法，洞悉变质过程中的各种微观-超微观现象，探讨变质反应速率；研究不同大地构造环境的变质作用特征；实施大量的高精度矿物相平衡逆转实验，以获取高精度矿物热力学数据，进一步发展矿物固溶体热力学；采用岩石学实验模拟岩石变质过程，深入研究变质反应动力学。     

碳酸盐岩石变质流体中CO2活度的估算方法—以内蒙古集宁群大理岩为例

通过脱碳反应的平衡热力学计算，推导出碳酸盐岩石变质流体中CO2活度αCO2的估算公式，将其用于内蒙古集宁群孔兹岩系的大理岩，得出在麻粒岩相变质峰期前进变质阶段流体已具有较高αCO2的值（＞0．5），此结果与已有研究结果吻合，表明在进变质过程中随脱碳反应规模加大，析出的CO2使流体中αCO2值相应增大，至变质峰期此值达0．8以上，不同样品中αCO2值有一定变化（537－0．643）也进一步表明变质过程中CO2为内部缓冲，并非深部来源。     

变质岩平衡热力学的理论框架

变质岩石学研究定量化是近来变质地质学研究的一个重要方面,变质作用PTt轨迹研究就是这方面的突出例子。所有这些定量研究都涉及到平衡热力学的一些基本概念和理论方法。我们按照平衡热力学逻辑发展纲要,结合变质岩石学的研究现状,建立了变质岩石学中平衡热力学框架。在这一理论框架中不仅对一些重要基本概念和方法作了介绍,更侧重阐述了不均匀体系中独立组分变量和独立体系变量的特点和相互关系,以及这些变量在变质岩定量研究至关重要部分。在此基础上,简单介绍了近来发展的热力学数据库、平均温度压力计算、成因格子建立和环带矿物推算PT轨迹的基本思路和所涉及的方法,这对了解和应用这些知识有着重要意义。     

变质动力学

变质动力学是运用化学动力学方法来研究岩石变质反应的速度和结晶作用动力学的一门新的边缘性交叉学科。在本世纪70年代的变质岩石学研究中,Winkler(1976)和Mueller等(1977)首先提出将化学热力学和化学动力学的理论及方法用于变质岩石学的研究中。自1983年以来,已有若干论文明确提出变质体系中物质的迁移机制和扩散作用(Brady,1983)。Cygam和Lesaga(1985),Elphick等(1985)和Loomis等(1985)的研究追索了石榴子石的扩散现象,是变质动力学较为成功的研究实例,Tracy在1987年较为系统地     

固相线以下变质过程中水的行为

在p–T 视剖面上定量计算全岩饱和水含量等值线可以更有效地讨论变质矿物组合的演化。Guiraud 等认为在封闭体系中发生的变质作用通过递进脱水作用使岩石向水含量降低方向演化,脱出的水离开岩石体系。当变质过程向水含量增加方向演化时,岩石会很快变成流体缺失状态,不利于变质矿物组合的进一步演化。因此,从岩石中的实际矿物组合所得到的“变质峰期”应该理解为脱水反应结束,并可能发生少量水化反应的位置,并不一定对应p–T 轨迹所经历的实际峰期温度或压力。利用p–T 视剖面图和饱和水含量等值线的行为研究阿尔泰造山带泥质岩石的中低压变质作用发现,阿尔泰地区红柱石型变质带的发生与蓝晶石型变质带的抬升有关,主要发生铝硅酸盐矿物之间的同质多相转变,低压变质矿物组合未能达到热力学平衡状态。与泥质岩中低压变质演化明显不同的是超高压榴辉岩在峰期以后的减压过程中仍然发生递进脱水作用。     

视剖面图温压计研究进展评述

视剖面图温压计是目前定量估算变质温度和压力的主要方法之一。其理论基础为热力学平衡原理与质量守恒定律。利用内恰的热力学数据库和相应的成分-活度模型对特定成分体系进行视剖面图计算,可以正演模拟给定温度和压力条件下的矿物组合、矿物丰度及其成分,与实测岩石对比,可以准确获取岩石的形成温度和压力。在应用视剖面图温压计时,应选择受全岩成分影响小、且受退变质作用影响微弱的矿物成分;对于有成分变化的体系,应结合多种方法恢复有效全岩成分。文中通过视剖面图对KFMASH(K2O-Fe O-Mg O-Al2O3-Si O2-H2O)体系下不同矿物组合内多硅白云母硅含量及其等值线斜率的研究,认为多硅白云母硅含量及其等值线斜率主要由不同矿物组合内多硅白云母参与的契尔马克替换及纯转换端元反应中的主导反应决定,进一步深化了对变质过程中控制矿物成分变化的内部缓冲反应机制的理解,从而也可为选择和应用矿物温压计提供指导。因此,视剖面图方法是目前研究变质岩石形成条件及变质作用精细过程的最佳方法之一。     

