变质作用高峰期后的离子再交换与纯转换反应及对温度压力计算的影响

变质程度达角闪岩相及麻粒岩相的各类变质岩石在变质作用高峰期后，如果降温速率比较慢，往往发生退变质性质的离子再交换反应与纯转换反应。这两类退变质反应不可避免地改造了变质高峰期的矿物成分，使岩石不能准确记录变质作用各阶段的矿物成分和变质作用p-T轨迹。对这两类反应的研究已成为近年来变质岩石学研究的热点之一。本文通过研究实例，简要综述了基性麻粒岩中石榴子石-斜方辉石之间的Fe-Mg再交换反应、酸性麻粒岩中斜长石-碱性长石之间的K-Na再交换反应、泥质片麻岩中石榴子石变斑晶边部的部分分解(纯转换)反应，以及恢复变质高峰期矿物成分和计算变质高峰期p-T条件的方法。指出只有在准确恢复变质高峰期变质矿物成分的基础上，获得的变质作用p-T-t轨迹才能反映客观地质事实。     

四川米易前寒武纪低压变质地体的初步研究

米易变质地体主要由变泥质岩、变碳酸盐岩及变基性岩组成。除小部分地区发生了混合岩化作用,经历了高级变质作用外,它们分别经历了绿片岩相和角闪岩相的变质作用。角闪岩相的变质温压条件为600—700℃和3000—4000bar。另外,根据矿物组合和矿物化学的研究,变泥质岩可分为绿泥石、黑云母-石榴石、红柱石和夕线石四个带。所有的证据表明该变质地体是一个典型的前寒武纪低压型前进变质地体。     

固相线以下变质过程中水的行为

在p–T 视剖面上定量计算全岩饱和水含量等值线可以更有效地讨论变质矿物组合的演化。Guiraud 等认为在封闭体系中发生的变质作用通过递进脱水作用使岩石向水含量降低方向演化,脱出的水离开岩石体系。当变质过程向水含量增加方向演化时,岩石会很快变成流体缺失状态,不利于变质矿物组合的进一步演化。因此,从岩石中的实际矿物组合所得到的“变质峰期”应该理解为脱水反应结束,并可能发生少量水化反应的位置,并不一定对应p–T 轨迹所经历的实际峰期温度或压力。利用p–T 视剖面图和饱和水含量等值线的行为研究阿尔泰造山带泥质岩石的中低压变质作用发现,阿尔泰地区红柱石型变质带的发生与蓝晶石型变质带的抬升有关,主要发生铝硅酸盐矿物之间的同质多相转变,低压变质矿物组合未能达到热力学平衡状态。与泥质岩中低压变质演化明显不同的是超高压榴辉岩在峰期以后的减压过程中仍然发生递进脱水作用。     

泥质岩变质脱水作用的高温高压实验研究

研究表明,大洋沉积物或陆壳岩石可以发生俯冲作用进入俯冲带深部[1-3].该过程中岩石的含水矿物发生了变质脱水作用和相转变,所产生的流体是俯冲带流体的重要来源[4]并对俯冲带岩浆产物的地球化学特征有标志性的影响.为了深入揭示陆壳物质在俯冲带温度-压力条件下的变质脱水作用和该过程中发生的微量元素变化,我们开展了泥质岩变质脱水作用的高温高压实验研究.     

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。     

闽北政和洋后变质超镁铁岩的岩石地球化学及矿物化学研究

岩石化学研究表明，洋后变质超镁铁岩是由变质方辉橄榄岩和变质超镁铁堆积岩组成。变质方辉橄榄岩的微量元素地球化学及矿物化学特征表明，应为亏损的残余地幔产物。通过系统的岩石地球化学、矿物化学及年代学研究，认为洋后变质超镁铁岩可能为华南晚震旦－早古生代的蛇绿岩组成部分。     

庐山地区星子变质杂岩的岩石化学和地球化学特征及形成的构造环境

出露于庐山地区的星子变质杂岩是扬子大陆的结晶基底，由变粒岩，各类云母征岩、石英片岩和斜长角闪岩组成，其岩类岩石化学和地球化学特征，说明它可能 形成于活动大陆边缘，形成的时代为早元古代。     

