板块构造中的变质作用和有关的岩浆作用

前言板块接触线的变质作用变质作用发生在岩石圈板块的边界上.岩石圈板块相向对流的接触处是造山所在.在造山带中出现的大面积的变质作用曾经称为区域变质作用.产在造山带中常呈条带分布的区域变质岩石,称为变质带.许多对受不同压力和温度变质矿物的认识,是来自对区域变质岩石和变质带的详细岩石研究.区域变质作用的研究对造山构造发展过程提供     

变质作用p-T-t轨迹的研究方法与进展

变质作用p T t轨迹理论的提出完全改变了人们对变质作用过程的认识。地壳加厚区(造山带)内区域变质作用发生于地壳从热扰动到热松弛的动态演化过程中,岩石的p T t轨迹是地壳加厚的方式及机制、热松弛速率和岩石折返速率的综合函数。一维热模拟假设引起热扰动的构造作用在瞬间完成,岩石在折返过程中开始变质作用演化。二维热模拟结果表明在地壳加厚过程中(岩石埋藏阶段)伴随明显热效应,岩石在折返过程中有少量加热,达到温度峰值。反演变质作用的p T t轨迹包括3种方法：传统地质温压计方法,吉布斯/微分热力学方法和变质相图方法。无论哪种方法,都必须以详细岩相学研究为基础,在岩石中划分出两期以上矿物组合。传统地质温压计方法被广泛使用,但在确定不同期次矿物组合的平衡和p T条件上有若干不确定性。吉布斯/微分热力学方法理论上非常完善,依据矿物(石榴石)的生长环带计算岩石的p T t轨迹,但是由于难以确定矿物生长阶段的矿物组合变化,以及缺少复杂固溶体的活度模型等,致使该方法实用性较差。目前反演岩石p T t轨迹的最好方法是变质相图方法,该方法依据p T视剖面图上矿物等值线温压计,模拟由矿物的世代关系和生长环带所记录的p T条件变化,并可以定量模拟变质过程中的矿物组合演化、变质反应和流体行为。对不同中压型变质带和超高压型地体中岩石p T t轨迹的反演模拟表明,岩石在构造埋藏阶段应伴随明显热效应,发生一系列递增变质作用,几乎同时达到压力与温度峰值,岩石折返过程以等温降压型(ITD)为主。这与一维热模拟结果很不相同,而与二维热模拟结果大体相似,但一般折返速率更快。     

与顺时针P-T-t轨迹有关的造山运动:来自于太古代、元古代和显生宙造山带的证据

造山运动以沉积、变形、变质及岩浆活动等相互作用为特征。无论是在同一造山旋回或下一个旋回期间,它都会使沉积盆地发生构造倒置、造山以及变质带的最终剥蚀。利用温度和压力峰值的相对计时,可以区分两个不同类型的造山带,这可通过变质带内的变质岩石予以恢复。以顺时针P-T-t轨迹为特征的造山带,压力峰值先于温度峰值,并且变质顶峰通常晚于变质带的早期变形。与此相反,以逆时针P-T-t轨迹为特征的造山带,     

华北晚太古代－早元古代高级变质区的变质PTt轨迹及其地壳热动力学演化模式

华北高级变质区是早前寒武纪下地壳的组成部分，经历复杂的地质演化。根据变质ＰＴｔ轨迹和变质矿物冷却年龄研究，确定高级变质区ＰＴｔ演化具有两种基本形式：（１）逆时针ＩＢＣ型轨迹和（２）顺时针ＩＴＤ型轨迹。前者属晚太古代末期变质事件，反映在相对稳定环境中地壳的缓慢冷却过程，下地壳冷却速率较小（＜０．３℃／Ｍａ）。后者代表早元古代变质事件，形成于地壳的构造隆升过程，下地壳冷却速率明显加快（２．４～３．７℃／Ｍａ）。高级变质区地壳热动力学状态由晚太古代末期重力均衡条件下的稳定状态转变为早元古代增厚地壳的构造隆升状态。这种转变起因于早元古代大陆增厚（造山）作用     

