变质矿物生长的局部平衡体系——以贺兰山北段孔兹岩系为例

贺兰山北段孔兹岩系详细的岩石学和矿物学的研究表明 ,岩石中的特征变质矿物如石榴子石、堇青石等的成分与其周围相邻的同世代变质矿物具有很好的相关性 ,而与其寄生主岩成分的相关性较小 ,而贯通矿物如斜长石却与其寄生主岩成分的相关性较为密切 ,同时天然块状样品的脱水熔融实验的结果也显示 ,变质反应是在一个局部平衡体系中进行的。说明在变质作用过程中 ,变质反应的进行以及新矿物的形成是在一个局部平衡的体系下完成的 ,因此在矿物对温压计的使用上 ,应利用处于平衡状态的相邻变质矿物来计算。     

麻粒岩相变质作用与花岗岩成因-Ⅰ:变质泥质岩/杂砂岩高温-超高温变质相平衡

麻粒岩相岩石作为洞察下地壳的窗口一直备受重视。二十世纪九十年代以来麻粒岩研究的一个重要进展是利用变质相平衡的定量研究方法模拟岩石中所发生的深熔变质反应、熔体成分变化、及熔体丢失对变质矿物组合的影响等。本文利用KASH、NKASH和KFMASH等简单体系的相平衡关系,做出P-T投影图、组分共生图解和基于固定全岩成分的P-T视剖面图解,并结合有关实验岩石学结果,讨论了高温和超高温条件下变质泥质岩和杂砂岩中的变质熔融反应、矿物组合、全岩成分与P-T条件之间的相互关系。多数变质泥质岩和杂砂岩中饱和流体固相线熔融反应可利用NKASH体系中有水流体参与的熔融反应模拟,在没有外来流体注入时,这些反应可形成3mol%熔体。在不同体系中白云母脱水熔融反应型式及其P-T条件不同,如在NKASH和KFMASH体系中模拟计算的白云母脱水熔融反应与相应的实验结果相似,分别控制了白云母分解熔融的温度下限和上限;白云母的分解温度会随着其中Fe、Mg和Ti含量的增加而升高,也随着共生斜长石中钙长石组分增加而升高,泥质岩中白云母脱水熔融可以形成~10mol%熔体。在KFMASH体系中黑云母脱水熔融反应表现为4条单变反应,其理论计算的温度比实验模拟的结果低一些。在NCKFMASH体系或实际岩石中黑云母脱水熔融反应为滑动反应,如NCKFMASH体系中黑云母从其开始熔融到最后消失在泥质岩中可跨越~100℃,在杂砂岩中可跨越30~50℃。黑云母的稳定温度随着镁值升高而升高,其稳定上限受钛影响更大,黑云母脱水熔融可以形成超过30mol%~40mol%熔体。KFMASH体系中的相平衡模拟表明以出现斜方辉石+夕线石和假蓝宝石为特征的超高温组合易于出现于富镁泥质岩中,而对正常成分泥质岩在达到1000℃的超高温条件下,主要出现石榴石+夕线石(即夕线榴),该组合在更高温度反应形成假蓝宝石+尖晶石。利用饱和水固相线反应和白云母与黑云母分解反应可以更好地限定不同的变质相。如中压和低压条件下低角闪岩相和高角闪岩相的界限可利用NKASH体系中有水流体和白云母参与的熔融反应和亚固相线条件下的白云母分解反应限定;实验确定的泥质岩中黑云母开始熔融与消失的反应可分别用于限定高角闪岩相与(正常)麻粒岩相的界限,以及(正常)麻粒岩相和超高温麻粒岩相的界限。因此,从矿物组合角度,正常麻粒岩相可限定在黑云母开始熔融到完全消失的温度范围,超高温麻粒岩相可限定在黑云母消失(有石英存在)之后的温度范围。     

花岗岩拓扑学的反思

介绍了石榴石成分环带 (剖面 )的现代测试技术 ,强调了二维成分填图在当代成分环带研究中的重要性。根据石榴石成分环带 (剖面 )的变化特征 ,将其划分为匀变连续型成分环带和突变间断型成分环带。匀变连续型环带形成受平衡生长控制 ;突变间断型成因复杂 ,其中的台阶型可与多期变质、变质条件大幅度改变、变质反应性质改变或深熔作用干扰等过程有关 ;脉冲型又可分生长型环带(剖面 )和扩散型环带 (剖面 ) ,后者是变质顶峰后石榴石与包体矿物反应导致石榴石某种成分的晶内扩散有关。东昆仑小庙岩群石榴石的岩相学、主量微量元素环带和稀土元素配分环带特征表明其是两期变质作用的产物。     

