变质地质学新领域——超高压变质作用与地球动力学

简要总结了近年在欧亚大陆发现的超高压变质岩地质产状，岩石类型，结晶条件和构造位置等基本特片，对超高压变质作用及其地球动力学机制的研究现状及存在的问题进行了评述，基于对大别－苏鲁超高压变质带的研究成果，认为超高压变质作用可能是新型的区域变质作用，而目前所建立的任何一种地球动力学模型都不完善，建议今后在岩石学和矿物学研究基础上，加强对超高压变质杂岩的地球化学，构造地质学，实验岩石学及地球物理学等方面的     

超高压变质作用

本文简要概述了近年在西阿尔卑斯、挪威西部、我国中东部及苏联一些地区超高压变质岩石的最新研究成果,指出柯石英及其向石英转变而形成的张裂结构是鉴别这一超高压变质作用的主要标志.指示超高压变质条件的其它矿物及矿物组合的尚有镁十字石、ellenberserite、硬玉十蓝晶石、滑石十蓝晶石和滑石十多硅白云母等,金刚石代表更极端的高压条件.超高压变质作用的边界压力>2.SGPa,温度约700~840C,代表一个近于7℃/km的极低的地热梯度,其退化轨还为压力和温度同时降低.超高压变质岩石严格地产出于陆内造山带,表明它们是在大陆与大陆碰撞过程中由深俯冲作用形成的,其俯冲深度可超过90km,使柯石英得以保存的快速构造抬升可能是连续俯冲一仰冲的结果.     

超高压变质作用与成矿

超高压变质作用是指在地温梯度小于１０℃／ｋｍ条件下发生的高于“石英－柯石英”相变线压力的变质作用，一般发生在陆－陆碰撞造山带深部。由于其生成条件特殊，超高压变质岩中存在着金刚石、硬玉、蓝晶石及金红石等潜在的矿产资源。     

超高压变质作用压力模型的思考

该文在研究地球内部压力的计算过程和超高压变质作用过程的基础上,指出超高压变质作用的压力不仅包括静岩载荷压力,还应包括构造超压和体系内部的相变增压,并给出了超高压变质岩区的初步压力模型,得出了超高压变质作用中压力与深度是非线性关系的认识。     

超高压变质作用的动力学模式

在大陆动力学研究中，超高压变质作用是揭示大陆演化的关健问题，困而不少学者对其动力学的研究提出了不同的模式；1．超大地构造(ultra-tectonics)：板块俯冲至150km深，继之由于仰冲、伸展或侵蚀等原因返回地表。     

近70年中国变质岩石学-变质地质学的研究进展

为总结我国变质地质学的历史经验,回顾了我国从变质岩石学到变质地质学近70年的发展历程.依据大量文献,分3个阶段和8个方面总结了变质岩石学和变质地质学取得的进展.我国在超高压变质地质学、早前寒武纪变质地质学、变质作用年代学、变质作用相平衡模拟等领域处于国际先进行列,蓝片岩、变质流体和变质岩化学动力学方面与世界研究基本处于同步水平,极低级变质作用研究等领域与国际先进水平尚有较大差距.通过历史的回顾,表明变质岩的研究已经从变质岩石学转变为变质地质学,已经从单一的岩石学研究转变为以变质岩为基础,变质矿物、地球化学、同位素地质、构造地质等多学科的综合研究.在变质岩和变质地质领域我国有一些区位优势,但是只有坚持自主创新才能把区位优势转变为学科优势.各种分析实验技术的发展促进了变质地质学的发展,随着新技术的不断涌现和大数据时代的来临,变质地质学会有更大的发展.      

大别超高压变质过程中流体作用的微量元素效应及其地球化学意义

对大别地区角闪岩相－麻粒岩相和榴辉岩相岩石进行较系统的地球化学研究,探讨了超高压俯冲变质及折返过程中元素的再分配行为,并就其对变质过程中的部分熔融作用和流体交代作用的指示进行了分析。研究表明,大别榴辉岩原岩在其俯冲过程中发生了部分熔融作用,并在其早期脱水和后期退变质作用过程中与变质流体相之间产生了交换。脱水作用使榴辉岩Ｎｂ／Ｔａ比值升高,但后期的退变质作用使榴辉岩与其寄主围岩间的Ｎｂ／Ｔａ比值相对     

极端条件下的变质作用——变质地质学研究的前沿

在简单回顾变质地质学形成和发展的不同历程的基础上,扼要地总结了近年来有关极端条件下的超高压变质作用、超高温变质作用和很低温变质作用研究的现状和存在的问题。根据峰期变质温度的不同,结合其矿物组合和地质产状特征,进一步提出将超高压变质作用划分为低温超高压变质作用(峰期变质温度低于600℃)、中温超高压变质作用(峰期变质温度介于600~900℃)和高温超高压变质作用(峰期变质温度大于900℃)。低温超高压变质作用与大洋板块的冷俯冲作用有关,其研究对于探讨俯冲带水流体的循环和地幔水流体的成因具有重要意义;中、高温超高压变质作用与大陆深俯冲作用相关,是目前超高压变质作用研究的热点领域;高温超高压变质作用的研究与探讨地球内(深)部组成和结构相关,一直是地质学家关注的前沿问题。超高温变质作用研究正在向深入发展,中国有关超高温变质作用的研究才刚刚起步;很低温变质作用的研究长期以来没有得到应有的重视,随着研究手段和方法的不断完善和提高,将会有大的发展。极端条件下的变质作用是近年来固体地球科学研究取得的重要进展,是目前变质地质学研究的前沿领域。     