阿尔泰海西造山带区域变质作用类型与地壳演化

新疆阿尔泰海西造山带主要发育两期区域变质作用.第一期变质作用属于区域低温动力变质作用类型,以形成低绿片岩相矿物组合为特征,变质温度较低,而应力作用较强,是造山作用初期热流活动较弱,构造变形强烈环境下的产物.第二期变质作用属于区域动力热流变质作用类型,以形成典型的递增变质带为特征.这一期代表造山作用主期热流活动强烈,伴随有构造变形和岩浆活动.不同的变质作用类型代表了不同的大地构造环境,记录了造山带的演化历史和动力学过程.     

建立 P-T-t 轨迹的矿物学方法

变质作用的 P-T-t 轨迹研究是当今变质地质学的前沿课题,它使变质岩的研究进入了一个新阶段。P-T-t 轨迹从动态的观点出发,表达一个造山带范围内区域变质作用温度和压力随时间而变化的全过程。它不仅可以更加准确地描述岩石形成的 P-T-t 演化及其成因,而且它与构造背景的结合将会更好地解释构造环境的 t-s(space)演化(P-T-t-s)。建立 P-T-t 轨迹的基本手段之一是利用地质温度压力计,而后者的基础又是变质矿物及其矿物组合的研究。     

贡山地区两类特殊的区域动力热流变质作用

贡山地区存在两类特殊的区域动力热变质作用－低压热轴型、减压增温型。其共同特征是：具明显的递增变质现象，以地幔热流上升为主要因素，构造背景为碰撞造山。不同之处为：低压热轴型区域动力热流变质，形成于低压环境，变质岩石的分布与断裂、剪切带无明显关系；减压增温型区域动力热流变质，形成于中低压环境，变质岩石受韧性剪切带控制呈间隔带状出露。     

麻山群孔兹岩系主期区域变质作用及演化

麻山群孔兹岩系主期变质作用在区域上可以划分出角闪岩相和麻粒岩相两个变质带。麻粒岩相带内的岩石先后经历了由低角闪岩相—高角闪岩相—麻粒岩相的递增变质阶段。对稳定矿物共生组合及特征变质反应进行了详细研究并确定了变质作用的P-T-t轨迹。根据麻山群变质作用P-T条件在大规模范围内的一致性,认为其发生于晚太古未—早元古初期的区域造山环境。     

五台山晚太古代碰撞造山带的变质作用演化

五台山晚太古代碰撞造山带的三个构造岩片组成，即南部构造岩片－弧前混杂岩带，中部构造岩片－岛弧系和北部构造岩片－弧后混杂岩带，其间以大型逆冲型韧性剪切带相拼合。对三个构造岩片的矿物共生组合及变质反应研究，确定其具有相似的造山型ＰＴｔ轨迹，变质早期对峰期明显的升温升压过程与地壳的拼合作用有关，变质峰期至晚期的近等温降压过程与地壳的纵向伸展作用相联系，三个构造岩片变质程度的差异是由于其所处的大地构造位置不同造成的。     

北京密云麻粒岩相区变质作用演化及PTt轨迹的研究

北京密云麻粒岩相区在早前寒武纪时期主要经历了两期变质作用。每期变质作用又可划分为三个连续的变质阶段，峰期阶段的Ｐ－Ｔ条件均达到了麻粒岩相．第一期变质作用约结束于２５００Ｍａ，具有与造山带相似的顺时针ＰＴｔ轨迹，峰期阶段Ｔ为８００～９００℃，Ｐ＝０．９８～１．０２ＧＰａ，这种轨迹主要与早期平卧褶皱和推覆构造使地壳大幅度增厚有密切关系。第二期变质作用约发生在１８００Ｍａ，ＰＴｔ轨迹为具近等压加热（ＩＢＨ）特点的顺时针轨迹，峰期阶段Ｔ为７６０～８１０℃，Ｐ为０．９６～１．０４ＧＰａ，这种轨迹与大陆地壳的拉伸作用有密切关系。     