麻粒岩相变质作用与花岗岩成因-I:变质泥质岩/杂砂岩高温-超高温变质相平衡

麻粒岩相岩石作为洞察下地壳的窗口一直备受重视。二十世纪九十年代以来麻粒岩研究的一个重要进展是利用变质相平衡的定量研究方法模拟岩石中所发生的深熔变质反应、熔体成分变化、及熔体丢失对变质矿物组合的影响等。本文利用KASH、NKASH和KFMASH等简单体系的相平衡关系,做出P-T投影图、组分共生图解和基于固定全岩成分的P-T视剖面图解,并结合有关实验岩石学结果,讨论了高温和超高温条件下变质泥质岩和杂砂岩中的变质熔融反应、矿物组合、全岩成分与P-T条件之间的相互关系。多数变质泥质岩和杂砂岩中饱和流体固相线熔融反应可利用NKASH体系中有水流体参与的熔融反应模拟,在没有外来流体注入时,这些反应可形成<3mol%熔体。在不同体系中白云母脱水熔融反应型式及其P-T条件不同,如在NKASH和KFMASH体系中模拟计算的白云母脱水熔融反应与相应的实验结果相似,分别控制了白云母分解熔融的温度下限和上限;白云母的分解温度会随着其中Fe、Mg和Ti含量的增加而升高,也随着共生斜长石中钙长石组分增加而升高,泥质岩中白云母脱水熔融可以形成~10mol%熔体。在KFMASH体系中黑云母脱水熔融反应表现为4条单变反应,其理论计算的温度比实验模拟的结果低一些。在NCKFMASH体系或实际岩石中黑云母脱水熔融反应为滑动反应,如NCKFMASH体系中黑云母从其开始熔融到最后消失在泥质岩中可跨越~100℃,在杂砂岩中可跨越30~50℃。黑云母的稳定温度随着镁值升高而升高,其稳定上限受钛影响更大,黑云母脱水熔融可以形成超过30mol%~40mol%熔体。KFMASH体系中的相平衡模拟表明以出现斜方辉石+夕线石和假蓝宝石为特征的超高温组合易于出现于富镁泥质岩中,而对正常成分泥质岩在达到1000℃的超高温条件下,主要出现石榴石+夕线石(即夕线榴),该组合在更高温度反应形成假蓝宝石+尖晶石。利用饱和水固相线反应和白云母与黑云母分解反应可以更好地限定不同的变质相。如中压和低压条件下低角闪岩相和高角闪岩相的界限可利用NKASH体系中有水流体和白云母参与的熔融反应和亚固相线条件下的白云母分解反应限定;实验确定的泥质岩中黑云母开始熔融与消失的反应可分别用于限定高角闪岩相与(正常)麻粒岩相的界限,以及(正常)麻粒岩相和超高温麻粒岩相的界限。因此,从矿物组合角度,正常麻粒岩相可限定在黑云母开始熔融到完全消失的温度范围,超高温麻粒岩相可限定在黑云母消失(有石英存在)之后的温度范围。     

地质流体 岩石反应的地球化学动力学方法

摘 要　 提出了一个以矿物生成和溶解的速率确定体系矿物沉淀的量来模拟水 岩反应的新方 法。新固相在体系中沉淀的量只依赖于沉淀速率‚而不是依赖于水 岩之间的平衡。考察了一 个矿物溶解生成次生矿物最终趋于平衡的溶解沉淀反应演化‚结果表明在水 岩体系中对于次 生矿物的部分平衡假定在许多情况下都不能成立。在这样的反应演化过程中亚稳矿物与溶液 之间总保持过饱和态‚矿物的沉淀速率随反应的进展而变化。同时‚当主要溶解矿物达到平 衡而溶解作用停止时‚次生矿物沉淀尚未停止‚直到体系饱和指数全部趋于0时‚才达到总 体平衡。用动力学方法处理地球化学过程中的水 岩反应比准稳平衡的简单假设更合理‚因为 动力学方法更符合自然情况‚同时产生了关于时间过程的时间尺度信息。     

赣中周潭群变质沉积岩的微量元素地球化学研究

对赣中周潭群变质沉积岩及其石榴子石等造岩矿物的稀土元素地球化学进行了详细研究.结果表明:造岩矿物只携载了岩石中少部分稀土元素,而大部分稀土元素赋存在副矿物的晶格中;变质过程中稀土元素在石榴子石变斑晶与岩石间达到了分配平衡,石榴子石/岩石间的稀土元素分配明显受体系化学组成所制约;变质岩脉及其矿物的稀土元素组成显示清楚的四重效应,其Zr-Hf,U-Th和Y-Ho等元素对也与变质岩发生了一定程度的分异,它们可作为周潭群在变质过程中流体作用存在的判别标志.     

