使用石榴石生长环带测定变质作用P—T—t轨迹的基本原理和方法

一、变质作用P—T—t轨迹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压条件。     

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     

韧性剪切带内元素的聚集和离散及其平衡计算

韧性剪切带元素的聚集和离散行为及其定量化,是变形地质学研究一个重要方面,所有这些定量研究涉及一些理论和计算方法。剪切带内物质平衡计算就是这方面突出的例子。本文就是介绍近年来的研究成果。这对了解和应用这些知识有重要意义。     

变质相平衡的研究进展

变质相平衡是变质岩石学中最核心的问题之一,20世纪90年代以来,国外在这一领域取得了重要进展,即利用内洽性热力学数据库、THERMOCALC程序以及合理的矿物相活度模型定量计算模式体系中的岩石成因格子(P-T投影图)和有关的各种剖面图,如共生图解和针对特定岩石组分的p-T、p-x和T-x视剖面图等。尤其是在p-T视剖面图解上,可以定量计算矿物成分、矿物摩尔含量及岩石饱和水含量等值线,从而可以定量地阐述天然岩石在p-T-x空间内的相平衡关系、确定岩石形成的p-T条件和p-T-t轨迹。     

变质地质学

变质地质学是通过变质岩石学的研究来揭示地壳构造运动过程的学科。变质地质学的历史可追溯到变质岩石学发展的早期。但直到60年代初,随着板块构造理论的兴起,变质相系理论的提出和完善,以及双变质带的发现和研究(Miyashiro,A.,1973),变质作用的构造意义才逐渐有所揭示,并开始形成了变质地质学的一种基本思路。70年代中期以来,实验技术的迅速提高和物理化学理论应用的日趋成熟,使变质岩石学新的定量化资料大量涌现,推进了变质地质学各方面的迅速发展。到80年代中期,对不同构造体制中热流变化的数学模拟和对实际变质作用过程PT演变路径的测定取得了巨大成就,成功地建立了变质作用PTt轨迹的概念体系(England,1984;Thompson,1984),从正演和反演两方面提供了认识和研究变质作用过程及其构造意义的全新思路和方法。     

热力学在变质岩石学中的应用(上)

以热力学观点讨沦变质作用,其矿物变化为化学反应。要深入了解这些反应,热力学和晶体化学是基础。为掌握矿物学和岩石学中的某些问题,需要具备变质反应的基本热力学知识。为此目的,我作初步介绍。     

变质岩岩石学研究——第一讲 变质岩岩石学中某些主要问题研究现状的述评

应读者要求,自本期起连续刊出《变质岩岩石学研究》讲座。整个选题、编排和统审由卢良兆副教授完成,各讲名称和主讲人如下: 第一讲 变质岩石学中某些主要问题研究现状的述评 卢良兆 第二讲 变质成因矿物研究中的主要问题 叶慧文 第三讲 显微镜下变质矿物平衡共生及转变的研究 陈曼云 第四讲 变质相和变质相系的研究方法 贺高品 第五讲 变质岩原岩建造研究方法的再认识 贺高品 第六讲 若干特征变质岩及其成因 卢良兆 第七讲 多期变质岩的矿物和组构演化史 卢良兆等 第八讲 变质作用条件计算中热力学应用的问题 刘喜山 整个讲座无意包括变质岩岩石学中的全部内容,而只涉及某些大家普遍关心的新课题,注重科学性、实用性和可读性。 读者有何意见和要求,欢迎向本刊编辑室提出,以便我们办好此讲座。     

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     

《实验及理论岩石学》

实验岩石学研究岩石和矿物在高温、高压条件下的各种特征和变化，在模拟各种变质过程、地幔和地壳各层圈物质组成和相变、岩浆生成及岩浆演化规律方面做出了重要贡献。实验岩石学与岩相学相结合构作了岩石学的基本理论框架。实验岩石学研究得出的成果、从实验中获得的思想成为理论岩石学的精髓。本书从介绍岩石物理化学知识和高温、     

变质作用P-T-t轨迹近期研究进展

变质作用 P-T-t 轨迹研究有机地将变质作用、岩浆作用和构造作用等诸多地质因素结合起来,定量地描述地壳热—构造演化规律,是当今地质学研究的重要前缘学科。本文收集了大量国外近期(主要为1987年～1991年)发表的有关 P-T-t 文献,追踪 P-T-t 轨迹研究的最新动态和重要成果,以期在国内变质作用P-T-t 轨迹研究中得到借鉴。这些进展和成果集中表现在以下三个方面:(1)P-T-t 轨迹方法研究的不断创新和发展;(2)一些典型变质岩石的变质作用 P-T-t 轨迹资料不断丰富;(3)各种典型大地构造环境和构造过程以及岩浆作用的 P-T-t 轨迹热模拟的进展和完善。     

矿物和熔体热力学研究的新进展

这里,我们怀着极大的兴趣来回顾日益发展的矿物和熔体热力学,其原因不仅仅是因为该学科中观念和技术上的进步,而且还因为这样一个事实:日趋成熟的地球化学和岩石学理论使我们意识到平衡热力学还不足以用来描述地球化学过程中的机理.这方面的详细研究,需要不可逆热力学或者动力学理论,在许多情况下,还需要被研究体系的流体动力学理论.     