松潘—甘孜造山带中丹巴地区变质岩演化及其地质意义

丹巴地区位于松潘—甘孜造山带中部。区域动热变质作用主要发生于印支晚期—喜马拉雅早期,与深层滑脱-逆冲作用有关。根据特征矿物组合．丹巴地区变质岩可划分出六个变质带：绢云母—绿泥石带、黑云母带、石榴子石带、十字石带、蓝晶石带和夕线石带。石榴子石生长环带代表每段时间矿物晶体边部的平衡,可用于推测石榴子石生长时的P－t轨迹。利用石榴子石—黑云母温度计和石榴子石—斜长石—Al2SiO5-石英压力计得到石榴子石的参考温度、压力,根据环带定量计算得到的变质作用p-t轨迹为顺时外形式,与其所处的构造背景为大陆碰撞造山带是一致的。     

变质作用PTt轨迹及其岩石学研究方法

1 变质作用PTt轨迹的基本概念传统的变质岩石学研究主要是将变质岩作为一种天然平衡体系,通过对岩石中矿物组合的观察,理论分析和实验研究建立某些矿物和矿物组合代表的温度压力条件。变质相就是根据岩石在峰值变质条件下典型的矿物和矿物组合,粗略地给出峰值变质作用的温度压力范围。变质相系则是将某个地区一系列岩石达到峰值变质条件所稳定的范围划分成若干区间。虽然变质相系将变质作用与大地构造环境结合起来,使变质岩     

辽河群区域变质特征及其大陆动力学意义

辽河群是胶辽吉古元古代造山带的主要组成部分。近年来对其区域变质作用的PTt轨迹研究发现：同一造山带内PTt轨迹具有多样性。进一步研究认为,这一碰撞造山带南、北空间上PTt轨迹的逆向性起因于造山带南、北部的结构构造、变形过程和同变形变质花岗岩空间分布上的差异。就南辽河群和盖县岩组而言,早期、中期变质阶段,因中深部地壳大面积“辽吉花岗岩”的底垫式侵位及其诱发的沉积盖层顺层滑脱减薄作用,变质作用表现为近等压和小幅度增压而温度快速上升的过程;峰期变质阶段,又因收缩挤压增厚,表现为等温升压过程（盖县岩组）或升温升压过程（南辽河群）;最后晚期变质阶段,差异剥蚀引起降温降压（盖县岩组）或近等压降温过程（南辽河群）。对北辽群而言,早期、中期变质阶段,因盖层南辽河群及盖县岩组的大规模向北滑覆增厚作用而及花岗岩浆不发育,仅有正常传导热及放射热,因而△P＞△T;峰期变质阶段温、压同时达峰值,之后等温快速降压过程,与构造剥蚀有关;至晚期变质阶段,同盖县岩组一样,经历降温降压过程。通过对比上述北、南辽河群及盖县岩组的大陆动力学过程,表明早期大陆动力学过程正好是一个互为消长的过程,从而也决定了它们的PTt轨迹的逆反性。最后,本文提出了辽河群变质的底侵＋拆沉模型。     