喜马拉雅中段哲古拉花岗岩中高压麻粒岩包体及其主岩的^40Ar／^39Ar年代学研究

为了深入了解喜马拉雅构造带的地质演化历史,同时为了探讨作为建立高压变质条件下的同位素年代学方法的重要前提的同位素体系特征,对出露于喜马拉雅中段西藏哲古拉地区的高压麻粒岩包体中的峰期矿物和退变质矿物及其主岩花岗岩中的富钾矿物进行了常规~(40)Ar/~(39) Ar 年代学研究。花岗岩中的黑云母坪年龄为11.48±0.18Ma,钾长石坪年龄为12.63±0.19Ma,二者的等时线年龄与之相当,分别为11.63Ma 和12.58Ma。高压麻粒岩峰期矿物黑云母的坪年龄为48.5±0.54Ma,等时线年龄为48.95±0.83Ma,(~(40)Ar/~(36)Ar)_i 为285;退变质矿物角闪石的坪年龄谱呈马鞍形,坪区数据对应的等时线年龄为31.1±5.4Ma,(~(40)Ar/~(36)Ar)_i 为394,显示有过剩~(40)Ar 的存在。结合前人的研究,推定高压麻粒岩经历了一个快速的退变质作用过程,不仅变质作用没有达到平衡,早期与晚期变质矿物之间也没有达成氩同位素交换平衡,在标本尺度上或高压麻粒岩包体与主岩花岗岩之间均是如此。根据~(40)Ar/~(39)Ar 年代学结果也可以了解到,在高压麻粒岩的退变质过程中,早期与晚期变质矿物之间的氩同位素体系有明显不同,这种氩同位素体系在不同变质阶段的不平衡记录为帮助建立不同变质地质事件的年代学序列提供了研究途径。依照获得的~(40)Ar/~(39)Ar 年代学数据,可以建立喜马拉雅中段高压麻粒岩包体形成和演化的动力学过程:推定高压麻粒岩经受了两期变质作用的叠加,峰期变质老于48.5Ma,晚期变质发生在31Ma 前后;大约在17Ma 前后为其主岩花岗岩捕虏,并在11Ma～12Ma 之间被带至地表。文中对前人锆石 U-Pb 年龄进行了再分析,认为在高压变质作用条件下,由于熔体或流体从变质岩石中被抽提出去而限制了变质锆石的生长,因此,高压麻粒岩包体中的锆石 U-Pb 年龄没有能够记录高压变质事件。     

冀东迁西-迁安地区早太古代变质岩系原岩恢复及其地质意义

冀东早太古代变质岩系的主体是一套呈层分布的,各种成分麻粒岩及其某些退变质产物——斜长角闪岩类。在其上部发育变质含铁建造,而在其下部常夹有变质的镁铁质和超镁铁质岩(如变闪辉岩、变辉石岩和蛇纹石化橄榄岩等)薄层或透镜体。 麻粒岩的矿物组合是斜方辉石+单斜辉石+斜长石(常常为反条纹长石)+石英+磁铁矿±角闪石±黑云母。在变质含铁建造中局部出现包括铝硅酸盐的矿物组合(蓝晶石-石榴石-黑云母-斜长石-石英)。变质铁硅质岩可以分为两类:辉石磁铁石英岩和英榴易熔岩(张儒瑗,从柏林,1981)。     

超高压变质作用过程中的流体-岩石相互作用——中国大陆科学钻探工程主孔（0～2050m）岩心的氧同位素证据

中国大陆科学钻探工程主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海地区。该钻孔0～2050m井段钻遇的岩石主要是榴辉岩、正片麻岩、副片麻岩和石榴石橄榄岩。激光原位氧同位素研究表明，变质矿物的δ^18O值具有显著的不均一性，从-6．8‰变化至 7．5‰。空间上看，从近地表至1000m深度δ^18O值逐渐降低，向更深处又逐渐升高。位于钻孔1100～1600m深度之间的正片麻岩是新元古代花岗岩体，该岩体的侵入为表壳岩与低氧同位素大气降水之间的水-岩交换作用提供了热源，并导致岩体附近的围岩发生了最强烈的水-岩蚀变，因此具有极低的氧同位素值。研究还显示，在厘米尺度内，大多数超高压变质矿物之间具有平衡的氧同位素组成，所获得的超高压峰期变质温度为700～882℃，与矿物之间的主元素交换温度计获得的结果基本相同。超高压变形与变质分异、高压退变质作用及其伴生的局部流体活动可能是造成超高压变质矿物氧同位素不平衡的主要原因。研究进一步证明，超高压变质岩原岩的异常低氧同位素特征在大陆板块的俯冲与折返过程中得以较好保存，在超高压变质前期、同期和后期均没有大规模的透入性流体活动发生。与围岩呈构造接触关系的石榴石橄榄岩具有正常地幔岩的氧同位素成分，它很可能是构造侵位到俯冲带之间的地幔楔状体，并不具有与表壳岩相同的前超高压变质历史。     

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。