米仓山西缘变质杂岩地质和岩石地球化学特征

米仓山西缘变质杂岩由后河岩群和八角树片麻岩构成，而后河岩群又可分为河口变粒岩－斜长角闪岩，汪家变粒岩，构造样式表现，为卵形穹盆构造和韧性剪切带。岩石地球化学特征表明，河口变粒岩－斜长角闪岩的原岩为中酸性火山岩、拉斑玄武岩和杂砂岩、形成于洋－岛弧环境；汪家坪一岩的原岩少岩和中酸性火山岩，形成地大陆或大陆边缘环境；八角树片麻岩的原岩为英云闪长岩－奥长花岗岩－花岗闪长岩岩套。因此变质杂岩应形成于早前寒武     

浙江陈蔡群变质岩变质条件及构造环境的地球化学探讨

泥质变质岩中的石榴石化学成分可以反映变质强度。陈蔡群变质岩的石榴石的成分特征反应其岩石的变质程度深,达到了角闪岩相。同时,根据特征变质矿物的出现及镁在石榴石-黑云母矿物对的分配与温度的关系计算,变质温度为550—700℃,压力为400—800MPa,相当于中压角闪岩相。对陈蔡群变质岩的岩石化学、微量元素和稀土元素的特征研究表明,陈蔡群变质岩成岩构造环境类似于活动大陆边缘环境。     

敦煌造山带长山子地区变质演化及年代学研究

长山子地区位于敦煌造山带东北部,瓜州南部约100km处。该区主要出露一套中-高级变质表壳岩,主要岩石类型有长英质片麻岩、变泥质麻粒岩、高压基性麻粒岩、斜长角闪片麻岩。高压基性麻粒岩岩块、斜长角闪片麻岩岩块以构造透镜体或布丁(长度为0. 5~15m)的形式,被夹持于长英质片麻岩、变泥质麻粒岩组成的基质之中,呈现典型"基质夹岩块"的混杂带特征。高压基性麻粒岩、斜长角闪片麻岩、泥质麻粒岩中,普遍保留了二至三个阶段的变质矿物组合。进变质阶段矿物组合(M1)为石榴子石变斑晶中的细小矿物包裹体,变质高峰期矿物组合(M2)为石榴子石变斑晶和基质矿物,退变质阶段矿物组合(M3)主要为围绕石榴子石变斑晶边部发育的"白眼圈"状后成合晶。本区各类变质岩石均记录了顺时针型变质作用P-T轨迹,系典型俯冲-碰撞造山带变质作用特征。退变质阶段P-T轨迹属于西阿尔卑斯型,说明变质岩折返速率较快。变质高峰期(M2)属于中压变质相系,P-T条件分别为790~870℃/1.29~1.37GPa(高压基性麻粒岩)、680~685℃/0.89~0.97GPa(斜长角闪片麻岩)、860~880℃/0.90~1.14GPa(变泥质麻粒岩),它们之间存在大的差异。这说明,它们是形成于同一俯冲隧道内不同深度的变质岩石,在构造折返阶段才混杂在一起形成构造混杂岩。二次离子质谱(SIMS)锆石U-Pb定年表明,长山子地区变质杂岩记录了早泥盆世的俯冲事件(419~417Ma)。     

极低级变质作用及其研究方法

近年来国际上极低级变质作用的研究进展包括综合运用了伊利石结晶度等各项指标 ,将极低级变质带划分为成岩带、近变质带和浅变质带 ,成岩带和近变质带又可进一步划分为低级成岩带、高级成岩带、低级近变质带和高级近变质带 ;研究了伸展背景、阿尔卑斯碰撞背景和增生背景下的极低级变质作用 ;进一步理解了矿物的转变过程 ,建立了变质泥质岩石的矿物反应系列。即变质泥质岩石的二八面体矿物反应系列 ,为蒙皂石—伊 /蒙混层 (I/S)—伊利石—白云母 ;对应变质镁铁质岩石的三八面体矿物反应系列 ,为蒙皂石—绿泥石 /蒙皂石混层 (C/S)—绿泥石。岩石微构造也发生同步变化 ;明确了广泛应用的伊利石结晶度的本质是雏晶大小的一种量度 ,也与晶格应变有关 ,主要受反应动力的控制 ;建立了系统的研究技术方法 ,包括野外采样方法、室内X光衍射法 (XRD)、透射电镜法 (TEM )、地质温度计、地质压力计、岩石学方法、同位素地质学方法等     

