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。     

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。     

辽河群的变质阶段与P-T-t轨迹问题

有些文献将辽河群中不同变质级别的矿物组合看成不同阶段的矿物组合,实际上它们是异地异时异相,是空间上的并列关系,不是时间上的更迭关系,更不应该将空间上并列的不同变质级别的矿物组合温压条件的连线当成P-T-t轨迹.这种连线是野外变质梯度,它与P-T-t轨迹大角度相交.把野外变质梯度当成变质作用P-T-t轨迹来讨论辽河群变质作用演化是不合适的.     

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...     

变质作用P—T—t轨迹的热模拟及其研究现状

近10年来,变质作用的研究工作已从与构造环境相联系的变质相系研究逐渐发展到了与构造演化或地球动力学相联系的P-T-t轨迹研究的新阶段。由于新的地质温压测量技术的进展,通过分析岩石中环带矿物的成分,经过计算可以得出变质作用的P-T-t轨迹(Spear 1989)。用这种方法,可以通过分析记录于岩石中的信息反推岩石的形成过程及所经历的构造运动。除此之外,还可以从相反的思路来考虑问题,即用一系列基本     

石榴石微区化学组成与结构关系及其意义

恢复岩石的变质作用温度-压力轨迹,重建造山过程中地壳岩块的俯冲(加热)和折返(冷却)过程,是构造地质研究的一个重要方向。石榴石是一种Ca-Mg-Fe-Mn等的固溶体矿物,它可以在各类岩石和非常宽的p-T条件下出现,且容易形成化学成分环带,石榴石这种环带反映了与变质作用相对应的构造热演化阶段。目前研究岩石构造热演化一个常     

内蒙集宁三岔口地区早前寒武纪变质作用演化研究

内蒙集宁三岔口地区早前寒武纪经历两期麻粒岩相交质作用。第一期变质作用发生于2.5Ga,变质作用峰期温度为770～850℃,压力为0.85～1.0GPa,属于迅速增温增压到降温降压的P-T-t演化轨迹,这和本区变质岩系发生构造加厚作用有关.第二期变质作用发生于2.0Ga,变质作用峰期温度为800士20℃,压力为0.53～0.68GPa,其P-T-t轨迹属于典型的造山带型演化模式。     

密云杂岩西段等压冷却P－T－t轨迹确定及地球动力学成因

非平衡结构代表的变质反应性质和多种矿物地质温压计的研究表明,北京太古宙密云杂岩西段第二期区域变质作用的退变质P-T轨迹具等压冷却特点。Sm-Nd同位素定年显示,区内广泛发育的石榴石冠状体形成于(1717±34)Ma.初步分析认为,P-T-t轨迹的地球动力学成因可与吕梁运动期间华北地台裂谷作用和同构造壳下岩浆增生的演化背景相联系。     

澳大利亚中部阿伦塔内围体低P、高T变质地体中造山运动同逆时向P-T-t轨迹联系的证据

1 引言造山运动中的主要因素包括变形作用、变质作用、岩浆作用。这些因素的相互影响产生了截然不同的压力—温度—时间(P-T-t)轨迹,一部分P-T-t轨迹为顺时针方向,其它为逆时针方向。顺时向P-T-t轨迹典型地与产生地壳增厚和具热叠加的中到高压变质地体的板块碰撞相联系,表明变质是变形的一种结果。逆时向P-T-t轨迹产于的地体,其地壳增厚不是很大,同板块会聚很难联系到一起,它是一种典型的低P、高T变质作用产物。在这些     

冀东地区英云闪长质片麻岩的变质结构、P-T-t和水活度

通过英云闪长质片麻岩变质结构的研究,把变质作用分为四个演化阶段,用三组分五个矿物相ACF体系P-T成因格子表示了这个演化过程。四个变质阶段矿物地质温度和压力计算结果构成了逆时针P-T-t轨迹。角闪石生成二辉石的平衡反应计算表明,主期变质水活度明显高于峰期变质水活度。水活度越高角闪石向二辉石转化温度越高,因此水活度是麻粒岩相变质作用的独立因素之一。     

内蒙古乌拉山地区变质作用演化及其动力学研究

研究区经历了麻粒岩相变质作用,并可划分为初期、主期、峰期和晚期四个变质阶段。各变质阶段具有特定的矿物组合、变质反应、温压条件和流体特征。变质泥质岩和变质基性岩具有一致的变质演化特点和相对应的标志。高密度的CO_2流体占主导和低H_2O逸度是麻粒岩相变质流体的特点。变质作用演化的P-T-t轨迹与变质流体的演化特点是一致的,具有典型造山带型变质作用演化特征。反映了变质作用与地壳演化的关系及其动力学机制。     

前言

变质作用与地球动力学关系的研究是变质地质学中一个十分重要的前沿课题,这项研究是将变质作用与地壳演化过程和机制进行成因联系的真正纽带,而P-T-t轨迹正是其较为有效的表达方式。国际上70年代初即已开始变质作用P-T-t轨迹的研究,80年代以来,有很大进展。目前正在进行研究的国际对比计划(IGcP)第235项一变质作用与     