“寄主矿物天然压机机制”与超高压矿物的形成

２０世纪８０年代，发现以含柯石英的榴辉岩为代表的超高压岩石，引发了地球科学家对大陆造山带动力学演化过程新一轮的研究热潮，同时也给相关的科学研究带来了诸多难解之谜。一个最具挑战性的问题是：岩矿学的实验结果表明，超高压变质岩形成的温压环境为６５０－８００℃，２．６—３．５ＧＰａ。根据上覆岩层静岩压力推算，它需要在大于１００ｋｍ的深处才能形成。而大多数超高压岩石原岩是陆壳火山—沉积岩系。这就意味着，低密度的陆壳物质必须进入高密度地幔内发生变质形成超高压岩石，又在小于１０Ｍａ的时间段内迅速上浮返回。寻找陆壳岩石折返机制成为大陆动力学面临的难题。近年来，超高压变质岩在不同地区、不同时代的造山带中不断被发现，证明这种变质作用在自然界中可能是普遍存在的，寻找新变质作用机理，成为解答陆壳超高压岩石生成疑谜的另一途径。     

高压超高压变质作用中的流体

文章强调了高压和超高压变质岩中流体包裹体的研究意义，重点论述了几个问题：（１）高压和超高压变质岩中流体包裹体的成分以含Ｎ２量高为特点，在大别山含柯石英榴辉岩中找到的高压榴辉岩阶段捕获的原生包裹体，其中气相组分含ＣＯ（摩尔分数）为１４％，表明流体来源于深部。原生流体包裹体的保存，要求在ｐ－Ｔ区间内的抬升轨迹与等容线近于平行。（２）在大别山高压和超高压榴辉岩中首次确认熔融包裹体的存在，由硅酸盐玻相和以ＣＯ２为主要成分的气相组成，并发现熔融包裹体中的玻相成分与主矿物相近。（３）高压和超高压变质期间的局部流体迁移可由榴辉岩中流体包裹体和矿物同位素成分（Ｈ－Ｃ－Ｏ）来显示。（４）高压和超高压变质中流体－熔体－岩石（矿物）相互作用是一个非常复杂的过程，并证实在榴辉岩相ｐ－Ｔ条件下岩石的部分熔融。（５）变质流体的成分与变质级之间存在着相关关系。     

大别地块超高压变质省构造学

大别山英山县东冲河地区大比例尺（１：１万）地持制图和详细构造解析指出,大别地块超高压变质省最明显的构造特征,是叠加在先期挤压组构的伸展组构,区域上表现为古老变质核心杂岩几何学工及多层低缓角度伸展拆离带,因此,局部地区在平面和横过超高压变南省的地质剖面上看到的是由不同岩片组成的构造柱或堆垛,呈现出“假单斜”,野外和显微构造观察与表明,运用构造解析方法,可以在不同尺度上判别中朝克拉通与扬子克拉通碰撞过     

大别—苏鲁超高压变质带内部的浅变质岩

大别苏鲁超高压变质带内部零星出露有若干呈构造残片状产出的浅变质岩,主要以变质碎屑岩－千枚岩－大理岩组合为代表,遭受过低绿片岩相变质和脆－韧性变形作用的改造,与围岩均为构造接触（断层或韧性剪切带）。微古生物化石研究表明,其原岩为震旦纪前后扬子板块北缘的浅海相沉积。同位素年代学研究指示,它们经历过加里东期和印支期构造热事件的影响,与区域超高压岩石经受的构造热事件时间一致;氧同位素研究得到,部分浅变质岩原岩曾遭受过高温大气降水热液蚀变,与区域超高压岩石经受的构造热事件时间一致;氧同位素研究得到,部分浅变质岩原岩曾遭受过高温大气降水热液蚀变,与区域超高压岩石的同位素特征一致。这些浅变质岩的原岩为扬子板块北缘震旦系沉积岩及其中的火山碎屑岩,构造上具有板块俯冲过程中的刮削岩片－构造加积楔的产状和形成机制,因此可以是大陆板块俯冲加积楔的一部分。     

福建武夷山脉中段五台——吕梁期变质作用与变质岩

闽赣交界武夷山脉中段里心－－付坊地区,奠基于古岛弧的天井坪组和上坪超单元,五台－吕梁期发生中压区域动力热流变质作用。角闪岩相变质岩主要为片岩、变粒岩夹长石石英岩及斜长角闪岩,其次片麻状石英闪长岩、英云闪长岩等。角闪岩相变质后续有重熔型混合岩化。五台－－吕梁期变质尾声及叠加区域动力变质作用。该区变质作用自始至终,由于４个世代不同样式叠加,形成绚丽的构造景观。     

超高压变质作用中水的相变增压

据静水压力梯度计算, 榴辉岩形成深度至少要70km, 含柯石英榴辉岩的形成深度至少要12 0km, 而同时含有柯石英和金刚石的榴辉岩形成深度至少要145km, 超高压变质岩要从如此深的部位折返到地表是不可想象的.大量资料表明水参与了超高压变质作用过程.通过矿物的脱水行为、水的相变和地温曲线等研究, 指出由于存在水的相变增压等多种增压因素, 大大提高了超高压变质作用过程中的地压梯度, 据静水压力计算出的超高压变质岩形成深度只是最大深度, 其形成时的实际深度要比该最大深度小得多.