碳酸盐化榴辉岩的岩石学研究进展

碳循环进入地幔中主要是通过大洋板块俯冲作用完成的,再通过火山去气作用释放出来,以维持大气中CO2的平衡。洋壳主要由玄武岩组成,一般经热液改造后的洋壳含有一定数量的碳酸盐(质量分数大约为3％),而这些以脉或角砾形式存在的碳酸盐是碳沉淀的一个巨大储库。这些碳酸盐化的玄武岩在俯冲带背景下经历高压变质作用,相应地形成了碳酸盐化榴辉岩。碳酸盐化榴辉岩的部分熔融形成的熔体和气体对于弧岩浆的生成、CO2去气都有非常重要的作用,从而对整个碳循环研究具有重要的意义。文中较全面地总结了近年来,在不同的超高压变质地区发现的碳酸盐化榴辉岩的岩石学和野外产状特征,对比经热液改造的玄武岩 碳酸盐体系的高温高压岩石学研究取得的进展,明确了在俯冲带变质过程中碳酸盐与榴辉岩质硅酸盐体系是如何发生变化的,并对于NCFMASH+CO2体系的热力学相平衡计算的研究进展展开了讨论,对于探讨碳的深部循环过程具有重要意义。     

变质地质学的三大前缘课题

本文主要从三个方面反映１９８７年以来国内外变质地质学研究的新进展：（１）变质Ｐ－Ｔ－ｔ轨迹与区域岩石学研究；（２）变质流体与岩石的相互作用；（３）高压、超高压变质。变质ｐ－Ｔ－ｔ轨迹按地壳拉张区、地壳增厚区、俯冲带和麻粒岩相变质地区等不同构造环境予以论列；变质流体岩石的相互关系是按区域变质、接触变质和麻粒岩相变质地区等三个类型对比描述。高压、超高压变质研究近年来得到快速发展，也提出了许多问题。本文主要介绍柯石英榴辉岩岩石学和榴辉岩相岩石学的主要问题。     

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。     

高级变质地体中多期变质事件的甄别:以东南极埃默里地区为例

在多期高级变质地体中确定每期变质事件的性质、时代和P-T轨迹是一项非常困难的研究工作,也是变质地质学研究领域的前沿课题。将精细的地质年代学研究与详细的构造解析和岩石学观察相结合,这是建立同位素年龄与变质事件之间有机联系的最好方法。使用这种方法来甄别东南极埃默里地区格林维尔期和泛非期高级变质事件获得了初步的成功,基本上查明了两期变质事件的影响范围、变质时代和P-T演化,但也存在许多尚未解决的科学问题。一般而言,在同一变质地体中发育两期/多期具有不同构造指向的挤压-伸展变形、保存不同类型(如顺时针和逆时针)或者不连续的P-T演化轨迹以及含有两组/多组变质年龄等可视为存在多期变质事件的标志。当前对多期高级变质作用叠加的研究中还存在两个不清楚的岩石学问题,其一是早期变质作用对晚期变质重结晶施加了什么样的影响?其二是晚期变质作用如何叠加在早期变质矿物组合之上?所以,探索多期高级变质事件的叠加机理、变质行为及控制因素仍是未来岩石学家的艰巨任务。     

变质作用P—T—t轨迹的定年问题

变质作用P-T-t轨迹是近年来变质岩石学研究中脱颖而出的一种新方法,这种方法的最重大意义在于它把变质作用理论上升到一个动态的演化过程,突破了以往的静态观点,从而把变质作用与大地构造演化紧密地结合在一起。顾名思义,P-T-t轨迹就是变质作用过程中岩石所经受的P-T条件随时间的演化曲线,它限于一个动力学演化过程,是岩石经受变质作用之后在P-T-t三维坐标空间中留下的迹线。确定了岩石沿这条迹线的演化过程,就能够阐明在变质作用和造山作用期间发生的动力学或构造演化过程。     

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。     

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。     

中条山早元古代变质岩石的PTt轨迹和构造演化

中条山早元古代变质岩石呈北东向分布，经历了中低级变质作用。本文在变质作用研究的基础上，结合地质构造和显微构造，利用近来发展的石榴石环带定量测量Ｐ－Ｔ轨迹的技术，建立了绛县群和中条群泥质岩石经历的ＰＴｔ轨迹。ＰＴｔ轨迹表明绛县群经历拉张作用，地壳发生抬升，产生绿片岩相变质；在中条第Ⅰ期运动中，地壳略有增厚或不变升温和抬升，产生低角闪岩相变质；而中条群岩石经历低绿片岩相埋深变质后，于中条第Ⅰ期运动中，     

平行式断弯褶皱作用的几何学及运动学分析

平行式断弯褶皱作用在各造山带的前陆部分,特别是在褶皱逆冲带中是普遍存在的。这些地区的大多数未变质及浅变质的沉积岩系在变形过程中,其厚度未发生重大改变,有利于定量构造研究方法的应用。查明这些地区的基本构造格架,不仅对找寻有用资源具有重要实际意义,而且对造山带内部研究提供了重要线索。本文内容以John suppe的研究为主,重点介绍了平行式断弯褶皱的几何学及运动学特征,以及一系列有关的定量研究方法。这些方法对于检验构造横剖面内部的一致性,建立平衡剖面是非常有用的工具。而且,某些思路并非仅限于平行变形行为的研究。