21世纪最初十年变质岩石学研究进展

21世纪以来变质岩石学发展迅猛.对大型俯冲带和造山带综合数值模拟研究,所得到的变质作用p-T-t与以往一维热模拟结果很不相同;利用内部一致性热力学数据库,进行变质相平衡的定量研究,改变了人们对变质反应和相平衡关系的理解,开辟了定量研究变质作用的新阶段;超高压变质作用的深入研究,发现了更多超高压变质作用的标志及地体,指示陆壳俯冲深度可能达300～350 km,并对地壳岩石深俯冲的机理及变质作用演化进行了进一步探讨;对麻粒岩尤其是高压和超高温麻粒岩的研究,进一步了解了麻粒岩相条件下的深熔作用与熔体演化机理,为认识早前寒武纪的板块作用与造山过程提供了新的窗口;利用多种方法对俯冲带变质流体的研究,为深刻认识俯冲带的岩浆作用及地幔演化提供了更为广阔的视野.     

太古宙下部地壳流体研究现状

太古宙下部地壳流体的研究对于阐明麻粒岩相变质作用成因及深成地质作用过程具有重要意义。下部地壳流体的性状，成因，运移方式及其与麻粒岩相变质作用成因联系等方面取得了一定的研究成果。采取流体包裹体研究与脱水变质反应平衡热力学计算，矿物对地质温压计估算等相结合的方法才能获得更可信的结果，实验研究是今后重要的发展方向。     

冀西北麻粒岩相带富铝片麻岩的退变结构及其变质反应性质

冀西北麻粒岩相带中的富铝片麻岩（夹层）, 主要由石榴（紫苏） 黑云斜长片麻岩和夕线石榴黑云二长（钾长） 片麻岩组成。根据矿物相转变结构及其演化的详细研究, 确定富铝片麻岩存在石榴石与石英、钾长石、夕线石反应生成斜方辉石、堇青石、铝直闪石和黑云母等一系列复杂的变质反应。根据拓扑学、热力学及温压条件的研究结果, 并结合前人的实验资料, 确定富铝片麻岩所发生的这些反应均为特征的以减压为主的反应, 且发生于变质作用近等温减压阶段（Ｍ３）, 相应的变质温压条件： Ｔ＝ ７４０℃～８２０℃, Ｐ＝ ０．４１～０．６８ＧＰａ, 减压幅度达０．４０～０．５０ＧＰａ。研究表明该类反应及相应的矿物相转变不仅受控于温压条件,而且与体系局部水流体介入及其不均一性存在密切的成因关系。这一研究成果对于重新认识冀西北麻粒岩相带富铝片麻岩的成因机制及其变质动力学过程有着重要的科学意义     

《热力学在变质岩中的应用》学术讨论会在京召开

我会变质岩委员会筹办的《热力学在变质岩中的应用》学术讨论会,于1984年11月20日至23日在北京召开。会议共收到论文及摘要17篇。会上讨论了三个问题:(1)地质测温计和测压计的应用;(2)矿物共生相图的计算和编制;(3) 变质反应和其它。代表们认为,热力学理论和方法对变质岩的研究具有重要的理论和实际意义。国外已把温压测定用于     

大别山区变质岩中蓝晶石的几种退变质反应及其所指示的动力学过程

蓝晶石在大别山含柯石英和不含柯石英的榴辉岩、高压变质的副片麻岩、非高压变质的宿松群的变质沉积岩中都是重要的变质矿物。它们多有冠状或其它的变质反应结构，形成多样化的退变质反应矿物。有些退变质反应是十分罕见的。本文报道了８种蓝晶石的矿物组合和退变质反应，推测和计算了变质反应的温度－压力条件，从而探讨了它们代表的近等温降压、升温降压和流体为重要因素的降温降压的不同的动力学过程。这些数据与用其它变质矿物所得到的温度压力条件和ＰＴｔ演化基本一致。为探讨大别山超高压变质带的构造演化提供了新的依据。