南秦岭佛坪片麻岩穹隆变质作用及与岩浆作用的关系

南秦岭佛坪片麻岩穹隆是国内片麻岩穹隆的典型代表之一,记录了碰撞造山到后造山伸展等多阶段构造演化信息,对揭示秦岭造山带早中生代构造演化具有重要的意义.岩石组合、岩相学、矿物化学和传统温压计研究表明,佛坪片麻岩穹隆具有明显的变质分带特征,以穹隆核部为中心,向南北两侧的盖层变质温度逐渐降低,压力并没有出现随地温梯度的相应变化.不同类型岩石的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和变泥质岩的独居石SHRIMP U-Pb定年给出了一致的变质时代,为206~196 Ma.结合南秦岭早中生代岩浆作用研究,认为佛坪片麻岩穹隆递增变质作用与三叠纪末期的岩浆底辟有关,片麻岩穹隆形成于后碰撞伸展环境.      

富铝泥质岩混合岩化深熔作用的热力学相平衡模拟研究

基于岩石相平衡,对富铝泥质岩K2O-Al2O3-SiO2一H2O(KASH)和K2O-FeO—MgO—A12O3-SiO2-H2O(KFMASH)体系的混合岩化深熔作用相关系进行了模拟计算,得到泥质岩深熔作用的成岩格子、熔体成分变化特征、熔体含水量及其温压条件、石榴石变斑晶成分演化趋势和泥质岩进变质、退变质矿物组合特征、各种压力条件下S型花岗质熔体特征等,并进一步将模拟结果应用于内蒙古固阳等地的泥质岩,根据相关岩石的矿物组合及结构特征,获得了变质反应历史和P—T轨迹。     

高级变质岩中深熔作用的相平衡研究

深熔作用在高级变质岩中非常普遍并受到广泛关注。自20世纪90年代以来,随着变质相平衡研究的突破性发展,利用THERMOCALC程序和视剖面图方法可以定量研究固相线以上的熔体形成、熔体分馏和退变质反应。变质沉积岩中的熔融作用主要有三种机制饱和水固相线上的熔融、白云母脱水熔融和黑云母脱水熔融。在模拟泥质岩石的KFMASH体系和NCKFMASH体系中的相平衡计算表明,NCKFMASH体系中铁镁矿物的相平衡关系受KFMASH亚体系中矿物相平衡关系的控制,但KFMASH亚体系中固相线位置要比实际的高50~60℃。因此,模拟泥质岩石的固相线以上的相平衡关系最好在NCKFMASH或组分更多的体系中进行。相平衡研究表明麻粒岩相岩石的保存与熔体丢失有关;混合岩的形成过程包括部分熔融作用、不同程度熔体分凝与汲取和不同程度的逆反应和退变反应。     

安徽省大别山东段江岭地区榴辉岩及其围岩的变质作用研究

安徽省大别山东段江岭地区的南大别碰撞杂岩主要由榴辉岩、云母片岩－变粒岩及片麻岩系组成,这三套岩石具有不同的变质演化阶段和Ｐ－Ｔ轨迹：榴辉岩有５个变质阶段,早期出现超高压型、高压型、晚期为中压型;云母片岩－变粒岩有４个变质阶段,早期出现高压型,晚期为中压型;片麻岩系仅有一期中压绿帘角闪岩相变质。三套岩石变质历史的差异,反映其所经历的构造过程不同,三者在构造作用下混杂到一起,构成碰撞混杂岩。     

吉林省大荒沟—板石沟早前寒武纪基底的岩石单元划分及其地质演化

根据１５万区域地质调查,将区内的早前寒武纪基底划分为变质上壳岩、中粗粒黑云长英片麻岩、变黑云母钾长花岗岩和变质基性岩四个岩石单元。通过对上述岩石单元岩石类型、地球化学特征、变质变形作用及同位素年代学研究,对其形成时序进行了讨论,由此确定了本区早前寒武纪基底的地质演化轮廓,即在中晚太古时期,本区经历了由玄武安山岩和英安岩双峰式火山建造为主体的上壳岩系的形成阶段,并于２．６Ｇａ遭受角闪岩相变质;随即伴有大规模的ＴＴＧ深成岩浆活动,晚太古末经历绿帘角闪岩相的区域变质作用;至早元古初期,深熔成因的钾质花岗岩侵位,区内已存的早期变质岩石受到该期钾质岩浆的交代改造,并在其成岩之后遭受绿片岩相的区域变质。     