造山带榴辉岩的变质作用P-T-t轨迹研究进展

板块俯冲和折返是板块构造理论的重要组成部分,也是固体地球科学研究的一个前沿方向。俯冲/碰撞造山带内的高压-超高压变质岩经历了俯冲至地球深部而后折返至地壳浅部的复杂地质过程,反演它们的P-T-t轨迹是高压-超高压变质作用研究的重要课题,也是揭示造山带构造演化的一个重要途径。造山带榴辉岩作为高压-超高压变质岩中的一类典型代表,常保留多个变质阶段的矿物组合,较完整地记录了造山带演化的关键信息,是反演P-T-t轨迹的理想样品。根据详细的岩相学观察和矿物成分分析,能识别出榴辉岩不同变质阶段的矿物组合。在此基础上,选取合适的地质温压计或采用相平衡模拟,可获得岩石相应变质阶段的温压条件(P-T)。如何获得多阶段变质年龄(t)和如何匹配变质作用的温压条件和年龄信息,是反演榴辉岩P-T-t轨迹的两个关键问题。本文针对榴辉岩中的锆石、金红石、榍石和褐帘石这四个适用于U-Pb定年的副矿物,从结晶条件和封闭温度等角度评估它们可能记录的年龄信息。结果表明,受限于结晶的温压条件或结晶后的改造作用,单种矿物定年难以获得多阶段年龄,一些实际研究中需要采用多种矿物或多个同位素体系实施定年分析。对于将副矿物从岩石中分选出...     

柴北缘超高压变质带的新元古代变质作用——来自锡铁山副片麻岩的岩石学及独居石年代学证据

同一造山带中所包含的多期造山作用信息是研究不同时代区域构造演化的重要依据,对理解不同时期造山过程中岩石组合及其地球化学演化有重要的指示意义。但由于晚期造山作用往往会部分或者完全抹除岩石中保存的早期造山作用信息,使得对记录多期造山作用的岩石中早期造山带变质作用及年代学信息的研究变得十分困难。独居石为一种副变质岩中的常见副矿物,由于其具有很高的U-Th-Pb体系封闭温度和对流体及变质温压条件的敏感性,使其可以记录多期造山过程中丰富的年代学信息。电子探针独居石原位化学定年方法使得年代学信息与岩石中矿物学信息及变质反应相联系,从而得到不同时期岩石记录的P-T-t轨迹。我们利用独居石电子探针原位U-Th-Pb定年手段与岩石学研究相结合的方法,在柴北缘早古生代加里东期超高压变质带锡铁山地区的含石榴石蓝晶石/夕线石黑云斜长片麻岩基质矿物及石榴石变斑晶的独居石中获得886±18Ma格林威尔期的年龄等时线。独居石稀土元素配分特征与新元古代变质独居石相吻合。通过传统矿物对温压计计算得到格林威尔期现存矿物组合记录了高角闪岩相变质温压条件607~727℃,6.5~10.0kbar,略高于区内记录古生代变质作用的副片麻岩。与记录古生代加里东期变质年龄的副片麻岩相比,格林威尔期副片麻岩在微量元素地球化学上具有高的稀土总量和明显的Eu的负异常特点(Eu/Eu*=0.50),并相应的亏损Ba、Sr元素,表现出活动大陆边缘沉积岩的地球化学特征。结合全球格林威尔期造山事件及罗迪尼亚超大陆的形成及裂解过程,我们认为柴北缘地区在新元古代时期应为与罗迪尼亚超大陆形成有关的活动大陆边缘地区。     

造山带蠕动应力场格局与后造山伸展作用

在理解岩石圈内部流变分层性和造山带热异常形成与演化多控制因素的基础上，建立了造山带热－应力作用数值模型，研究了不同参数下造山带不同部位蠕动应力场的格局及其演化。其研究结果表明，碰撞终止后岩石圈内部应力调整或热松驰控制了造山带内部不同层次构造样式。在造山带中心，加厚岩石圈在碰撞附加力终止后40Ma，岩石圈应力强度明显减少，可诱发科迪勒拉式后造山伸展作用；在地壳中下层次或岩石圈深部（约40～60km、120～150km）可发生拆沉作用，但非岩石圈地幔的整体拆沉，其动力源自岩石圈套内部相应层位的应力引张；在40Ma以内或在拆沉作用发生前，岩石圈地幔根部及地壳中下层次作为热的应变软化区段，相应控制着Moho面形态及中上地壳构造样式；缝合带及造山带前缘作为应力挤压区，在10Ma可出现局部应力引张，孕育喜马拉雅式伸展。但在宽度巨大的造山带（1000km以上），后造山伸展作用的发生则与带内其它大规模构造活化有关。     