冀东角闪石成分环带记录的P-T-t轨迹

冀东马兰峪地区出露较大面积的太古宙含紫苏辉石的英云闪长质片麻岩,其中角闪石矿物的Si、Fe、Mg、Mg/(Mg+Fe)等呈明显的环带特点。研究表明,其成分环带与角闪石生长过程和变质条件有关。不同环带成分的热力学计算得到一条逆时针P-T-t轨迹。该P-T-t轨迹与不同变质阶段平衡共生的矿物温度压力计计算的P-T-t轨迹相似。     

北山古堡泉地区榴辉岩变质作用P-T-t轨迹及构造意义

北山造山带南部古堡泉地区出露榴辉岩, 对榴辉岩变质作用P-T-t轨迹的研究, 有助于了解北山地区的构造演化历史。本文对古堡泉地区的榴辉岩开展了岩石学、矿物化学和锆石U-Pb年代学的研究。研究表明, 榴辉岩原岩形成时代为860 Ma, 进变质或近峰期变质时代为~465 Ma, 岩石具有顺时针P-T-t轨迹, 经历了较陡的升温升压过程后到达峰期高压榴辉岩相, 峰期变质条件分别为P>22 kbar、T=660~700 ℃, 之后经历了近等温降压过程。榴辉岩是大陆地壳快速俯冲形成, 俯冲深度达80 km, 之后又经历了快速的折返。     

黑龙江依兰地区蓝片岩的变质演化P-T-t轨迹

黑龙江省依兰地区出露了一套经高压变质形成的蓝片岩、云母片岩、长英质糜棱岩和少量超基性岩及大理岩并经历了强变形作用改造,一直被认为是佳木斯地块与其西侧松嫩地块碰撞拼贴所形成的缝合带产物。本次研究,通过岩相学与矿物化学分析,根据矿物组合的不同,识别出研究区内三种不同类型的蓝片岩;并获得了绿帘蓝闪石片岩(T=350~550℃,P=10~14kbar)、蓝闪霓辉石片岩(T=350~550℃,P=10~14kbar)和石榴石冻蓝闪石片岩(T=500~540℃,P=10~12kbar)的峰期变质温压条件。结合前人发表的地质年代学数据,建立了变质演化P-T-t轨迹。其中,绿帘蓝闪石片岩具"发卡式"变质演化P-T-t轨迹;而蓝闪霓辉石片岩与石榴石冻蓝闪石片岩具顺时针的演化轨迹。我们推测其成因可能为不同类型的蓝片岩形成于不同的俯冲阶段,由动力学机制的变化所造成。该研究成果为进一步探索佳木斯地块与松嫩地块碰撞拼贴的构造演化过程提供重要的依据。     

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。     

高温-超高温变质作用成因研究——来自华北克拉通西部孔兹岩带和南非Kaapvaal克拉通西南部Namaqua活动带与Bushveld变质杂岩体的启示

超高温变质作用是在变质地质学领域,继超高压变质作用研究高峰之后的又一重要前缘课题,对于认识地壳构造-热演化具有重要意义。本文总结了华北克拉通西部孔兹岩带和南非Kaapvaal克拉通西南部Namaqua活动带与Bushveld变质杂岩体的高温-超高温麻粒岩的化学成分、矿物组合、变质演化特征,及其相应的变质事件与构造属性。我国的超高温变质作用带,包括华北克拉通西部的孔兹岩带——从内蒙西段的大青山到东段的集宁-凉城地区的超高温变质岩,皆为Al-Mg质和Al饱和体系的超高温变质岩石,常见假蓝宝石+石英、尖晶石+石英的典型超高温变质组合,以及含假蓝宝石±尖晶石、但缺少石英的非典型超高温变质组合。南非Namaqua活动带与Bushveld变质杂岩体分别发现有独特的Fe-Al饱和的铁尖晶石+石英+大隅石、刚玉+高温石英等超高温矿物组合,罕见的高温硼硅酸盐和硅硼铝镁石等超高温矿物组合;以及Ca-Mg质饱和的钙镁橄榄石+镁硅钙石镁黄长石+镁橄榄石等超高温矿物组合的麻粒岩。研究的核心问题是矿物和岩石在高温-超高温条件下的特殊行为方式,不同构造环境和岩石化学成分下的变质反应及其热动力学过程。由此提出超高温变质作用成因研究中的科学问题:包括不同类型和地质属性的高温-超高温麻粒岩的成因特征;麻粒岩的形成条件演化过程和构造背景;高温-超高温变质过程中部分熔融和重新水化过程中流体的作用以及岩体形变过程中的部分熔融;变质反应以及变质作用P-T-t轨迹、元素地球化学和熔体作用行为;岩石保留的可能的变质事件和年代学记录,定量评价高温-超高温过程中变质演化的时间跨度和演化速率。     

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,     

应用P-T-t理论再认识辽河群变质作用

辽河群是出露于辽宁省东部的独具特色的古元古代变质岩系,赋存丰富的矿产资源,研究历史悠久.但对有关辽河群变质作用的一些重要问题上看法诸多,很难取得一致意见.本文应用P-T-t轨迹理论重新认识这些问题,认为引起辽河群变质作用的根本原因是大陆碰撞造山带使辽河群俯冲到地下深处;辽河群变质作用在时间上和空间上有独特的演化特征;辽河群变质作用与不同规模的构造或不同层次的构造的关系是不一样的.     

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。