吉林延边开山屯地区蓝片岩相变质作用——来自硬绿泥石＋纤锰柱石＋多硅白云母组合的证据

吉林延边开山屯低级变质作用发育于兴凯地块西南晚古生代活动大陆边缘,这里产出二叠纪末的消减增生杂岩。低级变质作用矿物除冻蓝闪石、阳起石、玉髓、黝帘石、多硅白云母、绿泥石、钠长石外,还在灰黑色变泥质岩中发现硬绿泥石 纤锰柱石 多硅白云母组合。这是国内首次报道的以泥质岩为原岩并具有硬绿泥石 纤锰柱石标志矿物组合的蓝片岩相岩石。研究表明,该组合的形成温度290．14(或370．8)℃,具明显的低温特征。     

桐柏北部宽坪群变泥质岩的变质作用研究

桐柏北部宽坪群发育一套由斜长角闪岩、变泥质岩、大理岩以及石英岩夹层组成的中级变质岩石。本文选取4个含石榴变泥质岩样品进行了详细的岩石学研究,其中回龙寺组的一个样品含有特征的十字石+蓝晶石组合,而左老庄组的一个样品则含有夕线石。回龙寺组样品中的石榴石均具有明显的进变质成分环带,而左老庄组样品中的石榴石均遭受到晚期低温扩散的影响,所以在计算其形成条件时选取了生长于峰期变质阶段的特定部位。运用传统的石榴石-黑云母-白云母-斜长石-石英地质温压计估算回龙寺组的变质p-T区间为590～610℃、0.95～1.14GPa,左老庄组为630～650℃、0.65～0.89GPa,分别相当于低角闪岩相和高角闪岩相。这一结果与变质反应曲线所限定的温压范围基本一致,并且后者中还存在由蓝晶石区域向相对高温低压的夕线石区域转变的过程。低-高角闪岩相的宽坪群与低角闪岩相的二郎坪群和麻粒岩相的秦岭群紧密伴生,且变质时代近于一致(440～400Ma),说明华北南缘在志留纪—早泥盆世发生了岛弧、微陆块与华北板块大陆边缘的碰撞造山作用。     

北阿尔泰造山带西段结晶片岩递增变质带成因分析

通过对新疆阿尔泰西北部喀纳斯群贝留特岩组进行野外地质填图和综合研究,发现该地层发育带状和环状巴罗式递增变质带,即黑云母带、红柱石带、十字石-矽线石带。对贝留特岩组结晶片岩进行岩石特征、地球化学特征、原岩恢复、物质来源和变质成因分析研究表明,贝留特岩组为副变质岩,原岩为沉积岩,岩性为富铝质长英质粘土、泥质砂岩、泥质粉砂岩、泥岩和页岩等,沉积于被动大陆边缘环境。地球化学特征显示,岩石具高硅、过铝质钙碱性系列特征,稀土元素分布图呈右倾模式,轻稀土富集的"V"型特征。微量元素具Ta,Nb,Sr,P和Ti明显亏损,大离子亲石元素Rb,Ba,K富集,U,La,Ce,Nd,Zr,Hf相对富集特征。认为贝留特岩组在中寒武—早奥陶世形成,物源来源于活动大陆边缘的大陆岛弧环境,由加里东期和海西期两期区域动力热流变质作用形成。     

递增变质作用过程中化学元素的演化规律———以山西五台群变质同位地层为例

山西五台群文溪组和柏枝岩组岩石学特征和岩石化学、微量元素及稀土元素特征研究表明，这两个组中相应层位地球化学特征基本一致。递增变质作用使岩石贫Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及大离子亲石元素和相对富集ＦｅＯ、ＭｇＯ及铁族元素。由于变质作用仅使稀土元素总量发生微小变化，而不改变其总体分布型式，所以稀土元素是指示岩石形成与演化的良好指示剂