滇东南南温河地区猛硐岩群变质作用特征

滇东南南温地区猛硐岩群经历了两期区域变质作用，加里档期质矿物有十字石，铁铝榴石，黑云母等，最高变质温度约690℃，压力0．5GPa,是一期中压区域动力热流变质，印支期变质矿物主要为绢（白）云母，绿泥石等，为区域低温动力变质。     

龙门山穹状递增变质作用特征及岩石圈深部作用信息

通过对变质带的空间分布特征，矿物组合的世代关系和同位素定年的综合研究表明，龙门山造山带的穹状递增变质作用是发生于燕山期的区域动热变质作用，所形成的递增变质带在空间上呈穹隆状，等变带围绕热中心呈环带状分布，热中心发育花岗岩，从热中心向四周变质程度依次递减，热中心花岗岩的侵位和上隆滞后于穹状递增变质作用，二者在成因上无直接的联系，其pTd轨迹揭示出了盆山耦合过程中壳幔间相互作用过程和热历史演变。     

碰撞造山带超高温变质作用及构造意义——以泛非造山带为例

超高温（≥900℃）变质作用发生在自太古代以来的各个地质历史时期,目前极可能也正发生在青藏高原地壳深部。同时,它也是以冈瓦纳为代表的超大陆在最终拼合时的显著标识,这一关联指示了超高温变质作用与碰撞造山带的密切关系。本文总结了东冈瓦纳内与泛非造山作用有关的典型超高温变质岩的分布、岩石学特征、峰期变质条件、P-T轨迹及形成时代,并简要介绍我们在柴达木地块西段新识别出的泛非期超高温变质作用的基本特征。结合东冈瓦纳超高温变质作用特征和造山带热模拟研究的新进展,本文获得以东冈瓦纳超高温变质作用为代表的碰撞造山带超高温变质作用的几点认识：1）东冈瓦纳麻粒岩地块中的超高温变质岩和普通麻粒岩记录了相似的变质年龄、P-T轨迹以及呈过渡变化的峰期温度,两者可能是同一构造事件的产物,共同组成一个高温-超高温变质岩单元;2）超高温变质作用在东冈瓦纳内部持续了至少超过30Myr,但未见呈大规模的同期或近同期基性岩岩浆出露,指示此处需要的长期热源不是地幔来源岩浆;3）虽然数值模拟能成功呈现加厚地壳被放射元素衰变热加热至超高温条件的情况,且加热及持续时间与东冈瓦纳超高温变质约束的结果相当,但是模拟中需要的高生热值暗示,在自然界中,完全只靠放射性元素衰变生热或许不能让碰撞造山带内达到超高温条件;4）碰撞造山带经历了长期的构造演化,这一过程中,造山带内地壳不太可能同时达到超高温变质条件,这一特征可能反映在P-T-t轨迹的差异上,对这些轨迹的系统研究有助于对超高温变质作用的构造-热过程的理解。     

内蒙古中部早元古代造山事件中麻粒岩相低压变质作用

内蒙古中部早元古代麻粒岩相低压变质地壳,根据富铝片麻岩中的长石种类和岩石组合,可划分为南北2个带、6个岩石组合。它们代表着不同的变质层状岩系序列及其所经历的变质作用的温度、压力条件和构造背景。矿物的包裹结构和反应边组构,记录了高温低压矿物组合取代了中温高压矿物组合:石榴子石+石英→紫苏辉石+斜长石,蓝晶石→矽线石及石榴子石+蓝晶石/矽线石+石英→堇青石。岩石的变形组构、矿物组合的转变关系和变质作用的PTt轨迹表明:本区与变质作用同期的高温正滑韧性剪切作用,是麻粒岩相低压变质地壳形成的主要原因。由中温高压变质环境转入高温低压变质环境是造山事件中推覆作用与拉伸作用联合作用的结果。